直流偏磁抑制装置原理

I C S29.180K41中华人民共和国国家标准G B/T1094.23 2019电力变压器第23部分:直流偏磁抑制装置P o w e r t r a n s f o r m e r s P a r t23:D Cm a g n e t i c b i a s s u p p r e s s i o nd e v i c e s(I E CT S60076-23:2018,MO D)2019-12-10发布2020-07-01实施国家市场监督管理总局目 次前言Ⅲ 引言Ⅴ1 范围12 规范性引用文件13 术语和定义14 使用条件25 选用原则36 技术要求47 试验8 8 标志㊁包装㊁运输和贮存129 铭牌13 10 技术文件的要求13 附录A (资料性附录) 本部分与I E CT S60076-23:2018的技术性差异及其原因14 附录B (资料性附录) 高压直流输电系统引起地中直流产生的原理16 附录C (资料性附录) 直流偏磁产生危害的实例17 附录D (资料性附录) 电阻型限流装置20 附录E (资料性附录) 电容型隔直装置22 附录F (资料性附录) 变压器中性点直流计算所需的资料24 附录G (资料性附录) 直流偏磁电流计算方法25 附录H (资料性附录) 应用案例30 图1 电阻型限流装置接线原理图6 图2 电容型隔直装置接线原理图8 图B .1 直流输电工程单极大地回线示意图16 图B .2 地上电阻网络与地下电场的示意图16 图C .1 直流偏磁机理示意图17 图C .2 磁暴造成变压器直流偏磁引起的设备损害19 图C .3 主变故障图19 图D.1 电阻型限流装置典型原理接线图20 图D.2 电阻型限流装置结构示例图21 图D.3 有感干式电阻型限流装置结构示例图21 图E .1 电容型隔直装置典型原理接线图22 图E .2 电容型隔直装置结构示例图(带电子式保护开关加旁路开关)23 图G.1 直流偏磁电流计算大地建模示意图26 图G.2 经典土壤模型的示意图26 G B /T 1094.23 2019图G.3 直流系统单极大地运行时(3000A )接地极附近大地电位计算结果示意图27 图G.4 基于电压源等值的偏磁计算示意图28 图G.5 某电站直流抑制装置工程计算用电阻网络图29 图H.1 亭卫站电站电阻型限流装置外观图30 表1 试验项目9 表2 电容型隔直装置绝缘电阻测试要求10 表3 额定绝缘水平10 表4 通流材料承受短路电流后的温度限值11 表A.1 本部分与I E CT S60076-23:2018的技术性差异及其原因14 表C .1 复奉直流偏磁影响测试结果18 表C .2 嘉兴电厂#5主变振动数据18 表G.1 线路直流电阻值25 表G.2 土壤分层的电阻率和厚度26 表G.3 直流系统单极大地运行时(3000A )变压器中性点直流电流评估结果27 表H.1 电阻型限流装置应用测试数据30 表H.2 电容型隔直装置应用测试数据31 ⅡG B /T 1094.23 2019G B/T1094.23 2019前言G B/T1094‘电力变压器“分为以下部分:第1部分:总则;第2部分:液浸式变压器的温升;第3部分:绝缘水平㊁绝缘试验和外绝缘空气间隙;第4部分:电力变压器和电抗器的雷电冲击和操作冲击试验导则;第5部分:承受短路的能力;第6部分:电抗器;第7部分:油浸式电力变压器负载导则;第10部分:声级测定;第10.1部分:声级测定应用导则;第11部分:干式变压器;第12部分:干式电力变压器负载导则;第14部分:采用高温绝缘材料的液浸式变压器的设计和应用;第16部分:风力发电用变压器;第18部分:频率响应测量;第23部分:直流偏磁抑制装置㊂本部分为G B/T1094的第23部分㊂本部分按照G B/T1.1 2009给出的规则起草㊂本部分使用重新起草法修改采用I E CT S60076-23:2018‘电力变压器第23部分:直流偏磁抑制装置“㊂本部分与I E CT S60076-23:2018相比存在技术性差异,这些差异涉及的条款已通过在其外侧页边空白位置的垂直单线(|)进行了标示,附录A中给出了相应技术性差异及其原因的一览表㊂本部分还做了下列编辑性修改:全文示例中的电压和频率均按我国的实际情况进行了调整;将I E CT S60076-23:2018范围中第2段的直流偏磁抑制装置的原理性描述移至引言中; 将I E CT S60076-23:2018中的3.6调整为本部分的3.1,将I E C T S60076-23:2018中的3.1调整为本部分的3.2,将I E CT S60076-23:2018中的3.2增加了 电阻型(R e s i s t o r-t y p e) 的限定,并调整为本部分的3.3,将I E C T S60076-23:2018中的3.3增加了 电容型(C a p a c i t o r-t y p e) 的限定,并调整为本部分的3.4,将I E C T S60076-23:2018中的3.4和3.5调整为本部分的3.5.1和3.5.2;在本部分的3.3中增加了注2内容;将I E CT S60076-23:2018中的4.2与4.1合并成本部分的4.1,将4.3调整为本部分的4.2; 