CN100517897C - 接地变压器中性点直流电流抑制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种接地变压器中性点直流电流抑制装置，属于电气工程技术领域。该装置的特征在于它含有隔直电容器、直接并联于隔直电容器两端的晶闸管固态开关及其触发单元、限流电抗器、旁路开关。本发明能有效地抑制由高压直流输电或地磁风暴引起的变压器中性点直流电流，避免了变压器由于直流偏磁导致的谐波增加、噪声增大、过热以及可能引起的保护误动等问题。本发明可以略去不控整流部分，使结构简化，成本降低；反向并联的晶闸管的关断结构简单，无需外接反向电压。
Description
技术领域
本发明属于电气工程技术领域，具体涉及一种接地变压器中性点直流电流抑制装置。
背景技术
高压直流输电(HVDC)在我国愈来愈多地应用，在区域电力系统互连中起到了十分积极的作用，但同时也带来了一些新问题，比如说，HVDC不对称运行引起的变压器直流偏磁问题。因此有必要研制一种能抑制直流电流流入变压器中性点的装置，从而能有效地避免变压器的直流偏磁现象。当HVDC运行在单极大地回线或者双极不对称运行方式时，接地极附近有直流电位，该电位和HVDC输送的电流大小和的该处的土壤电阻率有关。HVDC输送的电流越大，土壤的电阻率越高，电位也就越高。不同位置的接地变压器的中性点之间由于存在着直流电势差，且交流系统的电阻值较小，从而使直流电流通过接地变压器中性点，在交流系统中形成了回路。当流过接地变压器中性点的电流过大时，变压器会发生直流偏磁，进而导致谐波增加、噪声增大、过热等问题，严重时可引起变压器的损坏，并可能引起保护的误动。它还会引起220kV、500kV交流电网电压总畸变率大幅升高，谐波的大幅升高也会对其他电气设备产生较大影响，这些影响最终将会危及到电网的安全运行。
为了避免接地变压器由于中性点流入直流电流导致的直流偏磁问题，越来越多的人们开始研究抑制变压器中性点直流电流的措施与装置。目前，已经提出了几种措施：反向注入电流法、中性点串电阻法和中性点串电容法。
其中，反向注入电流法是在变压器中性点串入一个直流电压源，根据所检测到的直流电流值，动态调整该电压源设置，实时提供反向的直流电流。这种方法虽然具有一定的灵活性，可以针对不同的中性点流入的直流电流值动态地选择注入不同的反向电流，但它并不能完全抵消直流从中性点流入，而且必须在变电站外建造独立接地极，工程量比较大，维护费用高等。
中性点串电阻法是在中性点和地网之间串入一个电阻，可以使得中性点流入的直流电流明显减小。这种方法虽然原理简单，但这种方法也有很多缺点：a、也无法完全抑制直流从中性点流入；b、计算在一个电网内不同接地变压器所串接的电阻阻值十分繁琐，因为包括地质条件、土壤含水量、矿物含量、地埋金属等诸多影响因素不可能全部计算进去。而且对于有些变压器，所需电阻值可能非常大，不能保证变压器中性点有效接地；c、中性点串入电阻对系统零序参数产生了影响，进而也会影响到继电保护的整定；d、当系统发生故障时，还会导致变压器中性点过电压等一系列问题。e、每当电网结构变化时(比如在网络中增加或减少一台接地变压器)，接地电阻阻值需要重新计算，串接电阻需要更换。
中性点串电容法是目前在抑制变压器中性点直流电流方面比较流行的一种方案：在中性点和地网之间串入电容器，由于电容有隔直通交的作用，主变中性点装设电容后，可以有效地消除流过变压器中性点的直流电流，而且不影响交流电流流过中性点。在一些非正常的情况下，比如交流系统短路故障、雷击等，主变中性点会流过很大的电流，并产生幅值很高的暂态电压，这样有可能会损坏电容器。在电容器两端并联一个电流旁路装置，当电容器两端电压超过规定值后，电流通过电流旁路保护装置流过，从而将电容旁路，限制了中性点电容器的暂态电压幅值，这样则不需要安装容量很大的电容器来承受故障电流，节省了安装空间，缩减了成本，确保了变压器和电容器安全可靠地运行。在故障切除后，电流旁路保护装置自动返回到动作前状态，电容器重新投入中性点接地运行。
综上所述，与反向注入电流法、中性点串电阻法相比，中性点串电容法更为有效，能彻底地抑制直流电流流入变压器中性点。在中性点和地网之间串入隔直电容器后，一个有效、经济的电流旁路装置(即抑制变压器中性点直流电流装置)，是隔直电容器可靠运行的保证。
目前，利用中性点串电容来抑制变压器中性点直流电流的技术方案有两种：一种将电容两端的交流电压采用二极管整流，然后在直流侧并联接晶闸管固态开关；另一种是在电容两端直接并联双向晶闸管固态开关。这两种方案的共同缺点是：都配置了结构复杂的晶闸管关断电路，且方案一因存在二极管整流桥，使得结构更为复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种接地变压器中性点直流电流抑制装置，该装置能有效地抑制由高压直流输电或地磁风暴引起的变压器中性点直流电流，避免了变压器由于直流偏磁导致的谐波增加、噪声增大、过热和可能引起保护误动的问题。
