CN101039028A - 一种消减高压电网变压器中性点直流电流的电位补偿方法 - Google Patents
一种消减高压电网变压器中性点直流电流的电位补偿方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种消减高压电网变压器中性点直流电流的电位补偿方法，该方法采用在电站的接地变压器的中性点与接地极之间串接一个可控的电位补偿装置，由变电器中性点直流监测器测量变压器中性点直流电流，再由一个控制单元根据所测量的变压器中性点直流电流控制双向电流源的电流输出，在电位补偿装置上产生一个补偿电位，部分或全额补偿地中电流引起的交流电网各接地极电位的变化，使交流电网接地变压器中性点电位相近或相同，从而有效抑制该高压电网变压器中性点直流电流。本方法可克服目前工程应用的电容隔直法、小电阻限流法和中性点注入反向电流限制法的不足之处。
Description
技术领域
本发明涉及一种在高压输变电系统中抑制高压电网变压器中性点直流电流的方法。
背景技术
超高压直流输电系统投运以来，地中电流导致交流电网接地变压器直流偏磁、振动加剧的事例频频发生，影响电力设备安全。要解决此问题，必须有效消减变压器中性点的直流电流。目前工程应用的限制变压器中性点直流电流的方法主要有：电容隔直法和小电阻限流法。电容隔直法能完全消除中性点直流电流，但影响变压器的有效接地，对主变绝缘要求提高，应对电网短路故障能力变差；小电阻限流法简单、投资少，但无法完全消除中性点直流电流，有时不得不采用大阻值的电阻，一定程度影响主变绝缘和保护装置。CN1625010公开了一种“反向电流法限制变压器中性点直流电流的方法”，该方法需要另建补偿接地极，同时由于注入电流按接地极电阻和电网等值电阻的倒数比例分配，因而对远离直流接地极，地网良好，提供直流电流流回大地通路的厂站，特别是大海附近的厂站，补偿电流的效率将大大降低，直流发生器的功率将成倍增加，大电流入地也增加了厂站地网的负担，加速了接地网的腐蚀，应用成本高。该方法的另一不足是不能同时补偿同一变电站有多台不同电压等级或虽同一电压等级但不同出线连接的变压器接地情况。因为注入接地变压器中性点的反向电流实际是注入站内的同一地网，仅仅根据一台主变压器中性点的直流电流量测值，决定注入补偿电流的大小，不能同时保证很好补偿其他接地主变，除非将不同主变的接地网分开，各台主变独立配置补偿装置，这在工程上是极不经济的。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于电位补偿原理的消减高压电网变压器中性点直流电流的电位补偿方法，以期克服上述现有技术存在的不足之处。
本发明的基本思路是：变压器中性点直流电流是由直流接地极电流在大地流散中造成交流电网各厂站接地极电位差引起，设法补偿交流接地极之间的电位差，使补偿后各交流接地变压器中性点电位相同或相近，就可有效消减了接地变压器中性点直流电流。
为此，本发明提出的消减高压电网变压器中性点直流电流的电位补偿方法的技术方案如下：
(1)在电站的接地变压器的中性点与接地极之间串接一个可控的电位补偿装置，该电位补偿装置为一个可控的双向电流源与补偿电阻R1构成的串联回路或者为一个由可控的双向电流源与补偿电阻R1和分流电阻R2构成的串联回路，其中的补偿电阻R1串接在接地变压器的中性点与接地极之间；
(2)由变电器中性点直流监测器测量变压器中性点直流电流，获得中性点直流电流值和方向；
(3)由一个控制单元根据所测量的变压器中性点直流电流值与限值之间的差值控制双向电流源的电流输出，在补偿电阻R1上产生一个补偿电位，以消减该高压电网变压器中性点直流电流。
为进一步加强本方法所设置系统的安全性，系统可加接一保护环节，当检测到系统出现异常时，由控制单元向双向电流源输出一保护信号，立即关闭双向电流源。还可在补偿电阻R1上并联一手动控制的旁路电路，在系统出现异常时，可手动接通旁路电路，退出本方法所设置系统，防止对电网干扰。
本方法所述的控制单元包括有手动和自动模式。
