基于串联电容法的变压器中性点直流电流抑制装置

变压器电容隔直装置关键技术及应用分析摘要：为确保变压器安全稳定运转，控制变压器中性点的直流经过，需要使用变压器直流偏磁抑制设备。

本文探讨了变压器电容隔直装置的基本原理、组成及不同类型的比较，并详细介绍了电容在正常运行和系统故障情况下的控制逻辑和运行模式。

同时，本研究探讨了电容投切后电气量变化，分析了电容充电回路振荡过程，还研究了隔直电容在电力系统保护中的作用。

关键词：变压器；电容隔直装置；关键技术；应用分析引言随着经济飞速发展，土地上的直流电污染源逐渐增多，导致交流变压器中性点叠加直流分量，产生直流偏磁现象变得愈发严重。

由于地电流倾向于沿着阻抗最小的路径流动，输电线路成为主要流通通道，同时直流电也会通过变压器中性点注入，并从另一站变压器中性点流出。

变压器铁芯饱和、励磁电流畸变可能会导致变压器直流偏磁，这是由直流电注入引起的。

此现象有可能造成变压器磁饱和、交流谐波增加，同时有较大的振动、噪声，严重影响了变压器及电力系统的安全稳定运行，例如变压器部件松动、绝缘老化、放电击穿等问题。

进一步而言，直流电流的另一个主要污染来源是换流站的接地极和轨道交通。

一、基本原理及装置构成1.基本原理当变压器中性点直流偏磁电流超出限制时，电容隔直装置会自主启动旁路电路，将电容器串联于变压器中性点和地网之间，利用电容器的隔直通交特性，成功避免直流电流进入交流系统。

为保障交流系统正常运行，应使用容量较小的阳性电容器，并在支路上采用旁路电子开关（例如昆特闻管）和机械开关建立电容器的旁路保护系统。

当交流系统发生三相不平衡故障时，将有可能在电容器两端产生高电压。

为防止电容器损坏，延长机械开关寿命，减少电容器放电电流对开关支路的冲击，当装置监测到电流或电压超过预设值时，设备会启用旁路电子开关导通并发出旁路机械开关闭合信号，确保交流系统电流正常流通并有效接地。

由于机械开关合闸速度较慢，相比晶闸管导通速度较慢，交流系统发生故障时，故障电流常常先通过旁路电子回路流向大地。

变压器中性点直流偏磁抑制装置装设的必要性摘要：本文通过一起110kV船塘变电站6月份直流接地极试验直流超标的案例，分析直流偏磁超标对运行中变压器的危害，制定消除直流偏磁超标措施，引发关于变压器中性点直流偏磁抑制装置装设的必要性思考。

通过自身分析以及查阅相关资料，整理并总结了一系列由于直流输电系统的发展引发的变压器直流偏磁现象的突出问题，如产生谐波、引起主变噪声过大、过热而造成变压器的损坏。

为确保交流系统中变压器的安全稳定运行，减少不必要的损耗，本文旨在叙述在变压器中性点回路串接中性点直流偏磁抑制装置的必要性，并介绍该装置的构成原理和主要功能，最终实现电网的安全稳定运行。

关键词：变压器电容隔直装置直流偏磁中性点前言：随着直流输电技术在我国的迅猛发展，直流输电系统建设初期的系统调试、设备故障或检修等原因，使得直流系统单极大地回线方式或双极不平衡方式运行几乎无法避免。

当直流系统以单极大地回线方式或双极不平衡方式运行时，系统中高达几千安的直流电流通过接地极注入大地。

当直流电流通过接地的变压器中性点流经变压器绕组，将引起变压器磁路直流偏磁，导致铁芯饱和而引起主变噪声过大、过热等问题，严重时损坏变压器，最终威胁电力系统的安全稳定运行。

本文从一起直流工程接地极入地电流试验过程中110kV船塘站主变中性点的直流偏磁量超标，分析直流偏磁的危害，制定应对抑制直流偏磁的措施，选择一种最适合该站的方法加以分析其作用、原理以及可实施性。

