變壓器中性點直流電流監測系統研究

尹春梅

摘 要：文章首先簡單介紹了變壓器中性點直流電流產生的原因、對系統的影響，其次以實際為例，著重介紹了中性點直流電流監測系統的原理及主要構成，最后介紹了變壓器中性點直流電流越上限的分析處理方法。

關鍵詞：變壓器中性點；直流電流；監測系統

中圖分類號：TM406 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）02-0091-01

交流電力系統內時刻都會存在一些直流電流，正常情況下這些直流電流相對較小，對系統的影響也相對較小，但在一些情況下將也會產生較大的直流電流，不僅影響了變壓器的正常運行，而且可能使變壓器受到嚴重損壞，因此在大部分超過 220 kV的變電站內其變壓器的中性點上均需安裝中性點直流電流互感器，主要是監測其直流電流的大小，運行中直流電流一旦超過整定值，立即發出告警提示運行人員要加強關注。

1 變壓器中性點產生較大直流電流的原因

1.1 自然原因

由于自然原因如發生雷電時，將會產生一個低頻電場作用于中性點接地的變壓器，進而在繞組中誘發地磁感應電流，其頻率很小，與50 Hz的交流系統相比較，可以近似看成直流，該直流電流持續時間短，但其數值較大。

1.2 交直流混合輸電系統原因

當直流輸電系統單極以大地為回線運行或雙極不對稱運行時，巨大的直流電流與大地構成回路，一定區域中會產生地表電流，與其并列運行的交流輸電系統變電站中的變壓器中性點就會受到干擾，距離直流接地極較近的變壓器中性點流過直流電流將越較大，受干擾程度也越大。

1.3 交流系統內部原因

交流電網中發生非全相負荷運行或者接地短路故障時，同時將會產生瞬間較大的直流電流。

1.4 變壓器中性點直流電流監測系統故障原因

當變壓器中性點直流電流監測系統故障使也會導致采集到的變壓器中性點直流電流較大，可包括直流傳感器故障、隔離變送器故障、電源模塊故障、直流信號傳輸過程中受到干擾、數據經以太網通訊過程中出錯等情況。

2 直流大電流對系統的影響

2.1 對變壓器的影響

當直流電流從變壓器的中性點流經繞組時，在變壓器中形成直流偏磁，導致變壓器勵磁電流和諧波急劇增加，損耗增大和溫升增高，噪聲和振動增大。

2.2 對交流系統的影響

對系統的影響主要是由變壓器的偏磁飽和引起的。直流偏磁使變壓器成了交流系統中的諧波源，諧波流入系統使系統電壓波形畸變、濾波器過載、繼電保護誤動、合空載長線時產生持續過電壓、單相重合閘過程中潛供電流增加和斷路器恢復電壓增高。

3 中性點直流電流監測系統原理及結構

下面以我站#3主變中性點直流電流測量裝置為例介紹中性點直流檢測系統結構和原理。中性點直流檢測系統結構圖，如圖1所示。

3.1 #3主變中性點直流電流測量裝置

本站#3主變是由三臺單相自耦變壓器組成，高壓側和中壓側采用自耦連接的中性點直接接地方式。三相中性點引出線共同接在一根管母線上，然后經扁鋼直接接地。電流互感器端子轉接盒、直流傳感器共同組成了中性點直流電流測量裝置。

取自主變本體主控柜交流220 V電源為光纖隔離變送器提供電源，同時交流220 V電壓經電源模塊作用變換成±12 V直流電壓給直流傳感器提供電源。中性點接地扁鋼垂直穿過直流傳感器，流經中性點的直流電流經傳感器作用變成4～20 mA的直流電流，輸出到光纖隔離變送器，經隔離變送器作用輸出到端子排，經電纜連接到#3主變本體測控柜F4柜3 n裝置。

①直流傳感器。直流傳感器采用霍爾元件作為檢測元件，將被測電流轉換為霍爾電勢，然后求和放大，把被測額定電流轉換為額定直流0～5 V電壓或直流4～20 mA電流信號。

本站直流傳感器型號為HNC80HKC—霍爾閉環電流傳感器。輸入電流±80 A，輸出電流4-20 mA直流電流信號。其工作原理為：當主回路有電流通過時，在導線上產生的磁場被磁環聚集并感應高霍爾元件上，所產生的信號輸出用于驅動功率管并使其導通，從而獲得一個補償電流，這個電流通過多匝繞組產生磁場進行補償，使霍爾元件處于檢測零磁通工作狀態，其補償電流精確的反應主回路電流。

②電源模塊。由于傳感器是一種有源模塊，如霍爾器件、末級功率管等都需要工作電源，并且還有功耗，電源模塊就給直流傳感器提供所需電源。這里電源模塊也稱交直流轉換器，即將輸入的交流電壓，轉換為所需要的額定直流電壓±12 V。

③光纖隔離變送器。為將直流傳感器輸出的4～20 mA的電流信號轉變成可被控制裝置識別的信號，同時利用光纖隔離對信號的干擾源進行抑制，保證了測量結果的準確性。

3.2 #3主變本體測控柜（F4柜）3 n裝置

本站F4柜中3 n本體測控裝置采用國電南瑞NSD 500系列超高壓測控裝置。上述經光纖隔離變送器輸出的直流信號通過電纜連接到#3主變本體測控F4柜3 n裝置，然后輸入裝置的AIM模件。AIM模件是NSD 500裝置內標準I/O模件之一，主要用于采集站內直流模擬信號，例如主變溫度、中性點直流等經變送器后輸出的0～5 V、0～20 mA或4～20 mA的信號。AIM模件采集的信號通過內部CAN網與CPU模件進行通訊。CPU模件將采集到的數據集成、處理，通過人機界面MMI面板可以對模件實時數據或模擬量數據進行查看，同時利用雙以太網配置與后臺服務器進行通訊傳輸。

3.3 監測數據后臺查看

測控裝置經CPU集成處理后的模件實時數據利用以太網，與后臺系統服務器進行通訊，后臺服務器將該數據轉化為實時數據，站內操作員工作站再連接到系統服務器上，進而獲得數據，實現對實時數據的監測。

4 變壓器中性點直流電流越上限的分析處理

比較全面的了解了中性點直流監測系統的結構和原理后，下面簡單介紹中性點直流電流越上限的分析處理方法。

4.1 從原因入手

通過上述介紹可知，越限告警的可能原因有：自然原因、交流系統內部發生了故障或受到嚴重干擾、直流傳感器故障、隔離變送器故障、電源模塊故障、直流信號傳輸過程中受到干擾、數據經以太網通訊過程中出錯。

分析出所有原因后，結合天氣及設備實際運行情況，綜合分析，逐一排除非要因。對于直流電流互感器端子箱內的直流傳感器、隔離變送器及電源模塊的分析，需借助萬用表等工具進行精確判斷。

4.2 處理過程中注意事項

使用萬用表時交直流檔位的選取要正確，測量電壓時注意防止人身觸電，查找過程如需拆除或短接某些端子接線時主要不要拆除、短接錯誤，并密切注意直流監控系統的監控信息。

5 結 語

較大的中性點直流電流對主變乃至整個系統的影響不容忽視，只有確保變壓器中性點直流電流在合理范圍內，才能更好的保證電力系統安全穩定運行。本文則系統的介紹了變壓器中性點直流電流監測系統原理和結構，同時介紹了變壓器中性點直流電流越上限的分析處理方法，旨在讓變電運行人員更加系統的了解變壓器中性點直流監測系統，同時為更好的處理電流越上限等異常提供一種思路和方向。

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