浅谈特高压直流偏磁对自耦变压器的影响及解决方法

摘?要 特高压直流单极运行和双极不对称运行时，对500 kV变电站的自耦变压器造成很大的影响，使之噪音增大，振动加剧，主变损耗增加。采用主变中性点串接小电阻的接地方式，有效地解决了直流偏磁对于交流主变的影响，在现场生产中广泛采用。

关键词 直流偏磁；串接小电阻；反向注入

中图分类号 TM411 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)082-0098-01

1 概述

随着国家电网公司对特高压输电模式的推行，越来越多的特高压直流项目投入运行，相比高压直流，特高压直流输送电量更多，而直流偏磁的影响也更为明显。对于500千伏的变电站来说，通常采用中性点直接接地的自耦变压器。在变压器正常运行期间，如果受到直流偏磁的影响，变压器的损耗将会增加，同时噪音增大，振动加剧。而且，由于变压器的电流中含有了大量的谐波分量，母线电压也会发生畸变，从而降低了变压器的使用寿命，危害电网的安全运行。为了限制直流偏磁对主变的影响，在平时的生产中，通常采用在交流主变中性点处串接一台小电阻的方法。

本文探讨的就是特高压直流偏磁对自耦变压器的影响以及解决的方法，并且考虑了其他抑制直流偏磁的一些方法。

2 直流输电中直流偏磁产生的原因

大多数的直流输电工程有四种接线方式：双极两端中性点接地大地回线、单极大地回线，单极金属回线，单极双导线并联大地回线方式。后两种方式用的比较少，在这里就不做说明了。

直流输电一般需要一个直流高压极线与大地构成回路，只能以大地返回的方式运行。在双极两端中性点接地方式下运行时，如果双极对称运行，则两极流经接地极的电流基本互相抵消，接地极电流很小，如果双极不对称运行（主要指电流不相等），则流进接地极的电流为两级电流之差。在单极大地回线方式下运行时，接地极流过的电流等于线路上的系统运行电流。显然，单极大地回线方式下产生的直流偏磁要比双极不对称运行时大，我国许多直流输电接地极额定电流高达3000 A，必然影响极址周边中性点接地变压器的正常工作。

3 直流偏磁对变压器的影响

直流偏磁造成变压器本体损耗增加，振动加剧，噪声增大，母线电压畸变。下面分别简要说明：

3.1 变压器损耗增加

直流偏磁主要会增加变压器的附加铁损（漏磁损耗）。由于励磁电流进入了磁化曲线的饱和区，使得铁芯和空气的导磁率接近，从而导致变压器的漏磁大大增加。变压器漏磁通会穿过压板、夹件、油箱等构件，并在其中产生涡流损耗，即附加铁损。这意味着随着变压器绕组中直流分量的增加，变压器的附加铁耗会增加。

3.2 振动加剧

基本上变压器本体的振动主要源于硅钢片的磁致伸缩引起的铁心振动。磁致伸缩使铁心随励磁电流的变化出现周期性的振动。直流偏磁下的变压器铁心处于半周磁饱和状态，磁通偏移，同时励磁电流出现畸变现象，此时磁致伸缩加剧，导致铁心的振动也随之加剧，硅钢片接缝处和叠片间存在由漏磁引起的电磁吸引力，磁饱和时漏磁增大引起电磁吸力增大，从而也加剧了铁心的振动

3.3 噪音增大

当变压器线圈中有直流电流流过时，励磁电流会明显增大。对于单相变压器，当直流电流达到额定励磁电流时，噪音增大10 dB：若达到4倍的额定励磁电流，则噪音大20 dB。此外，变压器中增加了谐波成分，会使变压器噪音频率发生变化，可能会因某一频率与变压器结构部件发生共振使噪音增大。

3.4 对电压波形的影响

当变压器中有直流偏磁时，励磁电流及铁心中磁通的波形变化如图：

图中给出了变压器铁心的励磁特性曲线由于直流偏磁存在，铁心中磁通密度最大值进入了励磁特性曲线的饱和部分，励磁电流显著增大。波形发生严重畸变，正半波出现尖峰，但其峰值比无偏磁时大很多。直流偏磁越严重，励磁电流越大，其波形畸变越严重。

直流偏磁下，直流和交流励磁磁通相叠加。形成总磁通密度。与直流偏磁方向一致的半个周期磁通密度大大增加，另外半个周期的反而减小，对应的励磁电流，波形呈现正负半波极不对称的形状。

4 直流偏磁的解决方法

4.1 主变中性点串接小电阻

当特高压直流系统以单极大地方式或双极不平衡运行时，其接地极对500 kV变电站的中性点接地的自耦变压器来说，相当于一个含有内阻的直流电压源。要想抑制流入变压器的地中直流，最简单直接的方法就是在中性点串入一个电阻。串接电阻等于增大了地上支路的电阻，电流势必更多地流经大地土壤支路，从而达到了限制地中电流进入交流系统的目的。为了不改变变压器原有接地方式，电阻越小越好。但为了获得良好的抑制效果，电阻越大越好。经过试验证明，阻值取3欧姆最为实用。

4.2 串接电容

在主变中性点串接电容器，并且采用旁路的火花间隙。当变压器接入的交流电网正常时，旁路开关断开，电容器串接在中性点与接地端之间，起到隔断地中直流分量的作用，可以有效抑制直流偏磁带来的直流分量，同时允许较低的三相不平衡交流电流流过。当该电网发生不对称短路故障时，电容两端电压迅速升高，将间隙击穿，此时电容被旁路，中性点故障电流经间隙入地。旁路开关立即闭合，此时中性点相当于直接接地。保证中性点可靠接地。

中性点串接电容存在问题，比如放电间隙放电的电压问题，放电闪络分散问题，无法切断电流等。电网故障时装置如果不能及时短路，会使中性点电压升高，对其绝缘不利。

4.3 采用反向注入的方法

反向注入是在变压器中性点与接地零电位之间安装一套输出可调的直流电流源，如有足够威胁变压器正常运行的地中直流流入，就向中性点注入一反向直流以抵消该地中直流。此方法不改变变压器接地方式，对流入附近其它变压器的地中直流量的影响也很小。

但此方法复杂性高，当特高压直流系统接地极与变电站的距离尚远，中性点小电阻的阻值无需太大时，显得过于繁琐，经济性不高。

综上所述，小电阻接地相较于其他两种方式有其显著的优点。实际上，小电阻接地只需要满足电压电流绝缘等参数要求，而不需要配置复杂的保护，而且小电阻的阻值非常小，易于制造，且占地较小，经济性高，在没有直流偏磁的情况下，可以通过简单的操作，退出运行，主变中性点重新变为直接接地，运行管理灵活，非常符合实际应用的要求。

5 结论

500 kV变电站自耦变压器中性点在采用经小电阻接地方式后，有效地抑制了直流偏磁对变压器的影响，简单、实用、可靠、是非常有效的措施。并且由于小电阻的阻值非常小，不会对系统的零序网络产生大的影响，在过电压产生时，由于小电阻的阻抗远小于主变的等效暂态阻抗，在中性点产生的电压也不大。因此，的确是非常实用、有效的方法。

参考文献

[1]赵畹君.高压直流输电工程技术[J].

[2]王祥珩,徐伯雄.变压器的偏磁问题[J].