1.中性点直流偏磁的影响2020年06月13日，为评估昆柳龙多端直流工程接地极入地电流对极址周边交流系统接地变压器的影响，为昆柳龙多端直流工程建成投运以及接地极周边交流电网的安全运行提供依据；同时为了评估“牛从直流翁源接地改迁、接入长翠村接地极运行”项目对迁后接地极入地电流对周边交流接地变压器的影响，南方电网科学研究院有限责任公司组织各单位配合开展单极大地运行期间交流变压器直流偏磁监测试验工作。

直流输电单极运行对交流变压器的影响与解决措施摘要：针对高压直流输电工程单极大地方式下接地极附近的变压器产生直流偏磁现象，以串联电容法为技术基础，合理运用了氧化锌阀组和大容量快速开关，开发研制出变压器中性点直流电流隔离接地装置。

试验结果表明，该装置可以有效阻断变压器中性点直流电流的流入，从而避免变压器直流偏磁的发生，保证电网的稳定运行。

关键词：直流输电；单极运行；交流变压器；影响；解决措施我国能源分布极不平衡，水力、煤炭资源主要分布在西南、西北诸省，而2/3以上的负荷位于东部沿海地区。

随着我国“西电东送、南北互供、全国联网”的电力发展总方针的制定，直流输电因为不存在功角稳定问题、可实现功率快速调节和运行可靠等优点在远距离大容量输电和电力系统联网方面具有明显的优势，成为了全国特高压输电的主要途径。

1.直流偏磁对变压器的影响1.1直流单极大地方式下地中直流电流分布直流输电系统在单极大地运行方式下，如图l所示虚框内一极退出运行，大地相当于直流输电的一根导线，大部分的直流电流通过两侧的接地通道回流，由于交流输电网对于直流来说电阻也较小，因此还有一小部分的直流电流会回流至电网中接地的变压器和架空线，使接地极周边中性点接地变压器在中性点产生直流分量。

其中流经2台中性点接地的变压器的直流电流分量的大小，取决于2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。

贵广直流输电接地极额定电流高达3000A，必然影响周边变压器的正常工作。

当幅值高达3000A 的直流电流经接地极进入大地时，一小部分的直流电流通过直接接地的变压器中性点经由交流输电线路至线路另一端中性点接地的变压器，并经由其中性点接地形成回路，在两端变压器中形成直流磁通，使铁心磁化曲线不对称，加剧铁心饱和。

直流偏磁抑制措施研究综述摘要：近年来，随着高压直流输电和变压系统的发展，我国直流偏磁现象越来越严重。

研究可广泛使用的有效变压器，确保变压器安全运行的直流偏置抑制措施具有重要意义。

关键词：变压器；直流偏磁；抑制措施直流偏磁是由于外部电压环境变化引起，而强加于中性点直接接地的变压器，研究直流偏磁抑制技术对电力系统的正常运转具有重要的实际意义。

分析所产生的直流偏磁的原因分析，并研究适当的措施来抑制直流偏磁，使高压输电过程中的变压器的安全性得以提高。

1直流偏磁产生原因1.1地磁暴当太阳发生耀斑等剧烈活动时，太阳产生高温等离子体高速向地球运动，导致地磁场发生剧烈变化，使大地表面产生低频（0.001～1Hz）感应电动势（ESP），处于不同电位梯度的接地变压器通过输电线和大地形成回路，回路中流过感应电流（GIC），由于感应电流频率较低，相对于工频来说接近于直流，因此可使变压器产生直流偏磁现象。