本发明方法将电位补偿装置串接在接地变压器中性点，所配置补偿电阻R1为小电阻，主要用于产生电位补偿，在无补偿和歉补偿情况下也起到一定的限流作用，该小电阻阻值由变压器中性点绝缘及对继电保护的影响决定，通常可在0.5～2.0欧姆之间选择。
所述的可控的双向电流源采用可变双向直流电流源，用电流源电流在小电阻上的压降提供所需电位补偿，装置最大电位补偿度需要根据电网的规模、结构、接地极位置、最大入地电流等因素经计算而定，通常取值范围为-100～+100伏特。直流电流源的容量则由装置最大电位补偿度和小电阻阻值决定。
所述的补偿电阻R1还可并联有一旁路保护电容。以避免雷击或由于电网事故而产生的过大电冲击。
本发明采用在电站的接地变压器的中性点与接地极之间串接一个可控的电位补偿装置，通过控制双向电流源的电流输出，在电位补偿装置上产生一个补偿电位，部分或全额补偿地中电流引起的交流电网各接地极电位的变化，使交流电网接地变压器中性点电位相近或相同，从而有效抑制该高压电网变压器中性点直流电流。本方法的补偿原理直观科学，可克服目前工程应用的电容隔直法、小电阻限流法和中性点注入反向电流限制法的不足之处。
本发明在保持变压器中性点有效接地前提下，能实现变压器中性点直流电流的完全消除，由于电位补偿所使用的小电阻的阻值比小电阻法的阻值小，其对继电保护的可能影响以及雷击时变压器中性点电位的变化远较小电阻限流法小，方法虽然需要配置电流源，但无需另建辅助接地极，因而不存在辅助接地极入地电流对周边环境的二次污染，既适用于临近直流接地极呈现“源极”特性的交流厂站消减变压器中性点直流电流，也适用于远离直流接地极呈现“受极”特性的交流厂站场合，更适用于同一变电站有多台不同电压等级或虽同一电压等级但不同出线连接的变压器接地情况。在同一变电站有多台变压器的情况下，原则上对每台变压器用本方法设置电位补偿装置，以同时消减各变压器中性点直流电流。也可只对其中一台或若干台中性点直流电流较大的变压器设置本方法的电位补偿装置，原则是对其余未安装电位补偿装置的各台变压器的中性点直流电流未造成大的影响。
附图说明
图1为本发明方法的实施原理框图；
图2为一变电站两台变压器用本方法设置电位补偿装置的示意图。
具体实施方式
实施例一
用本发明方法消减一高压电网变压器中性点直流电流，如图1所示，在该电力变压器的中性点与接地极之间串接一个可控的电位补偿装置，该电位补偿装置由可控的双向电流源与补偿电阻R1和分流电阻R2构成串联回路，其中的补偿电阻R1串接在接地变压器的中性点与接地极之间，该补偿电阻R1并联一旁路保护电容C和一手动的旁路电路；同时配置有测量单元(变电器中性点直流监测器)、控制单元和保护单元；测量单元测量变压器中性点直流电流，获得中性点直流电流值和方向；测量单元与控制单元连接，控制单元有输出端连接到双向电流源，控制双向电流源的电流输出，在补偿电阻R1上产生一个补偿电位，以消减该高压电网变压器中性点直流电流；控制单元还连接一个保护单元，该保护单元的输出端与双向电流源连接，在系统出现异常时，提供保护信号，关闭双向电流源；还可通过手动接通旁路电路，退出本方法所设置系统。
实施例二
本实施例为对一同变电站的两台变压器#1、#2分别设置独立的电位补偿装置的实例，以消减两个变压器中性点直流电流，如图2所示。两个变压器所设置的电位补偿装置及相关装置与都实施例一基本相同。由于网络结构的原因，#1、#2两台变压器中性点直流电流分别为：26.45A和37.61A，有一定差异。
用本发明的电位补偿法进行抑制两个变压器中性点电流的实验，包括仅对一台变压器实施电位补偿以及同时对两台变压器实施电位补偿。
经本发明的电位补偿法抑制两个变压器中性点电流的效果见表1。
表1电位补偿法抑制变电站变压器中性点电流的效果
| 电位补偿对象 | #1变压器 | #2变压器 | 接地网电位(V) | 接地网电流(A) | ||||
| 补偿电位(V) | 主变中性点电流(A) | 母线直流电位(V) | 补偿电位(V) | 主变中性点电流(A) | 母线直流电位(V) | |||
