CN105048435A - 一种变压器直流偏磁电流抑制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变压器直流偏磁电流抑制装置及控制方法，该装置包括非线性(PTC)热敏电阻、氧化锌电阻、可控间隙两球电极、电流传感器、电压传感器、数字监控器和远程监控系统；氧化锌电阻与非线性(PTC)热敏电阻并联，用于保护非线性(PTC)热敏电阻，防止变压器中性点电压过高；可控间隙两球电极之间的距离可根据需要调整、整定；本装置结构简单、体积很小、安装方便、资金投入较少、不需要控制设备、不改变变压器正常运行时接地方式；本装置控制方法具有操作简单、对线路保护基本无影响、可以有效降低线路短路电流等特点。

Description

一种变压器直流偏磁电流抑制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及电网运行控制技术，更具体地说，涉及一种变压器直流偏磁电流抑制装置及控制方法。

背景技术

近年来，随着经济高速发展，能源需求快速增长，远距离、大容量直流输电工程迅速发展。当直流线路单极以大地为回路运行时，巨大的直流电流以大地构成回路，从大地中流过会对附近的交流系统产生影响。单极以大地为回路运行时，会在交流变电站之间形成电位差，直流电流将通过变压器中性点及输电线路流经变压器绕组，使得变压器出现偏磁现象。交流电网中中性点直接接地变压器工作在励磁曲线的饱和区域会引起其振动剧烈、噪声聚升、过热以及交流电网电压总畸变率大幅升高，严重时可引起变压器的损坏。

直流偏磁电流对变压器的影响可以概括如下：

(1)噪音增大，

(2)对电压波形的影响，

(3)变压器铜耗增加，

(4)变压器铁耗增大，

直流接地极入地电流对变电站变压器影响具有如下特点：时间不确定(故障或检修期间发生)，作用时间短(几个小时)，入地电流幅值大(上千安培)，正负极性不确定，对变压器影响大的特点。目前，在国内电力单位已经意识到直流接地极入地电流对变电站变压器影响的严重性。现阶段已有多种抑制变压器直流偏磁电流的方法和装置，主要有电容隔直、中性点串入小电阻、反向直流电流、电位补偿等方法和装置。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种占地较少，造价很低，不存在对系统过电压、绝缘配合、继电保护等各方面的影响，也不存在造成系统谐振的风险的装置；同时，不存电力电子等控制装置，减少了因电力电子设备故障造成的设备不动作或误动作的变压器直流偏磁电流抑制装置及控制方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种变压器直流偏磁电流抑制装置，在变压器中性点与接地点之间设置有非线性热敏电阻，所述非线性热敏电阻串联连接在变压器中性点与接地点之间。

进一步的，所述变压器直流偏磁电流抑制装置还设置有氧化锌电阻，所述氧化锌电阻与所述非线性热敏电阻并联，串接于所述变压器中性点与接地点之间。

进一步的，所述变压器直流偏磁电流抑制装置还设置有可控间隙两球电极，所述可控间隙两球电极与所述非线性热敏电阻并联，串接于所述变压器中性点与接地点之间。

进一步的，所述变压器直流偏磁电流抑制装置还设置有可控间隙两球电极，所述可控间隙两球电极与所述非线性热敏电阻及氧化锌电阻并联，串接于所述变压器中性点与接地点之间。

进一步的，所述变压器直流偏磁电流抑制装置还设置有电流传感器，用于测量中性点电流，所述电流传感器串接于所述变压器直流偏磁电流抑制装置与接地点之间。

进一步的，所述变压器直流偏磁电流抑制装置还设置有电压传感器，用于测量所述变压器直流偏磁电流抑制装置电压，所述电压传感器并接于所述变压器中性点与接地点之间。

进一步的，所述变压器直流偏磁电流抑制装置还设置有数字监控系统，用于监控所述电流传感器、电压传感器，掌握设备运行状态，所述数字监控系统分别与所述电流传感器、电压传感器连接。