1.2高压直流输电高压直流输电（HVDC）系统由于具有造价低、损耗小、稳定性高等优点，在远距离、大功率输电中得到越来越广泛的应用。

当系统以单极大地回线方式或双极不平衡方式运行时，可能高达上千安的直流电流将通过换流站接地极流入大地，直流电流回路上的大地将产生电位梯度。

1.3直流杂散电流杂散电流是指在设计或规定回路以外流动的电流。

直流杂散电流主要来源于轨道交通等直流电气化铁路、冶炼厂等直流电解系统和直流电焊系統等直流负荷。

直流杂散电流的流动导致回路上的大地产生电位梯度，不同电位梯度上的接地变压器中性点将流过直流电流。

2直流偏磁对变压器的危害2.1噪声增大变压器噪声是由硅钢片的磁伸缩引起的，在正和负不对称周期性变化的磁场下，硅钢片调整它们的大小，从而引起振动和噪音。

振动产生磁致伸缩也是不规则的，这就会使噪声随磁通密度增大而变大。

当变压器绕组中流经直流电流时，使得励磁电流产生畸变，产生了各次谐波，同时主磁通也成了正负半轴不对称的周期性变化磁场，噪声也就增加了。

1000kV特高压变压器直流偏磁的研究与抑制摘要：近年来，超高压直流输电以其高效、经济性的特点在我国长距离输电中得到应用，我国超高压直流输电技术已达到了国际领先水平。

随着越来越多的直流输电线路投入运行，我国电网呈现交、直流系统共存的新局面。

直流输电单极大地回路以及双极不平衡运行方式下，将会导致电网内距离直流换流站较近的交流变电站变压器压器中性点直流电流过大。

直流偏磁现象造成变压器噪声增大、振动加剧、系统谐波、损耗增加、线圈过热等问题的出现等，严重时能造成变压器损坏。

关键词：特高压变压器，直流偏磁，偏磁电流，隔直装置。

引言：本文介绍了直流偏磁产生的原因以及对交流变压器的影响，通过计算偏磁电流值分析是否需要增设隔直装置，并比较不同原理变压器中性点隔直装置优缺点，总结了电容器隔直装置对直流偏磁的抑制效果，提出解决方案和措施。

1、研究背景锡盟江苏泰州±800kV特高压直流输电工程接地极位于内蒙古自治区锡林郭勒盟锡林浩特市朝克苏木境内。

大唐锡林浩特电厂位于朝克接地极南59.8km、西15.8km处，与1000kV胜利变连接。

1000kV胜利变位于朝克接地极南53.4km、西3.5km处。

当直流系统单极-大地回路方式运行时，6250A的直流电流在1000kV胜利变和大唐锡林浩特电厂形成不同的地电位，如果两端变电站均没有采取隔直措施，将在该两端变压器中流过直流电流，对变压器铁芯构成直流偏磁。

大唐锡林浩特电厂主变为特变电工沈阳变压器集团有限公司生产的DFP-270000/1000型单相电力变压器，正常在5分接位置运行，额定容量270MVA，额定电压（1100/-4×1.25%）/22 kV，高/低压侧额定电流447.5/12272.7A，接线组别为YNd11(三相），短路阻抗14.18%。

高压绕组单相直流电阻为0.9750Ω，低压绕组单相直流电阻为0.0007247Ω，接地网工频接地电阻为0.2Ω。

变压器直流偏磁问题研究与分析摘要：本文针对变压器直流偏磁现象产生原因，对变压器自身产生的影响以及抑制方法进行分析与研究。

并以宁夏银川方家庄2X1000MW电厂主变直流偏磁装置为例，介绍其直流偏磁装置原理及使用方法。

关键词：变压器；偏磁；换流站1引言近年来，超高压直流输电以其高效、经济性的特点在我国长距离输电中得到应用，我国超高压直流输电技术已达到了国际领先水平。

随着越来越多的直流输电线路投入运行，我国电网呈现交、直流系统共存的新局面。

直流输电单极大地回路以及双极不平衡运行方式下，造成变压器直流偏磁额的现象日益严重。

直流偏磁现象造成变压器噪声增大、振动加剧、系统谐波、损耗增加等，严重时能造成变压器损坏。

2直流偏磁产生的原因直流偏磁是指在变压器励磁电流中出现了直流分量，导致变压器铁心半周磁饱和，以及由此引起的一系列电磁效应。

变压器正常工作在交流过励磁情况下，铁心磁通密度增加，励磁电流产生畸变，变压器工作在磁化曲线非线性的区域，励磁电流波形为尖顶波，且正负半波对称，变压器在直流偏磁下，直流与交流磁通相叠加，与直流偏磁方向一致的半个周波的铁心饱和程度增加，另外半个周波的饱和程度减小，对应的励磁电流波形呈现正负半波不对称的形状。

