变压器中性点直流电流影响及抑制措施
陈贤
摘 要：本文主要针对变压器中性点中直流电流的影响作出研究与分析，并介绍了几种抑制措施。
关键词：变压器；中性点；直流电流；影响；措施
前言：随着我国电力行业的迅速发展，大容量、长距离的高压直流输电成为解决现代电力需求矛盾的主要办法。在直流电双极不平衡方式或者单级大地回路方式运行时，大地中流过的巨大直流电流会对附近的交流系统产生影响，特别是会对接地极附近中性点直接接地变压器产生比较严重的直流偏磁，这不仅增加了变压器的无功消耗，影响变压器的正常运行，引起继电保护误动，而且引起的谐波大幅升高也会对其他电气设备产生较大影响，从而直接影响到变电站、发电厂的安全运行[1]。因此，由直流电流引起的变压器直流偏磁成为电力系统急需研究解决的问题。
一、变压器中性点直流电流的形成与影响
在我国高压直流输电的几乎都是双极中性点单端接地方式的系统。虽然正常运行时两极电流相等，地回路中的电流为零，但是只要是运行过程中两极的电流不相等，接地极都会有电流流过，在直流输电线路和大地间形成回路。在我国，110kV及以上电压等级系统中性点采取直接接地。如果出于不同地点的变电站的中性点电位被不同程度的抬高，则直流电流将通过大地和交流线路，由一个变压器中性点流入，在另一个变压器中性点流出[2]。其中流经两台中性点接地的变压器的直流电流分量，取决于两台变压器所在点的电位，变电站接地电阻、变压器绕组直流电阻和线路的直流电阻等因素，当流过变压器每相绕组的直流电流增大达到一定程度时，必然会引起铁心磁饱和，从而导致励磁电流波形发生畸变，从而引起变压器发生直流偏磁。我国许多直流输电接地极额定电流高达3KA，必然影响极址周边中性点接地变压器的正常工作。
变压器中性点流入直流电流时，产生直流偏磁的励磁特性曲线和输出电流变化情况如图1所示。图1（a）所示为铁芯磁通曲线，图1（b）为变压器磁化曲线，图1（c）为励磁电流曲线。从图中可以看出，当有直流分量流入绕组时，磁路工作在磁化曲线的非线性段，励磁电流波形将会发生严重畸变，且畸变程度会随着铁芯饱和程度的加深而愈发严重[3，4]。
二、变压器中性点直流电流的解决措施
（一）主变压器中性点装设电容隔直装置。电容隔直装置的组成结构如图2所示。本装置主要由电容器、机械旁路开关和快速旁路回路三者并联组成，接于变压器中性点和地之间。在没有直流电流流经变压器中性点时，机械旁路开关为合上位置。当检测到流经变压器中性点的直流电流超过限值时，机械旁路开关自动断开，将电容器串入变压器中性点与地网之间，利用电容“隔直通交”的特点，有效隔断流过变压器中性线的直流电流。一旦检测到流经变压器中性点的交流电流超过限值或者电容器组两端电压超限时，装置控制器即判断为交流电网发生不对称短路故障，晶闸管立即触发导通，同时机械旁路开关转为合上位置，保证变压器中性点可靠接地。电容隔直装置的优点是为无源方式，安全性较高，隔直效率高，对系统继电保护的影响很小，与直流注入法比较，运行维护方便。
（二）反方向注入电流法。反方向注入电流法是指在变压器中产生反方向的直流电流，以抵消或削弱地中直流流入变压器产生的偏磁，反向直流电源一般放置在变电站里的主要接地网和远方接地极内，主要检测流经变压器中性点的电流值及方向，从而得出具体数据与资料，控制直流电源的输出和和它相像的反向直流电，使流经电压器中性点的电流值得到减小。反向直流电源中限制流电抗器的主要作用是让交流电网侧的差异与不对称的短路电流流经该装置时下降，主要以远方地极提供装置输出的直流电作为返回的方式。反向直流电源还有很强的监控功能，安装过程和运转非常方便简单。但在使用反向直流电源的装置时还要考虑到一系列问题，比如说交流电压对直流电源的影响以及直流电源需要使用什么补偿效率等等问题。反向直流电源装置示意如图3所示。
（三）中性点串联电阻。中性点串联电阻即在变压器中性点和地之间串入一定阻值的电阻，可以使得中性点流入的直流电流明显减小，达到工程上可以接受的程度，其原理如图4所示。串接电阻法可以改变直流电流的分布，从而减小中性点电流的超标程度并达到抑制直流偏磁的目的，电阻串入的同时，变压器中性点对地电位也随之升高。因此，串联的电阻具有低阻值、大容量的特点，一般为几个欧姆。同时，变压器中性点的绝缘水平也需进行论证核算。中性点串联小电阻接地改变了系统的零序阻抗，因此，也需要对相关保护和自动化装置的整定重新做校核计算。
总结：高压直流输电单极大地回路运行产生的地电流会导致变压器直流偏磁，干扰变压器的安全稳定运行。目前抑制流入变压器中性点的直流量相关措施的研究主要有3种，即串接电容、注入电流法、串接电阻。电力企业在选择接地极址时，应论证直流接地极电流是否对交流电力变压器产生磁饱和影响，并应根据系统的运行方式采取适当的抑制措施，限制变压器中性点的直流水平。本文对电力企业的发展具有指导性意义，增强了电力企业解决实际问题的能力，让企业得到更快、更好的发展。
参考文献：
[1] 王升. HVDC地电流对变压器的影响及其抑制措施[D].华中科技大学.2010年.
[2] 钟连宏，陆培均，仇志成，蔡汉生.直流接地极电流对中性点直接接地变压器影响[J].高电压技术.2003年8期.