删除了I E CT S60076-23:2018中5.1的第1段中有关直流偏磁抑制装置安装位置和分类的描述;将I E CT S60076-23:2018中的5.4调整为本部分的5.4.1,增加了5.4.2和5.4.3;在本部分的5.2中增加了第2段(包括注)和第6段内容;将I E CT S60076-23:2018中5.3的第3段内容调整为本部分5.3的第2段,将I E CT S60076-23:2018中5.3的第2段内容进行调整补充后变为本部分5.3的第3段;将I E CT S60076-23:2018的第6章和第7章合并为本部分的第6章,将I E C T S60076-23:ⅢG B/T1094.23 20192018的第6章调整为本部分的6.1,将I E CT S60076-23:2018的第7章调整为本部分的6.2;将I E CT S60076-23:2018的6.1.2中的电阻型材料要求移至本部分的6.1.4中;在本部分中增加了6.1.8㊁6.1.9㊁6.2.6和6.2.10;将I E CT S60076-23:2018的第8章调整为本部分的第7章,并对例行试验的章条顺序进行了调整;在本部分中增加了7.4和7.5;将I E CT S60076-23:2018的第9章㊁第10章和第11章调整为本部分的第8章㊁第9章和第10章;对附录的顺序进行了调整,将I E C60076-23:2018中的附录A~附录G调整为本部分的附录B~附录H,并对附录的内容结合我国的实际应用进行了调整;将I E CT S60076-23:2018的表2调整为本部分的表3,本部分中增加了表2和表4;删除了I E CT S60076-23:2018的图C.1和图D.1,增加了图C.2㊁图D.1㊁图D.2㊁图D.3㊁图E.1㊁图E.2㊁图G.3和图H.1㊂本部分由中国电器工业协会提出㊂本部分由全国变压器标准化技术委员会(S A C/T C44)归口㊂本部分起草单位:国网上海市电力公司电力科学研究院㊁沈阳变压器研究院股份有限公司㊁华东电力试验研究院有限公司㊁上海电力学院㊁广州高澜节能技术股份有限公司㊁中国电力科学研究院有限公司㊁国网电力科学研究院㊁中国南方电网广东电网有限责任公司电力科学研究院㊁国网湖北省电力有限公司㊁西安交通大学㊁国网山东省电力公司电力科学研究院㊁上海久能机电制造有限公司㊁安徽正广电电力技术有限公司㊁特变电工沈阳变压器集团有限公司㊁山东输变电设备有限公司㊁特变电工衡阳变压器有限公司㊁江苏华鹏变压器有限公司㊁浙江江山变压器股份有限公司㊁鲁特电工股份有限公司㊁国网江西省电力有限公司电力科学研究院㊂本部分主要起草人:苏磊㊁章忠国㊁魏本刚㊁赵文彬㊁张显忠㊁黄克峰㊁傅晨钊㊁李福兴㊁朱艺颖㊁赵红光㊁王晓毛㊁全江涛㊁吕亮㊁周加斌㊁汪广武㊁倪玉顺㊁刘勇㊁王健㊁许涛㊁苏钟焕㊁陈琪㊁姜振军㊁张令建㊁王鹏㊁刘玉婷㊂引言在某些情况下,交流电网中会出现异常直流电流,对中性点接地的电力变压器等电力设备产生不利影响㊂情况1:高压直流输电系统在单极大地回路或双极不平衡模式下运行时,直流电流通过变压器接地中性点流入交流电网㊂情况2:在太阳磁暴期间,地磁感应电流(G I C)流入交流电网㊂情况3:电力牵引机车和一些大容量电力电子设备可能引起直流电流流入交流电网㊂直流电流流经变压器绕组会引起直流偏磁,给变压器和电力系统带来安全隐患㊂直流偏磁电流产生机理和有害影响参见附录B和附录C㊂为了抑制直流偏磁电流,通常将直流偏磁抑制装置串接于电力变压器和换流变压器的中性点回路,用于抑制高压直流输电系统单极大地回线方式或双极不平衡运行工况下产生的直流偏磁电流㊂在金属回线运行工况下,该装置也可缓和直流线路故障暂态情况下可能产生的流经电力变压器和换流变压器的直流电流㊂本部分推荐了两种抑制直流偏磁电流的技术,可分别限制或隔离高压直流输电系统产生的变压器直流偏磁电流㊂这两种技术也可以用来抑制由G I C㊁电力牵引机车和一些大容量电力电子设备引起的变压器直流偏磁电流㊂然而,由于其复杂性,这些问题不包括在本部分中㊂本部分定义了两种类型直流偏磁电流抑制装置的技术要求,它们连接到电力变压器和换流变压器的中性点㊂电力变压器第23部分:直流偏磁抑制装置1范围G B/T1094的本部分规定了电力变压器直流偏磁抑制装置的术语和定义㊁使用条件㊁选用原则㊁技术要求㊁试验㊁标志㊁包装㊁运输㊁贮存㊁铭牌及技术文件的要求等㊂本部分适用于安装在110k V及以上电力变压器及换流变压器中性点的直流偏磁抑制装置(包括电阻型限流装置和电容型隔直装置)及其附属设备(以下简称装置)㊂其他电压等级变压器中性点的直流偏磁抑制装置可参照本部分执行㊂2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的㊂凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件㊂凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件㊂G B/T1094.1电力变压器第1部分:总则(G B/T1094.1 2013,I E C60076-1:2011,MO D) G