CN113675820B - 一种用于应对变压器直流偏磁的应急控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于应对变压器直流偏磁的应急控制方法，包括以下步骤：数据采集：实时采集变压器相关数据，满足预警条件时，触发直流偏磁风险评估步骤；直流偏磁风险评估：将采集到的相关数据带入风险评估公式，得到风险评估因子，当风险评估因子满足应急控制条件时，启动应急控制步骤；应急控制：根据风险评估因子的数值以及应急控制条件中的控制预案，对变压器进行负荷调整或退出运行。本发明首先通过数据采集，随后通过预警条件来判断是否需要进行直流偏磁风险评估，以提高计算和判断效率，减少无效计算，最后通过风险评估因子与应急控制条件来选择性执行控制预案，具有明确的针对性，有效减少直流偏磁带来的损失。
Description
技术领域
本发明涉及电力安全监测领域，特别涉及一种用于应对变压器直流偏磁的应急控制方法。
背景技术
电力系统直流偏磁的产生的原因主要为直流输电线路单极运行和太阳磁暴。随着直流输电技术的发展，我国已经建成了数十条的超特高压直流，形成了大规模的“西电东送”、“北电南送”的能源格局，有利的支撑了国民经济的发展。但随着直流工程的增加，电力系统直流偏磁负面影响日益突出。
对于变压器的直流偏磁耐受问题，通常按照DL/T 437-2012《高压直流接地极技术导则》规定的来确定：变压器每相绕组的允许直流电流为：单相变压器为额定电流的0.3％，三相五柱变压器为额定电流的0.5％，三相三柱变压器为额定电流的0.7％。但这一标准由于成文较早，当时尚不具备对变压器其他状态的监测能力，因此只是较为简单的根据不同变压器类型和容量规定了直流上限值。对于遭受直流偏磁影响的变压器详细评估和应急策略并没有涉及，但这恰恰是现场运行管理所急需的。
目前电力系统直流偏磁最主要的来源是直流工程单极运行，而单极运行大多是线路或设备故障后采取的应急措施，具有不可预知性。单极运行时需要密切关注区域内的受直流偏磁影响的变压器，并根据现场运行情况开展直流偏磁的风险评估和应急处理。现有专利大多集中于变压器直流偏磁仿真建模算法和治理监测设备的开发，对于现场变压器急需的风险评估和应急策略大多没有涉及。
当变压器发生直流偏磁问题，将会引起变压器振动加剧、噪声加大、异常发热等问题，严重时会导致变压器的损坏，目前遭受直流偏磁的变压器尚缺乏有效的评估和应对方法。
发明内容
针对现有技术缺乏有效的变压器直流偏磁评估和应对策略的问题，本发明提供了一种用于应对变压器直流偏磁的应急控制方法，通过先评估后控制的方式，结合多种数据，具有较高的准确性。
以下是本发明的技术方案。
一种用于应对变压器直流偏磁的应急控制方法，包括以下步骤：
数据采集：实时采集变压器相关数据，满足预警条件时，触发直流偏磁风险评估步骤；
直流偏磁风险评估：将采集到的相关数据带入风险评估公式，得到风险评估因子，当风险评估因子满足应急控制条件时，启动应急控制步骤；
应急控制：根据风险评估因子的数值以及应急控制条件中的控制预案，对变压器进行负荷调整或退出运行。
本发明首先通过数据采集，随后通过预警条件来判断是否需要进行直流偏磁风险评估，以提高计算和判断效率，减少无效计算，最后通过风险评估因子与应急控制条件来选择性执行控制预案，具有明确的针对性，有效减少直流偏磁带来的损失。
作为优选，所述实时采集变压器相关数据，包括：实时采集变压器的噪声、振动、温度以及中性点直流电流，通过变压器自带的油色谱在线监测装置获取或采用实验室离线检测油中溶解气体数据。
作为优选，所述预警条件为变压器中性点直流电流超过设定阈值。
作为优选，所述风险评估公式为：
式中，I为变压器中性点测到的直流电流，I0为基准电流；
N为变压器直流偏磁时测到的最大噪声，N0为基准噪声，为没有直流偏磁时的最大背景噪声，噪声测量采用声级计，其单位为dB；
G为变压器油箱表面测到的最大振动加速度，G0为基准加速度，为没有直流偏磁时在变压器表面测到的振动加速度，其单位为重力加速度g；
Tp为变压器侧面的最高温差，温度采用绝对温标，其单位是开尔文；
k0为油中溶解气体系数，由变压器油中的氢气、总烃和乙炔的含量确定，如油中氢气含量、总烃含量和乙炔含量均低于规程要求，则k0＝1，若其中任一数值超标，则k0＝2；