直流偏磁是变压器的一种非正常工作状态，由于变压器的原边等效阻抗对直流分量只呈现电阻特性，且电阻很小。

因此，很小的直流分量就会在绕组中形成很大的直流激磁磁势，该直流磁势与交流磁势一起作用于变压器原边，造成变压器铁心的工作磁化曲线发生偏移，出现关于原点不对称，即变压器偏磁现象。

一般来说产生的直流偏磁电流主要有两种来源：一是太阳活动产生的地磁感应电流，二是高压直流输电系统（HVDC）；三是城市轨道交通。

2.1太阳活动产生的地磁感应电流太阳等离子风的动态变化与地磁场相互作用产生的地磁“风暴”。

地磁场的变化将在地球表面诱发电位梯度，其大小取决于地面电导率和地磁风暴的严重程度，当这一低频且具有一定持续时间的电场作用于中性点接地的电力变压器时，将在绕组中诱发地磁感应电流，其频率在0.01~1Hz之间，与50Hz的交流系统相比较，可以近似看成直流。

电力电子装置引起的供电变压器直流偏磁问题解决方案的研究直流偏磁抑制装置研制技术要求1、概述变压器直流偏磁抑制装置（以下简称装置）研发，旨在设计、试制、安装、调试运行一套直流偏磁抑制装置，用于有效抑制电力电子装置引起的供电变压器直流偏磁，提高供电变压器运行的稳定性、可靠性，降低供电变压器的运行损耗，并延长其使用寿命。

装置应达到的技术指标为：1、满足额定电压10kV、额定容量7MVA三相供电变压器任意一相直流偏磁抑制的接入条件；2、满足额定电压10kV、额定容量4MVA单相供电变压器直流偏磁抑制的接入条件；3、抑制效果上能够将流入变压器的直流电流限制在1A以下。

装置研发要求具体包括如下内容：1、现有直流偏磁抑制技术与方法的比较分析；2、对装置使用的技术方案进行仿真验证；3、装置试制、成套；4、试制装置出厂试验；5、试制装置现场试验。

2、引用标准和规范本章节引用标准所包含的条文构成本技术协议的内容，在本技术要求实施协议中，若引用标准产生新的版本或被修订，乙方应遵照新的或修订后的标准执行。

当本章节引用标准与乙方所执行的标准不一致时，按较高标准执行。

引用标准和规范包括但不仅限于：DL/T 1775-2017 串联电容器使用技术条件GB/T 17702-2013 电力电子电容器GB/T 28565-2012 高压交流串联电容器用旁路开关GB/T 6115.1-2008 电力系统用串联电容器第1部分：总则GB/T 6115.2-2017 电力系统用串联电容器第2部分：串联电容器组用保护设备GB/T 9090-1988 标准电容器3、环境条件海拔高度：≤1000m环境温度： -15℃～＋40℃，日平均温度不大于＋35℃最大日温差：≤25℃空气相对湿度（20℃）：·最大日平均：95﹪·最大月平均: 90﹪耐地震能力：≤8级地面水平加速度：3.0m/s2；地面垂直加速度：1.5m/s2（地震波为正弦波，持续时间三个周波，安全系数1.67）使用地点：户内4、装置技术要求与工作内容4.1 技术方案研究针对FACTS单相试验系统试验过程中因试品原因出现直流偏磁的情况，对比研究以下变压器直流偏压抑制方法：1、反相电流法：变压器中性点两端加入直流电压源，直流电压源根据中性线的直流电流测量值，实时提供反向的直流电流。

变压器的励磁突入电流抑制装置及其控制方法一、引言在变压器的运行过程中，由于励磁电流的波动和突变，可能引起变压器主回路的电压突变，从而对变压器的电气绝缘系统产生不利影响。

因此，为了保证变压器的正常运行，需要设计一种励磁突入电流抑制装置及其控制方法。

该装置可以在突入电流产生时，及时调整变压器励磁电流的大小，从而减轻对电气绝缘的冲击，确保变压器的安全可靠运行。

二、励磁突入电流抑制装置的原理励磁突入电流抑制装置的核心原理是通过控制励磁电压的大小和调节励磁电路的参数，实现对励磁电流的抑制。

具体而言，可以采用以下两种方式来实现励磁突入电流的抑制：1、电容补偿装置：在变压器的主励磁电路中串联一个电容器，通过调节电容器的参数，可以改变变压器的励磁电路的阻抗，从而实现对励磁电流的调节。