B/T1094.2电力变压器第2部分:油浸式变压器的温升(G B/T1094.2 2013,I E C60076-2: 2011,MO D)G B/T1094.3电力变压器第3部分:绝缘水平㊁绝缘试验和外绝缘空气间隙(G B/T1094.3 2017,I E C60076-3:2013,MO D)G B/T1094.5电力变压器第5部分:承受短路的能力(G B/T1094.5 2008,I E C60076-5: 2006,MO D)G B/T1094.6电力变压器第6部分:电抗器(G B/T1094.6 2011,I E C60076-6:2007,MO D) G B/T38043.6k V~40.5k V高压交流负荷开关(G B/T3804 2017,I E C62271-103:2011, MO D)G B/T4109交流电压高于1000V的绝缘套管(G B/T4019 2008,I E C60137E d.6.0,MO D) G B/T4208外壳防护等级(I P代码)(G B/T4208 2017,I E C60529:2013,I D T)G B/T8287.1标称电压高于1000V系统用户内和户外支柱绝缘子第1部分:瓷或玻璃绝缘子的试验(G B/T8287.1 2008,I E C60168:2001,MO D)G B/T9091感应分压器(G B/T9091 2008,I E C60618:1997,I D T)G B/T15291半导体器件第6部分:晶闸管(G B/T15291 2015,I E C60747-6:2000,I D T) G B/T16927.1高电压试验技术第1部分:一般定义及试验要求(G B/T16927.1 2011, I E C60060-1:2010,MO D)G B/T17702电力电子电容器(G B/T17702-2013,I E C61071:2007,I D T)G B/T17949.1接地系统的土壤电阻率㊁接地阻抗和地面电位测量导则第1部分:常规测量J B/T8168脉冲电容器及直流电容器J B/T10777中性点接地电阻器3术语和定义下列术语和定义适用于本文件㊂G B/T1094.23 20193.1直流偏磁D C m a g n e t i c b i a s直流电流流过变压器等设备的绕组时,造成铁心工作的磁化曲线发生偏移的现象㊂3.2直流偏磁抑制装置D Cm a g n e t i c b i a s s u p p r e s s i o nd e v i c e串接在变压器中性点与地之间,限制或隔断直流电流流入变压器绕组的电气装置㊂注:通常包括电阻型限流装置和电容型隔直装置㊂3.3电阻型限流装置r e s i s t o r-t y p eD Cc u r r e n t-l i m i t i n g d e v i c e一种串接在变压器中性点与大地间,使用电阻器限制直流电流流入变压器绕组的电气装置㊂注1:通常包括电阻器和石墨保护间隙等,电阻型限流装置接线原理图参见图1及附录D㊂注2:电阻器可以是独立电阻器,也可以和电抗器一体化设计,形成有感电阻器㊂3.4电容型隔直装置c a p a c i t o r-t y p eD Cc u r r e n t-b l o c k i n g d e v i c e一种串接在变压器中性点与大地之间,使用电容器隔断直流电流流入变压器绕组的电气装置㊂注:通常包括电容器㊁机械旁路支路㊁快速旁路支路㊁信号采集装置和监控装置等㊂电容型隔直装置接线原理图参见图2及附录E㊂3.5旁路支路b y p a s s c i r c u i t电容型隔直装置中并联在电容器两端,用来在规定时间内或连续地提供分流的支路㊂3.5.1快速旁路支路h i g h s p e e db y p a s s c i r c u i t采用电力电子开关㊁可控间隙等元件,快速实现分流的支路㊂3.5.2机械旁路支路m e c h a n i c a l b y p a s s c i r c u i t采用机械式操动机构,实现分流的支路㊂4使用条件4.1正常使用条件正常使用条件如下:海拔:不超过1000m;最高环境温度:40ħ;最低环境温度:-25ħ;最大日温差:25K;年平均温度:20ħ;最大相对湿度:25ħ下为90%;最大风速:35m/s(离地面10m高10m i n平均风速);覆冰厚度:10mm;最大日照强度:0.1W/c m2(风速0.5m/s);污秽等级:d级;耐震能力:Ә地面水平加速度:2.5m/s2;G B/T1094.23 2019Ә地面垂直加速度:1.25m/s2㊂注:地震波为正弦波,持续时间三个周波,安全系数1.67㊂4.2特殊使用条件特殊使用条件由用户与制造方协商确定㊂5选用原则5.1抑制装置分类及特点电阻型限流装置通过串入电阻限制流入变压器中性点的直流电流,将中性点直流电流限制到变压器可以承受的程度,从而抑制对变压器的影响㊂电容型隔直装置通过串入电容隔断直流电流的特性,阻断流入变压器中性点的直流电流,从而消除对变压器的影响㊂5.2电阻型限流装置的选用原则选用电阻型限流装置时,需要考虑变压器对直流电流的耐受水平㊁电网的短路电流水平㊁变压器中性点绝缘水平和使用电阻型抑制装置安装前后的抑制效果等因素,来确定电阻型限流装置的阻值㊁容量以及电气特性㊂根据G