淺析500kV變電站電容隔直裝置的應用

鄭雄風

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714182

摘要：在西電東送戰略中，由于高壓直流輸電的諸多優點而被大量應用。而當高壓直流輸電系統處于大地回流運行方式時，附近的變壓器會產生嚴重的直流偏磁問題。為了抑制變壓器中性點的直流分量，目前在南方電網為500kV變壓器中性點安裝電容隔直裝置已經成為維護電網穩定運行的重要措施。本文對變壓器直流偏磁問題進行了闡述，重點分析了電容隔直裝置的運行原理，簡要介紹了電容隔直裝置的基本應用。

關鍵詞：直流偏磁；中性點；電容；隔直狀態；接地狀態

高壓直流輸電在遠距離進行大容量電能的輸電過程中，具有更好的經濟性，在我國“西電東送”的戰略中，大量采用的高壓直流輸送方式。但隨著直流輸電通道的持續增加，直流系統采用的大地回流方式會導致附近變壓器中性點直流分量增大，產生嚴重的直流偏磁問題，對電力系統的正常安全穩定運行造成了不利影響。為此，必須采取抑制變壓器中性點直流分量的措施。本文大致介紹了變壓器直流偏磁的概念，并分析了電容隔直裝置的基本原理及其應用，為電容隔直裝置在500kV變電站中的應用提供了一些參考。

1 變壓器的直流偏磁

高壓直流輸電系統一般采用雙極運行方式，而在這個系統的建設初期，往往建完其中一極之后就立刻投入運行，以提高經濟效益。在這種運行方式下，通常是以大地作為回流電路，即用大地作為直流輸電的第二根導線。此時大地中會流過幾千安以上的電流，該電流會通過變壓器的接地中性點進入交流電網，導致變壓器的勵磁電流中增加了直流分量。該直流分量會導致變壓器的鐵芯高度飽和，由此引發變壓器局部過熱、噪音增大、產生大量諧波。一方面鐵芯磁致伸縮加重使得變壓器振動更為嚴重，縮短變壓器的壽命；另一方面增加的諧波可能會導致變壓器的無功消耗增加，長時間過熱還會破壞絕緣，以及導致繼電保護裝置誤動。

2 電容隔直裝置的原理

電容隔直裝置的原理圖如圖所示，主要由電容器C、機械開關K3、晶閘管及其觸發電路、電流互感器、電壓互感器、變壓器中性點隔直裝置投切開關K2等組成，這些設備被集成安裝在戶外箱體內，箱體又放置在變壓器旁。

其基本原理是：利用電容器“隔直流，通交流” 的特點，將電容器C串在變壓器中性線中，并在電容器C兩端并聯機械開關K3和晶閘管THY1、THY2作為旁路裝置。該裝置具有兩種運行狀態：第一種是將旁路開關合上，令裝置處于“接地狀態”；第二種是將旁路開關斷開，令裝置處于“隔直狀態”。當電網運行狀態正常時，旁路裝置的機械開關K3處于合位，電容隔直裝置運行在”接地狀態”。當檢測到變壓器中性線流過的直流電流分量大于設定的整定值并超過延時時間，則電容隔直裝置自動切換到“隔直狀態”，即分開旁路裝置的機械開關K3。當隔直裝置運行在“隔直狀態”時，若檢測到電容器C兩端電壓的直流分量小于整定值并超過延遲時間后，隔直裝置的控制器則判斷變壓器所處區域的直流地表電位已經恢復到正常狀態，則將隔直裝置自動切換回“接地狀態”。

在特殊情況下，當隔直裝置運行在”隔直狀態”中，檢測到變壓器中性線流過的交流分量超過整定值時，控制器判斷變壓器所在的電網發生了故障，則需立即觸發晶閘管THY1、THY2導通旁路，并合上旁路機械開關K3，使隔直裝置切換到“接地狀態”，以確保變壓器中性點能夠直接接地。一方面對故障狀態的電網限壓和分流，避免變壓器中性點發生暫態過電壓；另一方面也避免串聯在中性線中的電容器C長時間流過大電流而損壞，起到了保護電容器C的目的。

再來說說并聯晶閘管THY1、THY2以及電抗器L所發揮的功能，反向并聯晶閘管THY1、THY2以及電抗器L所發揮的功能是：由于機械開關接通速度相對晶閘管導通速度較慢，在旁路機械開關K3合閘前，晶閘管能夠提前導通，使得電容器C的電量能夠及時釋放，以降低旁路開關K3合閘時的沖擊電流，起到快速保護電容器的作用。當電網故障排除后恢復到正常狀態后，隔直裝置便自動切換回“隔直狀態”繼續運行。

3 電容隔直裝置的應用

當電網正常運行時，投入電容隔直裝置，即將變壓器中性點接地刀閘K1拉開，將變壓器中性點隔直裝置投切開關K2合上，并將隔直裝置控制器控制把手打到“自動”模式，即電容隔直裝置可以通過裝置的控制器來實現自動功能。若工作需要，將控制器控制把手打到“手動”模式，則可以由運行人員對旁路機械開關K3手動進行分合閘操作。

當需要對電容隔直裝置進行檢修或遇到緊急情況需要停運隔直裝置時，則應先將電容隔直裝置切換到“接地狀態”，然后再將變壓器中性點接地刀閘K1合上，最后才能將變壓器中性點隔直裝置投切開關K2拉開，使得電容隔直裝置退出運行。

4 總結

500kV變電站作為“西電東送”的主要通道之一，會受到高壓直流輸電系統一定程度的影響，變壓器直流偏磁問題相對突出。通過在500kV變電站安裝電容隔直裝置，可以將流過變壓器中性線中的直流分量進行抑制，乃至徹底“隔絕”，真正做到降低變壓器受到直流偏磁的影響，降低變壓器的損耗，以及諧波和其他不良因素的影響，對維護500kV變電站內變壓器的正常運行具有重要作用。現如今，在電容隔直裝置的實際應用中，電容隔直裝置均正確動作，對維護電網的穩定運行起到了重要作用。

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