摘 要：本文主要针对变压器中性点中直流电流的影响作出研究与分析，并介绍了几种抑制措施。
关键词：变压器；中性点；直流电流；影响；措施
前言：随着我国电力行业的迅速发展，大容量、长距离的高压直流输电成为解决现代电力需求矛盾的主要办法。在直流电双极不平衡方式或者单级大地回路方式运行时，大地中流过的巨大直流电流会对附近的交流系统产生影响，特别是会对接地极附近中性点直接接地变压器产生比较严重的直流偏磁，这不仅增加了变压器的无功消耗，影响变压器的正常运行，引起继电保护误动，而且引起的谐波大幅升高也会对其他电气设备产生较大影响，从而直接影响到变电站、发电厂的安全运行[1]。因此，由直流电流引起的变压器直流偏磁成为电力系统急需研究解决的问题。
一、变压器中性点直流电流的形成与影响
在我国高压直流输电的几乎都是双极中性点单端接地方式的系统。虽然正常运行时两极电流相等，地回路中的电流为零，但是只要是运行过程中两极的电流不相等，接地极都会有电流流过，在直流输电线路和大地间形成回路。在我国，110kV及以上电压等级系统中性点采取直接接地。如果出于不同地点的变电站的中性点电位被不同程度的抬高，则直流电流将通过大地和交流线路，由一个变压器中性点流入，在另一个变压器中性点流出[2]。其中流经两台中性点接地的变压器的直流电流分量，取决于两台变压器所在点的电位，变电站接地电阻、变压器绕组直流电阻和线路的直流电阻等因素，当流过变压器每相绕组的直流电流增大达到一定程度时，必然会引起铁心磁饱和，从而导致励磁电流波形发生畸变，从而引起变压器发生直流偏磁。我国许多直流输电接地极额定电流高达3KA，必然影响极址周边中性点接地变压器的正常工作。
变压器中性点流入直流电流时，产生直流偏磁的励磁特性曲线和输出电流变化情况如图1所示。图1（a）所示为铁芯磁通曲线，图1（b）为变压器磁化曲线，图1（c）为励磁电流曲线。从图中可以看出，当有直流分量流入绕组时，磁路工作在磁化曲线的非线性段，励磁电流波形将会发生严重畸变，且畸变程度会随着铁芯饱和程度的加深而愈发严重[3，4]。
二、变压器中性点直流电流的解决措施
（一）主变压器中性点装设电容隔直装置。电容隔直装置的组成结构如图2所示。本装置主要由电容器、机械旁路开关和快速旁路回路三者并联组成，接于变压器中性点和地之间。在没有直流电流流经变压器中性点时，机械旁路开关为合上位置。当检测到流经变压器中性点的直流电流超过限值时，机械旁路开关自动断开，将电容器串入变压器中性点与地网之间，利用电容“隔直通交”的特点，有效隔断流过变压器中性线的直流电流。一旦检测到流经变压器中性点的交流电流超过限值或者电容器组两端电压超限时，装置控制器即判断为交流电网发生不对称短路故障，晶闸管立即触发导通，同时机械旁路开关转为合上位置，保证变压器中性点可靠接地。电容隔直装置的优点是为无源方式，安全性较高，隔直效率高，对系统继电保护的影响很小，与直流注入法比较，运行维护方便。
（二）反方向注入电流法。反方向注入电流法是指在变压器中产生反方向的直流电流，以抵消或削弱地中直流流入变压器产生的偏磁，反向直流电源一般放置在变电站里的主要接地网和远方接地极内，主要检测流经变压器中性点的电流值及方向，从而得出具体数据与资料，控制直流电源的输出和和它相像的反向直流电，使流经电压器中性点的电流值得到减小。反向直流电源中限制流电抗器的主要作用是让交流电网侧的差异与不对称的短路电流流经该装置时下降，主要以远方地极提供装置输出的直流电作为返回的方式。反向直流电源还有很强的监控功能，安装过程和运转非常方便简单。但在使用反向直流电源的装置时还要考虑到一系列问题，比如说交流电压对直流电源的影响以及直流电源需要使用什么补偿效率等等问题。反向直流电源装置示意如图3所示。
（三）中性点串联电阻。中性点串联电阻即在变压器中性点和地之间串入一定阻值的电阻，可以使得中性点流入的直流电流明显减小，达到工程上可以接受的程度，其原理如图4所示。串接电阻法可以改变直流电流的分布，从而减小中性点电流的超标程度并达到抑制直流偏磁的目的，电阻串入的同时，变压器中性点对地电位也随之升高。因此，串联的电阻具有低阻值、大容量的特点，一般为几个欧姆。同时，变压器中性点的绝缘水平也需进行论证核算。中性点串联小电阻接地改变了系统的零序阻抗，因此，也需要对相关保护和自动化装置的整定重新做校核计算。
总结：高压直流输电单极大地回路运行产生的地电流会导致变压器直流偏磁，干扰变压器的安全稳定运行。目前抑制流入变压器中性点的直流量相关措施的研究主要有3种，即串接电容、注入电流法、串接电阻。电力企业在选择接地极址时，应论证直流接地极电流是否对交流电力变压器产生磁饱和影响，并应根据系统的运行方式采取适当的抑制措施，限制变压器中性点的直流水平。本文对电力企业的发展具有指导性意义，增强了电力企业解决实际问题的能力，让企业得到更快、更好的发展。
参考文献：
[1] 王升. HVDC地电流对变压器的影响及其抑制措施[D].华中科技大学.2010年.
[2] 钟连宏，陆培均，仇志成，蔡汉生.直流接地极电流对中性点直接接地变压器影响[J].高电压技术.2003年8期.