B/T17949.1中对接地条件的分类,对于接地条件良好的地区,根据实际的变压器中性点接地电阻值,宜选用较小阻值的电阻型限流装置;对于接地条件恶劣的地区,根据实际的变压器中性点接地电阻值,可选用较大阻值的电阻型限流装置㊂注:接地条件良好的地区,电阻型限流装置阻值一般不超过3.5Ω㊂当选用电阻型限流装置时,应对原有的变压器继电保护配置进行校核㊂电阻型限流装置一般不配置继电保护,但应配置保护间隙㊂如果需同时限制短路电流和直流偏磁电流,宜综合考虑短路电流抑制和直流限制的需求,可采用中性点电抗器和电阻器串联的方式㊂电阻型限流装置的电阻器及保护间隙电气参数选择原则如下:电阻器阻值:电阻型限流装置的阻值与限流效果为非线性关系,应根据需求对不同阻值的技术方案进行综合比选;电阻型限流装置绝缘水平:绝缘水平应与变压器中性点处绝缘水平相匹配(见6.1.7),并应针对重合闸和系统非全相运行状态下中性点处的过电压情况对电阻型装置的绝缘设计参数进行校核;电阻器并联间隙容量和动作电压:间隙的容量和允许工作时间应满足变压器中性点继电保护的配合要求;间隙的动作电压应与电阻型限流装置的绝缘水平匹配㊂5.3电容型隔直装置的选用原则采用电容器作为电容型隔直装置的主要元件,并应配置快速旁路保护设备或间隙,保护设备应保证能够在电网不对称故障期间将电容器及时旁路㊂当变压器中性点已安装或计划安装电抗器且需要安装电容型隔直装置时,应对短路电流抑制效果㊁继电保护配置和谐振条件进行校核㊂电容器应不会导致过电压的发生㊂在变压器中性点装设的电容型隔直装置应满足连续运行的要求,电容器及相关保护装置参数选择的基本原则如下:电容器容抗值的选择:Ә 不造成谐振等过电压;Ә 不影响继电保护装置的正确动作;Ә 变压器中性点所装设电容器的容抗值应尽可能小,一般容抗值通常选择不大于1.2Ω; 旁路支路保护装置动作电压:旁路支路保护装置的动作电压应高于中性点处不平衡交流电流和直流充电共同作用的电压峰值;旁路支路保护装置动作后保持时间:旁路支路保护装置动作后保持电容器被旁路的时间应大于单相接地故障后备失灵保护动作时间; 旁路支路保护装置动稳定耐受能力:应同时满足以下两种运行方式: Ә 单相永久接地故障下重合闸不成功引起对旁路装置连续两次短路冲击;Ә 单相重合闸期间系统非全相运行状态下流过旁路支路保护装置的不平衡电流;保护间隙动作电压:保护间隙的动作电压应低于变压器中性点绝缘水平,但应高于旁路支路保护装置动作电压㊂5.4 计算及校验5.4.1 地中直流电流分布的计算在进行直流偏磁抑制装置选用前,宜建立计算模型对地中电流的分布进行计算(参见附录F 和附录G ),以便掌握直流偏磁抑制装置的效果及对周边运行变压器的影响,并根据计算结果进一步指导抑制装置的选型㊂地中直流分布计算模型的计算结果应和未安装抑制装置前中性点电流的测试结果(可采用在线监测数据或带电检测方式)进行比对,比对应在接地极周边至少50k m 范围内的电站开展,重点记录距离接地极半径10k m 范围内及海边电站的中性点接地变压器的直流电流,经实测校核后方可用于工程应用㊂5.4.2 装置接入对系统的过电压水平和继电保护的影响在接入直流偏磁装置前,应开展装置接入对被接入系统的过电压水平的影响和继电保护配置的影响计算,对电容型隔直装置的接入,还应开展可能产生的谐振计算研究㊂通过计算调整装置的技术参数在允许的范围内㊂5.4.3 装置接入对变压器励磁涌流的影响如变压器带电容型隔直装置投切时,应评估励磁涌流的影响,并对抑制装置的耐受能力进行校核㊂6 技术要求6.1 电阻型限流装置6.1.1 概述电阻型限流装置由电阻器和过电压保护单元组成㊂一般可采用石墨间隙保护㊂电阻型限流装置一般工作在电阻器直接串联在变压器中性点回路中限流的方式㊂6.1.2 电阻值电阻值应根据对安装现场的综合技术评估确定㊂装置的参数和特性应与电网的系统条件匹配㊂具体要求如下:长期通流能力:装置长期通过工频电流应不小于50A ,可根据安装地点实际情况提高要求;G B /T 1094.23 2019直流电阻值根据安装地点需要确定,通常为1.5Ω~3.5Ω;电阻型限流装置在25ħ时的直流电阻值的允许偏差为ʃ5%;电阻器可分接抽头,一般不大于0.5Ω/挡㊂6.1.3过电压保护通常,过电压保护可以采用放电石墨球间隙,其性能应满足如下要求:通流能力不应低于装置所规定的承受短路热稳定能力;工频击穿电压为3k V(方均根值)㊂6.1.4结构及材料装置内部结构应满足规定工作条件下的电气㊁热和机械性能要求㊂电阻单元结构型式一般采用片状㊁带状式或绕制结构㊂可采用不锈钢或铸铁型式的电阻器,也可采用干式绕线结构㊂装置如采用箱体结构,则要求如下:应便于整体安装和维护,户内安装时外壳防护等级不应低于I P23;户外安装时外壳防护等级不应低于I P34;必要时应考虑散热以防止装置过热;箱体下部应有2个接地端子;箱顶应考虑一定坡度,以防积水;箱体通风一般采用底板进风侧板上部出风的自然通风结构㊂装置如采用绕制干式结构,则要求如下:如果采用高空布置,则应设立绝缘支柱,以满足绝缘距离要求;如果采用有感电阻器,则还应满足空心电抗器相关标准要求;支架应能完全承受其所支撑设备的重量和风荷载,并保证设备的抗震要求;配备防雨帽;装置表面应有防止树枝状放电的措施和防护紫外线辐射的涂层,并具有憎水性;其他结构要求应符合G