錦—蘇特高壓直流對江蘇電網(wǎng)變壓器直流偏磁的影響

吳 鵬， 田 猛， 陸云才， 陳銘明， 蔚 超， 吳益明

(1.江蘇省電力公司電力科學研究院，江蘇南京 211103；2.鎮(zhèn)江市供電公司，江蘇鎮(zhèn)江 212000)

高壓及特高壓直流輸電在系統(tǒng)調試、檢修或發(fā)生單極故障的情況下，采用單極大地回線的運行方式[1-3]。單極大地回線運行時，巨大的直流電流經(jīng)接地極流入大地，造成較大范圍的地電位變化[4-5]。兩站地電位存在電位差，會在兩站主變中性點流過直流電流，從而造成主變鐵心磁密工作點偏移，主變出現(xiàn)噪聲增大、振動加劇等現(xiàn)象，還可能引起漏磁過大而發(fā)生局部過熱，并造成交流電網(wǎng)的諧波畸變增大等不利影響[6-10]。目前，國內部分廠家只在技術協(xié)議中保證，在變壓器500 kV繞組中性點接地回路中存在4～10 A直流偏磁電流下，變壓器不會因直流偏磁作用產(chǎn)生振動而導致結構件松動，變壓器鐵心不存在局部過熱現(xiàn)象[11]。曾對500 kV斗山變3號主變（三相分體）進行過1 A，2 A直流偏磁試驗，因變壓器振動過大，未進行4 A直流偏磁試驗，試驗結果顯示2 A未對變壓器造成明顯損傷[12]。錦—蘇±800 kV特高壓直流輸電工程接地極位于蘇州吳江地區(qū)，蘇南地區(qū)負荷量重，樞紐變電站眾多。為了評估特高壓直流單極大地回線運行方式下直流偏磁對蘇南交流電網(wǎng)樞紐變電站主變的影響，在特高壓直流調試期間對蘇南樞紐變電站主變進行了直流偏磁帶電檢測和在線監(jiān)測，并對試驗結果進行了分析。

高壓及特高壓直流輸電在系統(tǒng)調試、檢修或發(fā)生單極故障的情況下，采用單極大地回線的運行方式[1-3]。單極大地回線運行時，巨大的直流電流經(jīng)接地極流入大地，造成較大范圍的地電位變化[4-5]。兩站地電位存在電位差，會在兩站主變中性點流過直流電流，從而造成主變鐵心磁密工作點偏移，主變出現(xiàn)噪聲增大、振動加劇等現(xiàn)象，還可能引起漏磁過大而發(fā)生局部過熱，并造成交流電網(wǎng)的諧波畸變增大等不利影響[6-10]。目前，國內部分廠家只在技術協(xié)議中保證，在變壓器500 kV繞組中性點接地回路中存在4～10 A直流偏磁電流下，變壓器不會因直流偏磁作用產(chǎn)生振動而導致結構件松動，變壓器鐵心不存在局部過熱現(xiàn)象[11]。曾對500 kV斗山變3號主變（三相分體）進行過1 A，2 A直流偏磁試驗，因變壓器振動過大，未進行4 A直流偏磁試驗，試驗結果顯示2 A未對變壓器造成明顯損傷[12]。錦—蘇±800 kV特高壓直流輸電工程接地極位于蘇州吳江地區(qū)，蘇南地區(qū)負荷量重，樞紐變電站眾多。為了評估特高壓直流單極大地回線運行方式下直流偏磁對蘇南交流電網(wǎng)樞紐變電站主變的影響，在特高壓直流調試期間對蘇南樞紐變電站主變進行了直流偏磁帶電檢測和在線監(jiān)測，并對試驗結果進行了分析。

1錦—蘇特高壓直流系統(tǒng)基本情況

錦—蘇±800 kV特高壓直流輸電是國網(wǎng)公司繼向上線后建設的又一特高壓直流輸電工程。該工程額定輸送容量7200 MW，最大連續(xù)輸送容量7600 MW，線路途經(jīng)四川、云南、重慶、湖南、湖北、安徽、浙江、江蘇八省市，全長約2 100 km?！?00 kV蘇州換流站是錦蘇線在江蘇的落腳點，總占地16.6 hm2，換流變壓器容量為（24+5）×339 MV·A，500 kV 出線 6 回。

蘇州吳江地區(qū)附近100 km范圍內共有3個換流站接地極：±800 kV同里換流站接地極、±800 kV奉賢換流站接地極、±500 kV華新?lián)Q流站接地極?！?00 kV蘇州換流站位于江蘇蘇州500 kV吳江變電所西側，屬于松陵鎮(zhèn)和平望鎮(zhèn)管轄，同里接地極位于吳江市和浙江交界處桃源鎮(zhèn)民益村，接地極線路約37.5 km（與蘇州換流站直線距離約27 km）；向家壩—上?！?00 kV特高壓直流奉賢換流站接地極位于上海市金山區(qū)廊下鎮(zhèn)西南部，六里塘以東，山塘河以北，朱平公路以西，距奉賢換流站96 km；另外，在蘇州接地極與奉賢接地極中間還有±500 kV華新?lián)Q流站接地極。