本发明提供的接地变压器中性点直流电流抑制装置，其特征在于：它包括电容器、第一、第二开关、触发电路和n组并联的双向晶闸管固态开关，其中n为并联的双向晶闸管固态开关数，n≥1；电容器并联在第一开关两端；第一开关并联在变压器中性点接地刀闸两端；双向晶闸管固态开关并联在电容器两端；第二开关并联在双向晶闸管固态开关两端，用于关断双向晶闸管固态开关；触发电路用于控制n组双向晶闸管固态开关的开通，在电容器过压或过流时，持续开通双向晶闸管固态开关。
本发明装置采用双向晶闸管固态开关直接与电容器并联，从而省去不控整流部分，使得结构简化，体积减小，成本降低；双向晶闸管固态开关的触发环节由两路触发回路并联构成，从而提高可靠性；双向晶闸管固态开关的关断，采用直接金属性开关短接旁路，与常见的外接反向电压进行关断的复杂电路相比，关断可靠，结构简单。
附图说明
图1为本发明接地变压器中性点直流电流抑制装置的拓扑结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明电流抑制装置1包括电容器C1、开关K2、K3、触发电路2和n组并联的双向晶闸管固态开关S1、S2、…、Sn，其中n为并联的双向晶闸管固态开关数，n≥1。图中T为变压器，开关K1为变压器中性点直接接地刀闸。
开关K2并联在变压器T中性点接地刀闸K1两端，是抑制变压器中性点直流电流装置的投切开关；
电容器C1为并联在开关K2两端，在装置正常工作状态下，它起到阻止直流电流从大地流向变压器中性点或从变压器中性点流向大地，而对流经变压器中性点的交流电流不起作用，简单地说就是“隔直通交”。
并联在电容器C1两端的n组双向晶闸管固态开关S1、S2、…、Sn，用于在异常情况下电容器C1过流或过压时，为电容器C1提供旁路支路；每个双向晶闸管固态开关均由两个反向并联的晶闸管SCR1、SCR2和电抗器L串连构成。其中电抗器L用于限制晶闸管的电流变化率，同时用于双向晶闸管固态开关并联支路间的均流。
开关K3并联在双向晶闸管固态开关两端，用于关断双向晶闸管固态开关。
触发电路2同时控制n组双向晶闸管固态开关的开通，在电容器C1过压或过流时，持续开通双向晶闸管固态开关。
晶闸管的触发电路2属于已有拓扑结构。
在交直流系统正常运行工况下，电容器两端的电压值在允许范围之内，双向晶闸管旁路固态开关是不动作的。一旦出现电容器C1过流或过压情况，有两种动作方案：
动作方案1：触发双向晶闸管固态开关，接通电容器旁路支路，使故障电流会通过晶闸管旁路流向大地，从而保护电容器不会损坏。待故障电流消失后再延时一定时间合上开关K3，此时，双向晶闸管固态开关被K3短路后自动关断，然后再延时一定时间断开开关K3，电容器重新投入。
动作方案2：触发导通双向晶闸管固态开关的同时发出开关K3合闸信号，由于开关K3合闸动作比晶闸管导通要慢，所以故障电流会先通过晶闸管旁路流向大地，从而保护电容器不会损坏，开关K3合上后故障电流将由晶闸管旁路转移到开关K3旁路流向大地，同时晶闸管开始由导通转向关断；待故障电流消失后再延时一定时间跳开开关K3，电容器重新投入。
动作方案1与动作方案2相比，主要在于故障电流旁路时晶闸管通流时间的长短以及开关K3的容量大小。动作方案1的故障电流旁路时，晶闸管通流时间长，有一定的发热量，而开关K3仅作为关断晶闸管用，开关容量可以很小。动作方案2，故障电流旁路时晶闸管通流时间很短，仅为K3合闸时间，发热量较小，但开关K3的通过故障电流的幅值大且时间较长，所以要求开关K3的容量较大。
如果隔直电容器损坏或电流旁路保护装置发生故障，则通过诊断回路，闭合与之并联的旁路开关K1将其旁路，使主变中性点直接接地，然后再打开装置两端的隔离开关K2，使其与系统隔离，即可对电容器或电流旁路保护装置进行维修。
Claims (1)
1、一种接地变压器中性点直流电流抑制装置，其特征在于：它包括电容器(C1)、第一、第二开关(K2、K3)、触发电路(2)和n组并联的双向晶闸管固态开关(S1、S2、...、Sn)，其中n为并联的双向晶闸管固态开关数，n≥1；
电容器(C1)并联在第一开关(K2)两端；
第一开关(K2)并联在变压器中性点接地刀闸(K1)两端；
双向晶闸管固态开关并联在电容器(C1)两端；
第二开关(K3)并联在双向晶闸管固态开关两端，用于关断双向晶闸管固态开关；
触发电路(2)用于控制n组双向晶闸管固态开关的开通，在电容器(C1)过压或过流时，持续开通双向晶闸管固态开关。
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