高压直流输电系统直流偏磁抑制装置的应用

高压直流输电系统直流偏磁抑制装置的应用

汪黎明、冯颖姣、张盛

（浙江日新电气有限公司 衢州 324000 ）

摘 要：高压直流输电系统凭借其远距离输电和电力系统联网方面的优点，在全国范围内受到广泛的应用。高压直流输电系统引发直流偏磁现象，影响电网的安全稳定运行。本文介绍了电阻型直流偏磁抑制装置优点，从造价、运维及效果上看，性价比更高，故本文对电阻型直流偏磁抑制装置进行分析，以及在高压直流输电系统中的应用

关键词：高压直流配电；直流偏磁抑制；电阻型

0 引言

近几年，我国电网结构不断加强，在我国电网的全国联网大建设战略下，未来的十几年内高压远距离直流输电是电网建设的发展趋势。直流输电方式在输送相同功率时，线路投资较少，对功率和电能的损耗较小，不会产生较大的干扰信号，线路在稳态运行时没有电抗电压和电容电流，不需要进行无功补偿，系统运行稳定可靠。直流系统在调试、检修或发生故障时，会出现单极－大地回路的运行方式，直流接地极中将产生巨大的直流入地电流，在接地极周边形成直流电场，使得附近的变电站主变中性点接地系统中有直流电流通过，引起直流偏磁^［1］

1、直流偏磁产生的原因

高压输电中的直流偏磁是由于变压器中性点接地部分受到直流分量的入侵而引起的电磁现象^[6]。在变压器内部出现直流偏磁情况有两种可能性:一种是磁暴产生的地磁感应电流，太阳离子风和宇宙的其他射线与电磁场互相作用，产生地磁暴，地磁感应电动势会在变压器绕组内部产生地磁感应电流；另一种是高压直流输电产生的地中电流。高压直流输电系统单极-大地运行方式工作时直流分量经过接地返回大地，在这过程中直流分量流过地区的电阻率受到不同的影响，在两个接地变压器的中性点间出现电位差，因为交流系统的直流阻抗值很小，所以将会有部分直流分量流过^[2]。

2、电阻型直流偏磁抑制装置在高压直流输电系统中的应用

电阻型直流偏磁抑制装置是将小电阻串入变压器的中性点和地网之间，通过电阻对流过中性点直流电流大小进行限制，原理图见图1示意。

我国国家标准规定，变压器绕组允许通过的直流电流为额定电流的0.45%~0.55%，其主要考虑到电力变压器在超过额定电压下也能长期安全运行，对于单相和三相五柱式变压器因直流磁阻较三相三柱式小，因而允许通过的直流电流也较小。根据这一原则，高压直流输电系统直流偏磁抑制措施主要有：1）反向直流注入法；2）小电阻法；3）电容隔直法^[3]。上述三种直流偏磁抑制方法的比较见表^[5] 1。

表1 三种直流偏磁抑制方法的比较

目前，我国大部分地区采用的是电阻型直流偏磁抑制装置和电容型直流偏磁抑制装置，而电阻型直流偏磁抑制装置从造价、运维及效果上看，性价比更高，故本文对电阻型直流偏磁抑制装置进行分析。

电阻型直流偏磁抑制装置主要适用于在高压试验中冲击发电机系统一次回路限制短路试验电流的直流分量；以及在变压器中性点接地能够抑制直流单极大地回线运行方式导致的变压器中性点直流偏磁电流，避免直流电流对变压器造成的危害。其主要功能要求如下：1）装置正常工作在限流状态，使限流电阻串入变压器中性点，达到降低流入变压器中性点的直流电流的目的。2）当发生系统故障时，装置应具备保护限流电阻不受损坏的措施。3）装置应具有过电压、过电流保护，不应出现装置性故障危及系统安全。装置的主要性能要求如下：1）装置额定频率：50Hz，长期通过交流电流不小于100A，可根据安装地点实际情况提高要求。2）承受短路动稳定能力：装置应能耐受不小于20kA（峰值）/200ms的冲击电流，承受能力应根据安装地点系统条件校核。3）承受短路热稳定能力：限流装置应具有承受不小于8kA（有效值）/1s短路电流的能力，且温升限值不应超出相应绝缘耐热等级规定的限值，承受能力应根据安装地点系统条件校核。装置的主要特点如下：1）电阻产品体积小，散热好，绝缘高。2）瞬时耐受大电流冲击能力强；温升低；3）采用熔点高、阻值稳定、温度系数小、热容量大的材料；4）可靠性强，多重绝缘，电阻内外及电阻原件均采用特殊材质绝缘及支撑。

3、结语

变压器受直流偏磁的影响，使变压器产生谐波、振动、噪声、过热等问题，严重时可引起变压器损坏，并可能引起保护的误动，严重影响变压器及电网的安全稳定运行。变压器中性点串联电阻型直流偏磁抑制装置进行抑制直流偏磁，可以很好的降低投资成本，并达到很好的抑制效果，降低直流偏磁对变压器的影响。

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该论文是衢州市科技计划项目高压直流输电系统直流偏磁抑制装置研发项目的应用，计划编号2021K45。

第一作者简介：汪黎明，男，1990年生，浙江衢州人，本科，工程师。研究领域：电气工程。