2直流偏磁測試方法

為了更全面了解錦屏—蘇南±800 kV特高壓直流對江蘇電網(wǎng)運行的影響，結合系統(tǒng)調試計劃，在蘇州換流站接地極100 km半徑范圍內安裝直流偏磁在線監(jiān)測設備以及安排帶電檢測，在大功率調試期間實時檢測變壓器噪聲、振動、中性點直流電流。

2.1直流偏磁測試布點

為獲得較為準確的直流分布情況，綜合考慮蘇州地區(qū)變電站眾多、主變負荷重，距離特高壓線路及接地極地理位置、太湖水域等因素，測試主變主要涵蓋蘇州大部分500 kV及吳江220 kV變電站、環(huán)太湖周圍無錫500 kV變電站，具體測點如表1。

2.2直流偏磁在線監(jiān)測系統(tǒng)

直流偏磁在線監(jiān)測系統(tǒng)由直流偏磁在線監(jiān)測終端和后臺組成。監(jiān)測終端包括直流電流傳感器、數(shù)據(jù)采集單位、無線發(fā)射模塊及相應的電源箱體等；系統(tǒng)后臺包括無線接收單元、數(shù)據(jù)處理服務器、直流偏磁在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件及其他附件等。直流電流傳感器采用霍爾效應測試直流電流，安裝在變壓器中性點引下線上，通過屏蔽信號電纜將數(shù)據(jù)提供給采集單元，采集單元初步加工后將數(shù)據(jù)轉化成特定文件發(fā)送給無線發(fā)射模塊，無線發(fā)射模塊采用商用移動網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)文件給遠端，遠端無線接收后轉交至后臺直流偏磁在線監(jiān)測系統(tǒng)服務器上，進入高級應用層。直流偏磁在線監(jiān)測系統(tǒng)結構如圖1所示。

表1主要測試布點

圖1直流偏磁在線監(jiān)測系統(tǒng)

為監(jiān)測錦屏—蘇南±800 kV特高壓直流輸電工程對江蘇電網(wǎng)主變的直流偏磁影響，在蘇州地區(qū)和無錫地區(qū)8個500 kV變電站和6個220 kV變電站共裝設23套直流偏磁在線監(jiān)測終端。另外在500 kV吳江變1號主變、500 kV木瀆變2號主變和500 kV車坊變3號主變裝設了3套振動和噪聲在線監(jiān)測裝置，以輔助監(jiān)測直流偏磁對主變的影響。

直流偏磁在線監(jiān)測終端在變電站現(xiàn)場安裝前后進行了測量精度和測量值校準。校準采用安捷倫標準電流源輸出1 A，2 A，4 A，8 A，16 A直流電流，然后通過直流偏磁在線監(jiān)測終端進行測量比對，測試精度小于2%。

2.3直流偏磁帶電檢測測試

在錦屏—蘇南±800 kV特高壓直流輸電工程調試期間，為防止直流偏磁在線監(jiān)測系統(tǒng)個別終端通信問題中斷或其他原因非正常狀況造成測試失效，另外補充測試了未安裝直流偏磁在線監(jiān)測終端的主變中性點直流電流，在蘇州和無錫地區(qū)布置9個變電站 （吳江變、車坊變、木瀆變、石牌變、玉山變、梅里變、惠泉變、菀坪變、蘇州換流變）進行直流偏磁現(xiàn)場帶電測試，采用儀器為特制直流鉗8支，振動分析儀2臺，NL噪聲測試儀4臺。特制直流鉗中直流傳感器與2.2中所采用的直流傳感器相同，測試精度小于2%。振動分析儀采用IOtech 652U，采用加速度傳感器和速度傳感器兩類傳感器。

3大功率雙極不對稱運行對江蘇電網(wǎng)的影響

3.1雙極不平衡大功率調試

極1大功率調試時間為2012年7月7日8∶00至7月8日0∶43，其中12∶58達到滿負荷運行，雙極功率（1800+180）MW，入地電流 3930 A；16∶58 達到 1.1 倍過負荷運行，雙極功率（1980+180）MW，最大入地電流4494 A。功率和電流曲線如圖2所示。

圖2極1大功率調試曲線及接地極入地直流曲線

3.2直流偏磁測試結果

在大地回線最大入地電流4494 A時，對蘇州和無錫地區(qū)重要主變直流偏磁進行了測試，測試數(shù)據(jù)如表2所示。

表2蘇州和無錫地區(qū)部分變電站主變直流偏磁測試結果

從表2可以看出，錦蘇直流系統(tǒng)大地回線運行方式下，蘇州換流站接地極入地電流最大為4500 A，蘇州地區(qū)500 kV變電站主變均受直流偏磁影響，中性點直流電流、振動和噪聲均有明顯增長，另外變壓器頂層油溫也有2～3℃的增長。