B/T1094.6的相关要求㊂6.1.5承受短路能力6.1.5.1承受短路热稳定能力装置应能耐受不小于8k A/2s(方均根值)的热稳定电流(考核时不安装石墨间隙),且温升限值不应超出相应绝缘耐热等级规定的限值㊂具体承受能力应根据安装地点系统条件确定㊂6.1.5.2承受短路动稳定能力装置应能耐受不小于20k A/0.2s(峰值)的冲击电流(考核时不安装石墨间隙),具体承受能力应根据安装地点系统条件确定㊂6.1.6温升限值6.1.6.1金属片式组合电阻元件温升限值如下:长期通流后温升限值:385K;通过短时热稳定电流后温升限值:760K㊂6.1.6.2无感环氧树脂缠绕干式电阻限流装置绝缘材料的耐热等级应不低于F级㊂长期通流后:绕组平均温升限值:75K;最热点温升限值:100K㊂通过短时热稳定电流后,通流材料承受的温度限值见表4㊂6.1.6.3其他型式的电阻型限流装置其长期通流时的温升限值应符合相应绝缘材料的耐热等级规定值㊂6.1.7绝缘水平装置如为纯电阻结构,则其工频耐受电压值应大于变压器短路情况下电阻上的电压降的1.4倍,且不高于变压器中性点的绝缘水平,短路电流根据6.1.5确定㊂装置如为电抗电阻一体化结构,则其绝缘水平应与变压器中性点绝缘水平相匹配㊂当电阻器的电阻元件为多单元结构时,其相邻单元之间能承受的额定工频耐受电压应能满足J B/T10777的规定㊂6.1.8工作原理接线装置应串接在变压器中性点中(见图1),靠近接地点侧安装㊂图1电阻型限流装置接线原理图6.1.9工作状态要求对于中性点安装了电阻型限流装置的变压器:限流装置正常运行时,变压器中性点应经限流装置接地;限流装置检修时,应合上接地刀闸,分开隔离刀闸,变压器中性点直接接地㊂6.2电容型隔直装置6.2.1概述电容型隔直装置由电容器与旁路支路并联组成㊂装置应具备长期直接接入变压器中性点回路阻断直流偏磁电流工作的能力㊂6.2.2电容值电容值应根据对安装现场的综合技术评估确定㊂电容型隔直装置的参数和特性应与电网的系统条件匹配㊂具体要求如下:长期通流能力:装置长期通过工频电流应不小于50A,可根据安装地点实际情况提高要求;电容器在额定频率(50H z)下的容抗一般不大于1.2Ω;电容型隔直装置在25ħ时的电容值允许偏差为ʃ10%;电容器的其他要求应满足G B/T17702的要求㊂6.2.3旁路支路当系统发生短路时,旁路支路应能够及时导通,并确保隔直装置通过最大短路电流时,电容器两端承受的电压不超过电容器耐压水平㊂隔直状态下,旁路支路的动作电压应大于正常运行条件下变压器中性点三相不平衡交流电流与直流电流叠加后在电容器上产生的峰值电压㊂当旁路支路导通时,其维持时间应大于单相故障变压器后备保护动作时间㊂如旁路支路含开关设备,则开关设备应满足如下条件:开关动作次数应满足机械开关大于10000次;快速旁路开关的合闸时间应小于200μs,机械式旁路开关的合闸时间应小于50m s;快速旁路开关和机械式旁路开关应能承受安装地点的短路电流;机械式旁路开关的其他要求应符合G B/T3804的要求;电力电子开关的其他要求应符合G B/T15291的要求㊂6.2.4功能要求装置应具备如下两种工作状态:直接接地状态:旁路支路导通,保证变压器中性点直接接地;隔直工作状态:旁路支路开断,使电容器接入变压器中性点,起到隔离流过变压器中性点直流电流的作用㊂装置应具有如下工作状态切换功能:当变压器中性点直流电流超过了设定限值并达到时限时,装置应能自动由直接接地状态转为隔直工作状态;装置工作在隔直工作状态时,当变压器中性点交流电流或电容器两端交流电压超过设定限值时,装置应自动切换为直接接地状态;装置工作在隔直工作状态时,当电容器两端直流电压低于设定限值时,装置应具有切换为直接接地状态的功能;对于长期处于隔直工作状态的装置,当短路故障切除后,中性点电流小于设定限值时,装置应自动恢复隔直工作状态㊂6.2.5结构隔直装置应采用箱式结构,设计应便于安装和维护㊂外壳防护等级不应低于I P54㊂支柱绝缘子应符合G B/T9091和G B/T8287.1的要求㊂套管应符合G B/T4109的要求㊂6.2.6工作电源装置工作电源宜采用直流电源,同时应具备双路电源切换功能㊂6.2.7承受短路能力6.2.7.1承受短路热稳定能力装置应能耐受不小于8k A/2s(方均根值)的热稳定电流,且温升限值不应超出相应绝缘耐热等级规定的限值㊂具体承受能力应根据安装地点系统条件确定㊂6.2.7.2承受短路动稳定能力装置应能耐受不小于20k A/0.2s(峰值)的冲击电流,具体承受能力应根据安装地点系统条件确定㊂6.2.8温升承受短路电流产生的最大温升应不超过相关元件的热耐受水平㊂6.2.9绝缘水平装置对地工频耐压不应低于3k V㊂6.2.10工作原理接线图装置应串接在变压器中性点中(见图2),靠近接地点侧安装㊂图2电容型隔直装置接线原理图7试验7.1概述试验分为例行试验㊁型式试验㊁特殊试验及现场试验㊂除绝缘试验以外的所有特性试验,均以额定条件为基础㊂具体试验项目见表1㊂。