当励磁电流突变时，通过调整电容器的容值，可以快速调节励磁电流的大小，从而达到抑制励磁突入电流的目的。

2、可控硅装置：在变压器的主励磁电路中串联一个可控硅装置，通过调节可控硅的触发角，可以实现对励磁电流的调节。

当励磁电流突变时，通过调整可控硅的触发角，可以快速调节励磁电流的大小，从而抑制励磁突入电流。

三、励磁突入电流抑制装置的控制方法为了实现对励磁突入电流的精确控制，需要采用适当的控制方法。

1、PID控制：PID控制是一种常见的控制方法，通过对励磁突入电流和设定值之间的差值进行比较，并根据误差来控制励磁电流的大小。

具体实施时，可以使用PID控制器来实现自动控制，根据突入电流的大小和变化情况，快速调节励磁电流的大小，从而抑制突入电流的产生。

2、模糊控制：模糊控制是一种基于模糊逻辑原理的控制方法，其主要思想是通过对励磁突入电流和设定值之间模糊关系的建模，并根据模糊规则来控制励磁电流的大小。

具体实施时，可以采用模糊控制器来实现快速调节励磁电流的大小，从而抑制突入电流的产生。

四、结论励磁突入电流抑制装置及其控制方法是保证变压器正常运行的重要手段。

出厂检验报告产品名称：变压器中性点直流电流抑制装置产品型号：PAC—50K安装地点：产品编号：制造单位：南京南瑞集团公司检验日期:检验依据1．南京南瑞集团公司北京监控技术中心《PAC—50K变压器中性点直流电流抑制装置技术条件》；2．与产品有关的技术文件。

主要检验设备检验项目检验结论一结构和外观检查检验日期：年月日二绝缘性能检查2.1 绝缘电阻使用仪器：兆欧表注意事项：装置不带电运行检验日期：年月日2.2 介质强度使用仪器：耐压仪注意事项：装置不带电运行检验日期：年月日三程序版本检查检验日期：年月日版本发布日期：四电源检查使用仪器：万用表注意事项：装置通电运行检验日期：年月日五测量精度检查5.1测量通道精度测量5.1。

1 电流测量精度检查使用仪器：继电保护测试仪试验方法：采用电力保护测试仪，，依据下表的输入值分别模拟现场变压器的中性点电流和可控硅电流，读后台监控终端的中性点电流、中性点电流辅助通道、可控硅电流、可控硅电流辅助量测的数值。

电流测量精度检查记录表5.1.2 电压测量精度检查使用仪器：试验充电电源,万用表；试验方法：利用高电压充电电源对电容器充电,测电容两端电压时充至最大测量值+100V/—100V以上，测可控硅两端电压时充至最大测量值500V以上,关闭充电电源停止充电，等待电容自然放电，读万用表电压读数，读后台监控终端读数.直流电压测量精度检查5。

2 通讯功能检查5。

3 远程监控终端操作测试5.3.1 定值修改5。

3。

2 日志获取5。

4 NCS接口测试5。

4.1 告警开关量输出信号试验隔直装置提供6个告警输出信号，告警输出信号以空接点的形式输出，当装置某个事件出现时，对应的告警信号输出节点闭合：测试设备：告警信号测试指示灯板5。

4.2 模拟量信号输出检验隔直装置为NCS提供中性点电流和电容器两端电压两个模拟量信号。

1)中性点电流模拟量输出测试:测试工具：继电保护测试仪、4～20mA过程测试表.模拟量信号以4~20mA的方式输出.输入/输出对应关系至NCS接口变压器中性点直流输入信号变换过程及测量点示意图过程测量表测电流芯缠绕方式加电流测量方法：采用继电保护测试仪，依据下表中的输入值给中性点输入电流来模拟现场变压器的中性点电流，测量变送器输出4—20mA电流，并读取电流值。