| 无 | 26.45 | 13.84 | 37.61 | 14.27 | 12.81 | 64.06 | ||
| #1 | 17.07 | 0 | 25.38 | 41.56 | 9.92 | 8.31 | 41.56 | |
| #2 | 38.56 | 9.20 | 52.38 | 0 | 60.09 | 7.71 | 38.56 | |
| #1、#2 | 26.12 | 26.12 | 60.80 | 60.80 | 0 | 0 | ||
可以看出，电位补偿法仅对一台变压器实施时，会造成另一台变压器的中性点电流略有增加。使用两套独立的电位补偿装置同时分别对两台变压器中性点实施电位补偿可实现两台变压器中性点直流电流同时为零的效果。
对上述变电站的两台变压器如采用注入反向电流限制法(CN1625010所公开的技术方案)抑制其中性点电流，因为该方法注入接地变压器中性点的反向电流实际是注入站内的同一地网，因而只需要也只能使用一套注入反向电流装置。经测算，其抑制中性点电流的效果如表2所示：
表2反向电流限制法抑制变电站变压器中性点电流的效果
| 注入接地极电流(A) | #1主变中性点电流(A) | #2主变中性点电流(A) | 接地网电位(V) | 接地网电流(A) | #1母线直流电位(V) | #2母线直流电位(V) |
| 0 | 26.45 | 37.61 | 12.81 | 64.06 | 13.84 | 14.27 |
| 100 | 0.092 | 27.87 | 25.59 | 127.97 | 25.60 | 26.67 |
| 200 | -26.27 | 18.14 | 38.37 | 191.87 | 37.36 | 39.08 |
可以看出，注入反向电流100A时#1变压器补偿效率约为25％，但#2变压器效率不到10％；注入电流达200A时#1变压器电流已经反向，而#2变压器电流仍未完全补偿，故该方法难以对#1、#2主变同时奏效。解决的方法是将两台主变的接地网分开，两台变压器独立配置补偿装置，这在工程上自然是极不经济的。过大的注入电流导致设备成本增加，地网也不堪负荷，因而反向电流限制法对该变电站不适用。
由上分析可知，电位补偿法无需辅助接地极，补偿设备容量较小，能同时适应源极与受极的需要，特别适用于站内有多台连接在不同出线间隔的主变接地情况。
Claims (6)
1.一种消减高压电网变压器中性点直流电流的电位补偿方法，其特征在于：
(1)在电站的接地变压器的中性点与接地极之间串接一个可控的电位补偿装置，该电位补偿装置为一个可控的双向电流源与补偿电阻R1构成的串联回路或者为一个由可控的双向电流源与补偿电阻R1和分流电阻R2构成的串联回路，其中的补偿电阻R1串接在接地变压器的中性点与接地极之间；
(2)由变电器中性点直流监测器测量变压器中性点直流电流，获得中性点直流电流值和方向；
(3)由一个控制单元根据所测量的变压器中性点直流电流值与限值之间的差值控制双向电流源的电流输出，在补偿电阻R1上产生一个补偿电位，以消减该变压器中性点直流电流。
2.根据权利要求1所述的消减高压电网变压器中性点直流电流的电位补偿方法，其特征在于所述的补偿电阻R1并联有一自动或手动的旁路电路。
3.根据权利要求1所述的消减高压电网变压器中性点直流电流的电位补偿方法，其特征在于所述的补偿电阻R1的阻值为0.5～2.0欧姆。
4.根据权利要求1所述的消减高压电网变压器中性点直流电流的电位补偿方法，其特征在于补偿电阻R1上产生的补偿电位为-100～+100伏特。
5.根据权利要求1所述的消减高压电网变压器中性点直流电流的电位补偿方法，其特征在于所述的控制单元包括有手动和自动模式。
6.根据权利要求1所述的消减高压电网变压器中性点直流电流的电位补偿方法，其特征在于所述的补偿电阻R1并联有一旁路电容。
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