进一步的，所述变压器直流偏磁电流抑制装置还设置有远程监控系统，用于远程监测及调控各设备运行状况，所述远程监控系统与所述数字监控系统连接。

本发明同时提供一种变压器直流偏磁电流抑制装置控制方法，所述控制方法包括：

在变压器中性点与接地点之间设置非线性热敏电阻，所述非线性热敏电阻串联连接在变压器中性点与接地点之间；

所述变压器直流偏磁电流抑制装置还设置有氧化锌电阻，所述氧化锌电阻与所述非线性热敏电阻并联，串接于所述变压器中性点与接地点之间；

所述变压器直流偏磁电流抑制装置还设置有可控间隙两球电极，所述可控间隙两球电极与所述非线性热敏电阻并联，串接于所述变压器中性点与接地点之间；

所述变压器直流偏磁电流抑制装置还设置有可控间隙两球电极，所述可控间隙两球电极与所述非线性热敏电阻及氧化锌电阻并联，串接于所述变压器中性点与接地点之间；

所述变压器直流偏磁电流抑制装置还设置有电流传感器，用于测量中性点电流，所述电流传感器串接于所述变压器直流偏磁电流抑制装置与接地点之间；

所述变压器直流偏磁电流抑制装置还设置有电压传感器，用于测量所述变压器直流偏磁电流抑制装置电压，所述电压传感器并接于所述变压器中性点与接地点之间；

所述变压器直流偏磁电流抑制装置还设置有数字监控系统，用于监控所述电流传感器、电压传感器，掌握设备运行状态，所述数字监控系统分别与所述电流传感器、电压传感器连接；

所述变压器直流偏磁电流抑制装置还设置有远程监控系统，用于远程监测及调控各设备运行状况，所述远程监控系统与所述数字监控系统连接。

电容隔直装置优点是隔离直流比较彻底，通过开关控制是否将电容和火花间隙旁路，也十分方便。缺点是整套装置较为复杂，占地较多，造价很高(高达100万人民币)，实现难度还是较大，且对于系统过电压、绝缘配合等各方面的影响未知因素较多，校核困难。另外，串入电容还有可能造成系统谐振。与电容隔直装置相比，本装置(非线性电阻隔直装置)由于没有大电容，占地较少，造价很低，不存在对系统过电压、绝缘配合、继电保护等各方面的影响，也不存在造成系统谐振的风险。同时，本装置不存电力电子等控制装置，减少了因电力电子设备故障造成的设备不动作或误动作。此外，本装置还可以降低线路短路电流。

在中性点和地网之间串入一个阻值为数欧姆的小电阻，可以使得中性点流入的直流电流明显减小，达到工程上可以接受的程度。中性点串入阻抗对系统零序参数产生了影响，进而也会影响到零序保护的整定。这种方案的缺点是无法完全抵消直流从中性点流入，但是由于其概念明确，相对易于实现，对系统的影响也较小。与小电阻装置相比，本装置(非线性电阻隔直装置)的电阻阻值可随电流的增加而增大，可大大降低直流偏磁电流，甚至，可达到基本消除直流偏磁电流的作用。同时，正常情况下(无入地电流影响)，非线性电阻很小，不影响系统零序参数，不影响零序保护的整定。

反向直流电流和电位补偿法所涉及的装置复杂，难于实现，现阶段尚无应用。而本装置具有结构简单、体积很小、安装方便、资金投入较少、不改变变压器正常运行时接地方式、对线路保护无影响等优点，利于工程中应用。

变压器直流偏磁电流大小、本装置动作情况、非线性电阻上电压可实时传送到电网运行监控部门，电网运行监控部门可实时掌握变压器和本装置的运行情况。

本装置与其他装置相比，具有很大的优势：本装置结构简单、体积很小、安装方便、资金投入较少、不需要控制设备、不改变变压器正常运行时接地方式、对线路保护基本无影响、可以有效降低线路短路电流等特点。

附图说明

图1是本发明一种变压器直流偏磁电流抑制装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

请参阅图1，本发明一种变压器直流偏磁电流抑制装置，本发明的工作原理：该系统的组成结构详见图1，主要部件的功能要求说明：非线性(PTC)热敏电阻，非线性(PTC)热敏电阻温度与室温相近、电阻很小(小于1欧姆)，流过非线性(PTC)热敏电阻的电流较大时，热敏电阻由于发热功率增加导致温度上升，电阻会急剧增加。氧化锌电阻与非线性(PTC)热敏电阻并联，用于保护非线性(PTC)热敏电阻，防止变压器中性点电压过高。可控间隙两球电极之间的距离可根据需要调整、整定。CT为电流传感器，用于测量中性点电流，可测量直流、交流电流。PT为电压传感器，用于测量中性点电流，可测量直流、交流电压。数字监控器和远程监控系统用于监控CT、PT测量电流、电压值，掌握设备运行状态。

具体装置原理如下：

将本装置装于变压器中性点，在变压器正常工作时，流过变压器中性点的电流很小，非线性(PTC)热敏电阻温度与室温相近、电阻很小(小于1欧姆)，串联在电路中不会阻碍电流通过，变压器中性点相当于经过很小的电阻接地，甚至可以认为是直接接地。此时，如果发生交流系统短路故障，短路故障零序电流将流过非线性(PTC)热敏电阻，因为故障发生时非线性(PTC)热敏电阻阻值较小相当于系统直接接地，所以此装置不影响线路控制保护定值。随之短路故障零序电流的持续流过，非线性(PTC)热敏电阻由于发热功率增加导致温度上升，电阻会急剧增加，因此，非线性(PTC)热敏电阻还能起到限值短路电流的作用。

