CN104575992A - 一种电力变压器直流偏磁的在线监测与隔离装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力变压器中性点串联电容式直流偏磁隔离接地装置，包括隔离装置、偏磁监测装置；所述隔离装置包括隔直电容器C、与隔直电容器C并联的限压保护器FR、高速旁路开关HSD及旁路开关控制器Kz1；所述偏磁在线监测装置包括交流电流互感器Ta1、交直流电流变送器Ta2、数字监控装置Kz2、与数字监控装置Kz2输出端连接的通信终端TX以及分别与旁路开关控制器Kz1、数字监控装置Kz2连接的隔离变压器GT。本发明通过氧化锌非线性电阻限压保护器组件及过零点合闸技术的真空断路器，降低了隔直电容器C的电压等级，提高了装置的可靠性和抗短路冲击能力，最大抗短路冲击电流可达125kA，可用在高压、超高压乃至特高压大型或巨型变压器的中性点接地回路中；有效地降低了变压器的噪音，抑制其温度的升高。

Description

一种电力变压器直流偏磁的在线监测与隔离装置

技术领域

本发明涉及变压器中性点接地装置，特别是一种在短路故障期间具有超低电压水平的抑制直流偏磁的接地装置，以下简称“抑直装置”。

背景技术

由于国家电网实施了直流输电，在交直流混合输电过程中，当直流输电线路采取单极大地运行时，地极电流流入交流系统变压器中性点接地回路(如下图1所示，其中，Ie为直流输电单级大地回线的工作电流，Ix为流入变压器中性点的直流，Iy为AB两地之间的大地电流)，导致变压器发生直流偏磁、振荡、噪声、温升等现象，严重的造成变压器磁饱和，交流正弦波波形畸变，谐波增加，给电力系统安全生产带来了严重威胁。

解决直流输电过程中造成交流变压器直流偏磁的问题已被列入国网十二五科技攻关项目，目前工程上都是在变压器接地回路中做文章，有串联电阻法、串联电容法、反向电流注入法等方法，其中串联电容法在原理上较为可行，无论以上何种方法，都要考虑变压器发生单相接地非对称短路故障时，串联器件两端的过电压问题，短路电流越大，过电压越高，而且如果并联了过电压保护元件，其通流能力也是不得不考虑的问题，因此，目前解决方案针对较小短路电流尚可，对于大容量的巨型变压器短路电流峰值达到几十千安甚至上百千安的，只有提高串联器件的耐压水平，结果其造价都比较高。

本实施例中，运用了独有的高速智能相控合闸技术的真空断路器和大 规模氧化锌非线性电阻均能配组技术作为层级保护，最终降低了抑直电容器的选取电压等级，提高了装置的可靠性和抗短路冲击能力，最大抗短路冲击电流可达100kA，可用在高压、超高压乃至特高压大型或巨型交流变压器的中性点接地回路中，并且，其造价大幅度降低。

本发明的目的在于提供一种在短路故障期间具有超低电压水平的抑直装置，以至于可以用到更高电压等级以及容量的变压器的接地回路中，通过它，可以降低整体造价。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：抑直装置具有金属外壳，外壳内包含低压抑直电容器组、氧化锌非线性电阻限压保护器组件、高速旁路开关、高速旁路开关控制器、数字监控装置、隔离变压器、交流电流互感器、交直流变送器通信终端等元件，其电气连接关系如下图2所示(其中，点划线内为隔离装置，也可将图中的点划线视认为金属壳体)。

发明内容

本抑直装置用来阻碍变压器中性点接地回路中的直流成分，达到消除变压器直流偏磁的目的，其工作原理是：正常运行时，高速旁路开关处于闭合状态，将变压器中性点与地直连，构成金属性接地；当该接地回路中因直流输电的原因出现直流电流成分，且直流电流大于预先整定阈值时，数字监控装置通过交直流变送器检出并通过旁路开关控制器驱动高速旁路开关分闸，将抑直电容器投入，利用电容器同交流、阻直流的特性阻止直流，起到抑制直流偏磁的作用，此时抑直电容器上会因直流电流充电而有直流电压；当直流输电的原因消失后，抑直电容器会放电，当其电压低到预先整定的阈值以下时，数字监控装置通过电压检测回路检出并通过旁路 开关控制器驱动高速开关合闸，将抑直电容器退出；在装置处于抑直工况下，若变压器发生单相接地非对称短路故障时，巨大的短路电流将流经抑直电容器，造成抑直电容器两端电压的升高，此时由于氧化锌非线性电阻限压保护器组件的作用，将抑直电容器组的电压钳值在预先设定的范围内，对抑直电容器实施过电压保护，同时高速旁路开关控制器通过交流电流互感器检出接地回路中的短路电流特征，预测出短路电流的过零点时刻，经过适当的延时，驱动高速旁路开关在电流过零点时刻合闸，将氧化锌非线性电阻限压保护器组件短路，旁路变压器的短路电流，对氧化锌非线性电阻限压保护器组件实施过载保护；当短路故障消除后，装置重新进入正常工作逻辑。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

1.本发明采用了氧化锌非线性电阻限压保护器组件作为抑直电容器的过电压保护单元，从而降低了抑直电容器标称电压的选取值，降低了抑直电容器得造价。

2.本发明采用了具有过零点合闸技术的真空断路器作为旁路开关，从而减少了氧化锌非线性电阻限压保护器组件的用量，降低了氧化锌非线性电阻限压保护器组件得造价。

附图说明

图1为本发明直流输电单级大地回线运行方式下变压器中性点直流产生示意图；

图2为本发明隔离装置示意图；

图3为本发明结构示意图。

具体实施方式

由于采用了具有过零点合闸技术的高速旁路开关，可以在短路故障发生20ms之内实现旁路，因此给使用较少数量的氧化性非线性电阻限压保护器提供了条件，否则，要使用300ms(短路故障持续时间)/20ms=15倍以上数量的氧化性非线性电阻，不仅其造价昂贵，且数量越多的氧化锌非线性电阻的均能配组难度越大；

由于采用了氧化性非线性电阻限压保护器，抑直电容器的最高电压水 平可大幅度降低到0.7kV，以短路电流周期分量40kA、电容器工频容抗为0.1Ω来算，若不采用氧化性非线性电阻限压保护器，电容器两端承受的最高电压为40*2.69*0.1=10.76kV，是采用氧化性非线性电阻限压保护器的10.76/0.7=15.37倍，电容器的容量决定电容器的造价，而且容量与电压的平方呈正比，即电压升高到2倍，造价升高到4倍，电压升高到15.37倍，造价升高到236.3倍，采用氧化性非线性电阻限压保护器所使用电容器的造价约为2万元，不采用限压措施的电容器的造价将高达472.6万元，氧化性非线性电阻限压保护器的造价约为50万元，高速开关的造价约为30万元，综合下来，节省了472.6-2-50-30=390.6万元，其经济价值可观。

Claims (2)

1.一种电力变压器直流偏磁的在线监测与隔离装置(以下简称装置)，其特征在于，括隔离装置、偏磁监测装置；所述该装置采用了氧化锌非线性电阻限压保护器组件作为抑直电容器的过电压保护单元，从而降低了抑直电容器标称电压的选取值，降低了抑直电容器得造价。

2.根据权利要求1所述的一种电力变压器直流偏磁的在线监测与隔离装置，其特征在于，所述该装置采用了具有过零点合闸技术的真空断路器作为旁路开关，从而减少了氧化锌非线性电阻限压保护器组件的用量，降低了氧化锌非线性电阻限压保护器组件得造价。