直流输电系统运行方式变压器直流偏磁研究

直流输电系统运行方式变压器直流偏磁研究

黄克峰

（广州高澜节能技术股份有限公司广东广州510663）

摘要：随着我国社会经济不断发展，对于电力供应和电力系统运行稳定性提出了更高的要求。高压直流输电作为一种高效、节能、可靠的远程输电方法，在我国电力系统中有着重要的应用。但在单极运行状态下，高压直流输电会导致相应的直流偏磁，进而影响变电器的运行可靠性和安全性。因此，针对此类问题的研究和对策探索，受到了越来越广泛的重视和关注。笔者从直流偏磁成因及基本原理入手，重点分析了直流偏磁对于变压器运行的影响，并对问题的解决对策进行了探讨。

关键词：直流输电；单极运行；变压器；直流偏磁

随着社会经济不断发展，对于电力供应及电力系统运行稳定，提出了更高的要求。我国能源分布东西不均特征较为明显，为平衡能源分布，促进社会经济和谐发展，我国“西电东输、南北互供、全国联网”的能源发展战略已经全面展开，高压直流输电技术作为一项高效、节能、稳定的远程输电技术得到了越来越广泛的应用和关注。但在实际输电运行过程中，高压直流输电容易对变压器的运行造成一定的影响，导致直流偏磁问题的发生，降低电网整体的安全性。因此，从直流偏磁问题的根本成因入手，探讨相应的解决对策，具有重要的现实意义。

一、现阶段直流偏磁研究发展动态概述

（一）国内研究动态概述

国内对于直流电流的研究相对较晚，主要是从“东电西输”工程建设和发展开始的。

三广直流输电单极大地情况下，某主变噪声和振动相应增大；2004年3月出现一次天广直流与三广直流叠加影响的情况，该主变中性点监测到最大43A的直流。在该主变内部检查时曾发现A、B、C三相中存在铁心夹件绝缘块脱落，绕组下部绝缘块位移，绕组绑扎带松脱以及铁心旁柱弯曲等问题。直流偏磁直接影响到变压器的安全运行，影响电网输电、配电安全。

二、直流偏磁现象的成因及原理分析

（一）直流偏磁现象的根本成因分析

目前，直流输电系统主要分为多端直流输电系统和两端直流输电系统两类。两端直流输电系统的结构较为简单，其仅具备一个整流站以及一个逆变站，与交流系统间也仅存在两个连接端口。如两端直流输电系统以单极大地运行模式运行，直流输电电流经接地极注入大地，幅值极高滴直流电流在大地中流过，此直流电流就是直流系统中的运行电流，在其流过大地过程中，会产生相应的电位差，在接地极附近一定范围内大地有电压分布，电压的大小与注入电流和土壤的电阻率相关，受此影响直流电流将依次经过变压器中性点和交流输电线路，直流电流大小可用公式计算：

三、直流偏磁解决措施分析

（一）反向电流补偿法分析

反向电流补偿就是通过在变压器设备中心点增设直流电压源的方式，借助反向的直流电流进行补偿的补偿方法，其中增设的直流电压源需依据中性点直流电流检测值对自身电流输出值进行调整，从而实时完成反向直流电流的有效提供。从装置组成的角度分析，反向电流补偿法涉及的设备较为简单，仅需要独立补偿接地极、限流电抗器、直流发生器以及变压器中性点直流检测装置即可实现补偿。上述装置中，限流电抗器的作用主要是避免直流发生器中侵入交流交流，从而保障设备的使用安全。

反向电流补偿法可根据变压器中心点实际的直流分量大小，实时注入反向的直流电流，不仅一直效果明显，并且控制灵活。从另外一个角度，向交流电网注入直流电流，本身就是一个风险。

（二）中心点串联电阻法分析

单极大地运行模式下，直流输电过程中会有部分直流电流通过大地直接进入变压器绕组中。变压器绕组中存在的直流分量大小，受多方面因素共同影响决定，除相邻变压器设备中心点间存在的电位差外，输电

线路和绕组对应的等值电阻以及变压器设备中心点的接地电阻器，也是其关键性的决定因素。中心点串联电阻法就是在变压器设备中心点串联电阻，通过增加阻值实现直流偏磁抑制的方法。在中性点增加电阻器，要有效的限制住直流偏磁电流，对电阻器阻值有一定要求。而另一方面电阻器阻值过大，可能影响变压器中性点接地的良好性，改变变压器中性点接地运行方式。这形成矛盾，这个矛盾一定程度上限制了该方法的应用。另外中性点有交流电流时，电阻器会消耗有功功率。

（三）中心点串联电容法分析

中心点串联电容的方法与串联电阻相类似，在变压器中性点增加电容器，利用电容器通交流隔直流的特性，可以完全把直流电流隔离，不让其通过中性点流入变压器及交流电网。该方法采用的电容器的电容值很大，相应的其工频容抗值很小，在0.1Ω以下，对于工频及以上交流来说，几乎等同于金属接地，所以不改变变压器中性点接地运行方式。另外电容器也不消耗有功功率。与其它治理方法相比较，串联电容的抑制效果和可操作性更好，不消耗有功功率。整体装置组成相对简单、成本较少、经济性好，具有良好的适用性和实用性。笔者应用该方法在溪浙直流受端直流偏磁治理中大批量应用，成功治理了90A以上的直流偏磁电流，效果良好。

结语

直流输电线路单级接地运行时，会给换流站接地极附近中性点接地的电力变压器带来直流偏磁现象，直流偏磁作为一种非正常运行状态，会严重降低变压器运行的安全性和可靠性。因此，相关单位应全面提高对直流偏磁的重视，选择恰当的直流偏磁抑制措施，以确保高压直流输电系统的稳定运行。

参考文献

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