当直流输电工程以单极大地为回路方式运行时，直流入地电流将通过变压器中性点流入交流系统，此时流过非线性(PTC)热敏电阻的电流较大，热敏电阻由于发热功率增加导致温度上升，电阻会急剧增加，将变压器中线点电流限制在较低的水平，将大大减小流入交流系统的入地电流，大部分入地电流将在土壤中传播。此时，如果发生交流系统短路故障，由于入地电流的影响非线性(PTC)热敏电阻的阻值很大，将起到限制短路电流的作用。不过此时变压器相当于经大电阻接地，虽然不会线路主保护产生影响，但由于改变了系统零序电阻会对线路零序电流保护产生一定的影响。当直流输电工程恢复正常以双极平衡方式运行时，直流入地电流消失，非线性(PTC)热敏电阻的阻值会迅速恢复到原来的水平。

上述情况中，当短路电流作用时，非线性(PTC)热敏电阻两端的过电压较大时，超过氧化锌电阻(避雷器)动作阀值，氧化锌电阻将会动作泄放电流，降低变压器中性点过电压。可控距离的球隙用于保护非线性(PTC)热敏电阻和氧化锌电阻，防止氧化锌电阻未动作造成的变压器中性点电压过大，当变压器中性点电压过大时，球隙击穿放电形成放电通路，降低变压器中性点过电压。

根据上述说明书的揭示，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (9)

1.一种变压器直流偏磁电流抑制装置，其特征在于：在变压器中性点与接地点之间设置有非线性热敏电阻，所述非线性热敏电阻串联连接在变压器中性点与接地点之间。

2.根据权利要求1所述的变压器直流偏磁电流抑制装置，其特征在于，所述变压器直流偏磁电流抑制装置还设置有氧化锌电阻，所述氧化锌电阻与所述非线性热敏电阻并联，串接于所述变压器中性点与接地点之间。

3.根据权利要求1所述的变压器直流偏磁电流抑制装置，其特征在于，所述变压器直流偏磁电流抑制装置还设置有可控间隙两球电极，所述可控间隙两球电极与所述非线性热敏电阻并联，串接于所述变压器中性点与接地点之间。

4.根据权利要求2所述的变压器直流偏磁电流抑制装置，其特征在于，所述变压器直流偏磁电流抑制装置还设置有可控间隙两球电极，所述可控间隙两球电极与所述非线性热敏电阻及氧化锌电阻并联，串接于所述变压器中性点与接地点之间。

5.根据权利要求1至4中任一所述的变压器直流偏磁电流抑制装置，其特征在于，所述变压器直流偏磁电流抑制装置还设置有电流传感器，用于测量中性点电流，所述电流传感器串接于所述变压器直流偏磁电流抑制装置与接地点之间。

6.根据权利要求5所述的变压器直流偏磁电流抑制装置，其特征在于，所述变压器直流偏磁电流抑制装置还设置有电压传感器，用于测量所述变压器直流偏磁电流抑制装置电压，所述电压传感器并接于所述变压器中性点与接地点之间。

7.根据权利要求6所述的变压器直流偏磁电流抑制装置，其特征在于，所述变压器直流偏磁电流抑制装置还设置有数字监控系统，用于监控所述电流传感器、电压传感器，掌握设备运行状态，所述数字监控系统分别与所述电流传感器、电压传感器连接。

8.根据权利要求7所述的变压器直流偏磁电流抑制装置，其特征在于，所述变压器直流偏磁电流抑制装置还设置有远程监控系统，用于远程监测及调控各设备运行状况，所述远程监控系统与所述数字监控系统连接。

9.一种变压器直流偏磁电流抑制装置控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

在变压器中性点与接地点之间设置非线性热敏电阻，所述非线性热敏电阻串联连接在变压器中性点与接地点之间；

所述变压器直流偏磁电流抑制装置还设置有氧化锌电阻，所述氧化锌电阻与所述非线性热敏电阻并联，串接于所述变压器中性点与接地点之间；

所述变压器直流偏磁电流抑制装置还设置有可控间隙两球电极，所述可控间隙两球电极与所述非线性热敏电阻并联，串接于所述变压器中性点与接地点之间；

所述变压器直流偏磁电流抑制装置还设置有可控间隙两球电极，所述可控间隙两球电极与所述非线性热敏电阻及氧化锌电阻并联，串接于所述变压器中性点与接地点之间；

所述变压器直流偏磁电流抑制装置还设置有电流传感器，用于测量中性点电流，所述电流传感器串接于所述变压器直流偏磁电流抑制装置与接地点之间；

所述变压器直流偏磁电流抑制装置还设置有电压传感器，用于测量所述变压器直流偏磁电流抑制装置电压，所述电压传感器并接于所述变压器中性点与接地点之间；

所述变压器直流偏磁电流抑制装置还设置有数字监控系统，用于监控所述电流传感器、电压传感器，掌握设备运行状态，所述数字监控系统分别与所述电流传感器、电压传感器连接；

所述变压器直流偏磁电流抑制装置还设置有远程监控系统，用于远程监测及调控各设备运行状况，所述远程监控系统与所述数字监控系统连接。