SPWM全桥逆变器输出变压器直流偏磁的抑制相对半桥逆变器而言，SPWM全桥逆变器的开关电流减小了一半，因而在大功率场合得到了广泛应用。

在SPWM全桥逆变器中，为实现输入输出之间的电气隔离和得到合适的输出电压幅值，一般在输出端接有交流变压器。

在SPWM控制的全桥逆变器中，因各种不可预见的因素，会导致输出变压器存在直流分量，引起单向偏磁现象。

偏磁可以说是SPWM全桥逆变器中的一种通病，只是在不同的场合严重程度不同而已。

变压器的偏磁，轻则会使变压器和功率半导体模块的功耗增加，温升加剧，变压器机械噪音大（变换器开关频率或调制频率在音频范围内时），严重时还会损坏功率模块，直接威胁到系统的正常运行。

为了防止或减少变压器中的直流分量，本文以逆变桥各桥臂与中点直流电压及变压器原边的直流电流作为反馈量来抑制直流偏磁。

采用这种方法设计的电路，经在1 0kHz/15kW的全桥逆变电源中应用，证明该电路有效、实用。

高频变压器偏磁机理偏磁是指加在变压器两端的正反向脉冲电压的伏秒乘积不等，从而造成变压器磁芯的磁滞工作回线偏离坐标原点的现象。

工作时变压器的磁感应强度可表示为：励磁电流Iμ的变化率为：式中，U1为变压器初级电压；Ae为铁心截面积；N1为初级绕组匝数；L0为变压器铁芯磁路长度；μ0为空气磁导率；μr为变压器铁心相对磁导率。

在SPWM全桥逆变器中，由式(1)可知，若输出变压器初级电压正负半周波对称，则正负半周波伏秒积相等，其正反向最大工作磁感应强度Bmax也相等，铁芯磁工作点沿着磁滞回线以中心对称地往复运动。

由图1所示的变压器磁芯磁化曲线可见，此时没有偏磁存在。

反之,若输出变压器初级电压正负半周波不对称，正负半周波伏秒积不相等，则正负半波磁感应强度幅值也不同，磁工作区域将偏向第一或第三象限，即形成直流偏磁。

从而导致变压器铁芯饱和，偏磁的持续积累最终会使铁芯进入深度饱和，磁工作点进入非线性区，铁心相对磁导率?滋r迅速减少。

直流偏磁原理嘿，咱今天就来唠唠直流偏磁原理！你说这直流偏磁啊，就好像是一个爱捣乱的小淘气。

咱平常生活里不是有磁铁嘛，那直流电流呢，就跟个小魔法师似的，能让铁芯之类的玩意儿带上磁性。

这就好比啊，本来铁芯是个老老实实的“乖孩子”，可这直流电流一来，就把它给带偏啦，让它也变得有磁性啦！你想想看，这铁芯要是被偏磁了，那可不得了。

就像本来走得好好的路，突然有人给你使绊子，让你走得歪歪扭扭的。

这在很多电器设备里可就是个大问题呀！比如说变压器，要是有了直流偏磁，那它工作起来可能就不灵光啦，嗡嗡响个不停，好像在抱怨呢！那这直流偏磁是咋来的呢？这原因可多了去了。