500 kV吳江變5臺主變中性點直流電流增長至1.60～2.95 A，3號東芝產(chǎn)主變直流最大2.95 A，噪音比正常最大增加3.4～9.7 dB，振動加速度幅值增大1倍；500 kV玉山變主變中性點為直接接地方式，1號、4號主變直流電流分別為4.48 A，4.34 A，噪音比正常約增加12.0 dB；500 kV車坊變2號主變?yōu)槿毡救猱a(chǎn)的殼式變壓器，最大直流為7.2 A，噪音增加16.0 dB，3號主變最大直流3.8 A，噪音增加10.0 dB，振動增加1.3倍；500 kV石牌變1號、2號、3號變壓器直流增加3.12～3.50 A，噪音增加3.0 dB；無錫地區(qū)500 kV主變受直流偏磁影響較輕，梅里變、惠泉變、岷珠變主變中性點直流均在2 A以下。

另外，蘇州吳江地區(qū)220 kV慈云變、菀坪變主變受直流偏磁影響較大，菀坪變、慈云變中性點直流增長至3～4 A，從地理位置看這2個站比較靠近蘇州換流站接地極。其他吳江地區(qū)220 kV主變受直流偏磁影響均較小，中性點直流均在1.6 A以下。

500 kV吳江變1號主變外殼振動在蘇州換流站雙極不平衡大功率調試期間的變化情況如表3所示，隨著入地電流的增大，主變中性點直流偏磁嚴重，主變振動加劇。從直流偏磁狀態(tài)下的500 kV吳江變1號主變振動頻譜分析（如圖3所示）可以看出，直流偏磁造成變壓器鐵心偏飽和，振動頻率以高頻為主。

表3 500 kV吳江變1號主變振動隨調試的變化

圖3直流偏磁狀態(tài)下500 kV吳江變1號主變振動頻譜分析

蘇州換流站雙極不平衡大功率調試前后，對所評估主變進行油色譜分析，油色譜數(shù)據(jù)顯示主變未因直流偏磁出現(xiàn)局部過熱等異?，F(xiàn)象。

4結束語

華東地區(qū)是電力負荷集中的區(qū)域，蘇滬浙交界區(qū)域布置了蘇州、奉賢、華新三座特高壓直流換流站，同樣交流500 kV和220 kV電網(wǎng)也在該地區(qū)分布密集，測試和監(jiān)測換流站不平衡運行對該地區(qū)主變的直流偏磁影響對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行具有較大意義。在特高壓錦—蘇直流工程最大不平衡功率運行情況下進行測試，除車坊變2號主變外其他主變直流偏磁電流均小于4 A，換算到單相變壓器小于1.3 A，遠小于技術協(xié)議中規(guī)定主變單相耐受直流偏磁電流4 A的能力值，且未發(fā)現(xiàn)主變因直流偏磁產(chǎn)生局部過熱現(xiàn)象。

江蘇境內500 kV主變大多選用中性點小電抗接地方式，零序阻抗的增大雖對直流偏磁現(xiàn)象存在一定的抑制作用，但是考慮到多座換流站存在同時不平衡運行的可能，以及對未來運行環(huán)境惡劣的預估，建議對新入網(wǎng)的500 kV主變技術協(xié)議應嚴格規(guī)定變壓器耐受直流偏磁能力水平，出廠試驗應添加直流偏磁試驗，并加強直流偏磁的在線監(jiān)測跟蹤。

[1]蒯狄正，萬 達，鄒 云.直流偏磁對變壓器的影響[J].中國電力，2004，37(8)：41-43.

[2]蒯狄正，萬 達，鄒 云.直流輸電地中電流對電網(wǎng)設備影響的分析與處理[J].電力系統(tǒng)自動化，2005，29(2)：81-82.

[3]姚纓英.大型電力變壓器直流偏磁現(xiàn)象的研究[D].沈陽：沈陽工業(yè)大學，2002.

[4]陳青恒，馬宏彬，何金良.直流偏磁引起的500 kV電力變壓器振動和噪聲的現(xiàn)場測量與分析[J].高壓電器，2009，45(3)：93-96.

[5]蒯狄正，萬 達，鄒 云.變壓器中性點注入反向抗偏磁直流的應用分析[J].華電電力，2005，33(6)：21-23.

[6]苑 舜，王天施.電力變壓器直流偏磁研究綜述[J].高壓電器，2010，46(3)：83-87.

[7]鐘連宏，陸培均，仇志成，等.直流接地極電流對中性點直接接地變壓器影響[J].高電壓技術，2003，29(8)：12-13.

[8]蔣躍強，李紅雷，周行星，等.變壓器直流偏磁的振動特性研究[J].華東電力，2009，37(1)：132-135.

[9]文繼鋒，張曉宇，程 驍，等.換流變壓器直流偏磁與飽和保護[J].江蘇電機工程，2013，32(2)：28-30.

[10]吳 鵬，陸云才，陳銘明，等.江蘇電網(wǎng)非晶合金變壓器綜合評估[J].江蘇電機工程，2013，32(3)：1-5.

[11]國家電網(wǎng)公司.110（66）kV～500 kV油侵式變壓器（電抗器）管理規(guī)范[M].北京：中國電力出版社，2004：25-28.

[12]全國變壓器標準化技術委員會.GB/T 1094.101—2008電力變壓器第10.1部分：聲級測定應用導則[S].北京：中國標準出版社，2008.