就像咱生活里遇到的各种麻烦一样，来源五花八门的。

比如说，有时候是附近的直流输电线路捣的乱，它那直流电就偷偷摸摸地影响到了其他设备。

还有的时候呢，是一些不太靠谱的接地系统惹的祸，就像一颗老鼠屎坏了一锅粥。

这直流偏磁的影响可不能小瞧啊！它能让设备发热，就像人发烧一样，浑身不舒服。

而且还可能让设备的性能下降，本来能干很多活的，这下可好，干不了啦！这不是耽误事儿嘛！那咱咋办呢？咱就得想办法对付这个小淘气呀！就像咱对付生活里那些捣乱的家伙一样。

可以从源头抓起呀，把那些产生直流偏磁的因素给找出来，然后想办法解决掉。

或者给设备装上一些防护装置，就像给咱自己穿上铠甲一样，让直流偏磁没法轻易捣乱。

你说这直流偏磁是不是很让人头疼？但咱可不能怕它呀！咱得勇敢地面对，想办法解决。

就像咱面对生活中的困难一样，不能退缩，得勇往直前！反正我是觉得，只要咱用心去研究，去想办法，就一定能搞定这个直流偏磁，让那些电器设备都能好好工作，为咱服务！这直流偏磁原理虽然有点复杂，但咱也不能被它吓倒呀，对吧？咱得把它搞清楚，让它乖乖听话！。

变压器中性点直流电流消除装置一、概述我国2/3以上的水利资源分布在西南地区，2/3左右的煤炭资源集中在内蒙古和山西，利用这些能源发电送到华东、华南沿海等经济发达地区需要长距离输电。

采用直流输电技术进行长距离输电，可以提高电力系统运行的经济性、稳定性和调度的灵活性，具有广阔的发展前景。

直流输电技术在我国已经取得了迅速的发展。

高压直流输电系统有双极运行和单极大地返回运行2种运行方式，通过对直流输电系统换流站附近变压器的跟踪检测，发现当直流输电系统采用单极大地返回运行方式时，其换流站附近中性点接地变压器会出现噪声和振动异常增大的情况。

进一步检测发现，直流输电系统以单极大地返回方式输送功率时，变压器中性点检测到的直流分量随直流输送功率的增加而升高，噪声和振动也随着直流分量的升高而增大。

从理论上分析，直流输电系统在单极大地返回运行方式下，大地相当于直流输电的一根导线，流通的电流为直流输电系统的运行电流，这将引起换流站附近地表电位发生较大的变化，使周边中性点接地变压器在中性点产生直流分量，从而引起变压器发生直流偏磁。

从贵广、天广和三常三个直流工程看来，在设计时都考虑了直流单极大地回路运行可能对接地极附近变压器带来的影响，但低估了这种影响。

这可能是在接地极对周围影响和现代大型变压器对中性点直流承受能力的评估两方面存在不足。

在针对运行后带来的严重影响，设计中也没有提出详细的措施来应对这种不利的情况。

随着西电东送政策的贯彻，随着高压直流输电（HVDC）技术在中国电网愈来愈多的运用，这个问题也显得更加迫切和重要。

变压器中性点直流电流消除装置正是用于治理直流电流对交流电网影响，其主要原理是采用在变压器中性点串接电容器组的方式消除从变压器中性点流入交流电网的直流电流。

装置采用智能化控制，在有直流电流时自动进入消直流工作状态，在直流电流小于限值时进入金属接地状态，在系统出现故障时装置恢复金属接地并能耐受系统短路电流冲击。

500kV木渎变直流偏磁影响及抑制方案谢吉【摘要】高压直流输电单极运行产生的大地直流可能导致交流电网内变压器的直流偏磁危害,因此采用合理有效的抑制措施是保证交流电网安全运行的关键.本文介绍了三种抑制直流偏磁的方案,并结合500kV木渎变的抑制工程,分析了中性点串联小电阻方法的可行性.【期刊名称】《电子世界》【年(卷),期】2016(000)019【总页数】2页(P99-100)【关键词】高压直流输电;直流偏磁;抑制直流偏磁方案【作者】谢吉【作者单位】江苏省电力公司检修分公司苏州分部【正文语种】中文直流输电因为输送距离长、输送容量大、损耗小、便于异步联网等优点在我国得到了越来越多的应用。

直流输电在调试或故障情况下可能会有大量直流电流通过接地极流入大地，从而导致交流电网内变压器直流偏磁危害，给电网的安全运行造成一系列不良影响。

苏州500kV木渎变电站距离±800kV同里换流站接地极较近，受直流偏磁影响较大，因此需要采取限制直流偏磁的措施。

2.1 直流偏磁的基本原理图1为变压器通过直流电流时（不考虑铁磁磁滞），产生直流偏磁的变压器励磁特性曲线及输出电流波形变化的情况。

图1（a）中实线表示不存在直流分量时的磁通曲线，虚线表示存在直流分量时的磁通曲线；图1（b）为变压器的典型励磁曲线；图1（c）实线表示无直流分量时的磁化电流曲线，虚线表示有直流分量时畸变的励磁电流曲线。

由图1可以看出，有直流分量时励磁电流的畸变是由变压器磁化曲线端部的非线性引起的，此时变压器处于饱和状态。

显然励磁电流的大小除了与变压器设计有关外，还与直流电流的大小密切相关。

2.2 直流偏磁的危害变压器流过直流电流时，可能产生诸多问题：（1）变压器噪声增加直流偏磁使变压器铁心磁通饱和，谐波分量增加，导致磁滞伸缩加剧，噪声增大。

（2）变压器震动加剧直流偏磁使变压器励磁电流畸变，引起漏磁通增加，导致绕组电动力增加，在一定程度上使变压器振动加剧。

直流偏磁抑制装置在220kV变压器中的应用根据磁链守恒原律，采取磁势等效法将串联绕组的电流等效为全绕组电流，解决了220kV变压器在采用隔直设备后直流电流由交流系统流入串联绕组的风险评估问题，拓展了《高压直流接地极技术导则》对直流偏磁影响的评估范围，保障了220kV变压器的安全运行。

标签：接地极；直流偏磁；直流偏磁抑制装置；安全0 前言±800kV哈密-郑州特高压直流工程（下简称天中直流），是国家实施“疆电外送”战略的第一条特高压直流输电工程输电线路，起点在新疆哈密南部能源基地，输电线路全长2210公里，输电能力将达800万千瓦，成为连接西部边疆与中原地区的“电力丝绸之路”，承担着新疆火电、风电打捆外送的重要任务，具有远距离、大容量、低损耗、环保、节约土地资源等优点，有利于促进新疆能源基地的开发利用，实现大煤电的集约化开发，提高能源资源的开发和利用效益，缓解中东部地区的缺电局面。

1 直流偏磁的处理措施根据“新电办会（2014）111号文件-国网新疆电力公司直流偏磁治理措施讨论会会议纪要”内容，“220千伏能节烟墩北、山北变及天光电厂需对中性点接地进行隔直处理，即加装变压器中性点隔直装置”。

设备选型为安徽正广电电力技术有限公司生产的KLMZ型变压器中性点直流偏磁监测及隔离接地装置，该装置是安徽正广电与新疆电科院共同研制的产品，通过了西高所型式试验，获得型式实验报告。

通过高精度的16bit直流电流采样技术，配合一阶滞后滤波法和加权滑动平均滤波法来处理采样信号，提高了小电流测量精度；通过隔直电容器并联氧化锌阀片和高速旁路开关，一方面实现了对变压器中性点直流电流的隔离，另一方面在系统发生不对称短路时，触发氧化锌导通以限制电容两端的电压，并在短路电流的第一个过零点时刻，通过高速旁路开关相控合闸将短路电流分流到开关里，实现了对隔直电容器和氧化锌的保护。

2 改造方案下图安徽正广电生产的KLMZ型隔直装置的一次原理图。

直流偏磁1 背景高压直流(HVDC）输电系统在我国正得到越来越广泛的应用。

为了实现远距离或超远距离大容量送电,将有更多高压甚至特高压直流工程建成并投入运行。

实践证明，直流输电在一定条件下，是具有很大的经济效益。

交直流混合运行的电网结构使得交直流系统之间的相互影响越加明显,对南方电网而言尤为突出[1]。

而在HVDC运行过程中发现，双极两端中性点接地直流换流站接线方式广泛运用到远距离的高压直流输电领域中。

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（采用单极运行、双就极电压对称电流不对称或者双极电流电压均不对称方式运行），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，造成直流偏现象。

[2]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点位被不同程度的抬高，则直流电流将通过大地和交流线路，由于一个变电站（变压器中性点）流入，在另一个变电站（变压器中性点）流出，继而产生直流偏磁。

在电网中，很多变压器都受到了直流偏磁电流的影响，受到影响的变压器有的是在换流器直流接地极附近，有的却是远离直流接地极[3]。

事件初期，曾经怀疑主要是换流站的谐波电流所致，之后逐渐将注意点集中到中性点接地变压器的直流偏磁上，为了验证这些变压器正是受到了直流偏磁的影响,工程上也采取不少的方法。

直流偏磁问题在20世纪80年代后期开始引起国内外研究者的重视并陆续开展了相关研究。

有关的抑制措施也曾有工程应用。

然而,截至目前,工程应用中仍未有简单、实用、可靠的解决方案,也没有长期可靠的运行经验做支撑。

本文将主要介绍一下直流偏磁产生的原因、现象、危害及抑制措施等。

2 直流偏磁产生的原因2.1 直流偏磁的产生机理[4]变压器的铁心是由0.3 至0.35mm 的硅钢片叠成，因硅钢片的磁化曲线成非线性，使铁心磁通φ与通入磁化线圈的电流i 成非线性，即φ=f（i）成非线性关系，如下图2.1(b)所示，在设计变压器时，为了充分利用铁磁材料，使变压器额定运行时主磁通φ运行于如图2.1(b)中的线性区端点A 点。