k1、k2、k3分别为电流系数、噪声系数、振动系数，表示各分量对直流偏磁评估的权重；k4为温度系数，当阳光直射变压器时，k4＝0即温度不参与评估，当没有阳光直射或夜间时，温度参与直流偏磁的评估，此时k4＝0.5。根据阳光直射与否分为两种情况，因变压器表面的温度受阳光的影响很大，因此需要排除此影响。
作为优选，所述应急控制条件和所述应急控制条件中的控制预案分为三档，包括：风险评估因子<1，变压器没有直流偏磁问题风险，不进行控制；
1≤风险评估因子＜1.5，变压器有一定的直流偏磁风险，规定时间内将变压器负荷降至50％；
1.5≤风险评估因子＜2.5，变压器遭有较严重的直流偏磁风险，规定时间内转移变压器负荷，主变退出运行；
风险评估因子≥2.5，变压器遭有严重的直流偏磁风险，将变压器退出运行。
作为优选，所述中性点直流电流的测量采用基于霍尔效应的电流互感器，包含开口式电流钳和穿心电流互感器，前者为便携式电流钳，后者为固定式在线监测设备。
作为优选，所述噪声的测量采用声压计，对于风冷却设备停止运行或自冷却变压器，规定的轮廓线应距基准发射面0.3m，在风冷却设备投入运行的变压器应距基准发射面2m，测量高度离地1m，每台变压器测量8个点，前后测量位置相同。
作为优选，所述振动的测量通过加速度传感器完成，通过磁力座固定在变压器外壳上；振动测试点选在变压器长轴中部的位置，每台变压器至少5个点，选在变压器外壳相邻加强筋突出处1点和凹陷处4点，每次测试点相同。
作为优选，所述温度的测量采用红外热像仪，测量方式是在变压器油箱4个侧面分别扫描检测，获取最大温差值。
本发明的实质性效果包括：通过评估与变压器直流偏磁直接相关的直流电流、振动、噪声、温度、油色谱数据，在评估公式中赋予不同参数不同权重，实现变压器直流偏磁的准确评估，并根据计算结果针对性执行不同控制预案，可以有效减少直流偏磁带来的负面影响。
附图说明
图1是本发明实施例的流程图；
图2是单极大地回线运行方式示意图；
图3是直流入地电流进入交流系统示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本申请的技术方案进行描述。另外，为了更好的说明本发明，在下文中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未做详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
我国的直流输电系统均为双端系统，一端为整流站，另一端为逆变站。按照工程的需要，有多种运行方式：单极大地回线运行方式、单极金属回线运行方式、双极对称运行方式、双极不对称运行方式、同极并联大地回线运行方式等。在这些运行方式中，单极金属回线运行方式没有直流电流入地，双极对称运行方式只有很小的不平衡电流入地，这两种运行方式均不会造成地表直流电位明显不等，不会引发变压器发生直流偏磁。
在双极直流输电系统建设初期，一极建成后会立即投入运行，此时一般采用单极大地回线运行方式；另外在双极系统均建成后，如果一极发生故障或因检修退出时，健全极也可能采用单极大地回线方式运行。如图2所示，健全极直流高压线与大地构成回路，直流入地电流等于线路上的系统运行电流。
直流输电系统入地电流进入交流输电系统的路径可用图3说明。
直流偏磁对于电力系统有较大负面影响，其中主要包括：
(1)对变压器的影响
当直流电流进入变压器后，将会导致变压器铁心半周磁饱和并使漏磁增加，引起金属结构件和油箱过热；直流偏磁还会导致铁心磁致伸缩更加严重，从而使变压器振动加剧、噪音加大；同时由于谐波畸变，将导致变压器的损耗增加、效率降低。
(2)对并联电容器的影响
变压器直流偏磁将产生大量谐波、致使电压总谐波畸变率增大，受这些谐波的影响，在变电站低压侧可能引起谐波过流而导致电容器鼓肚、爆炸等事故。
(3)对继电保护的影响
流经交流电网的直流电流容易造成电流互感器的直流偏磁，从而导致电流互感器传变特性发生变化，导致交流保护发生拒动或误动。同时变压器发生直流偏磁将使变压器差流中的二次谐波含量增大，使变压器差动保护存在二次谐波误闭锁的风险。
图3中换流站甲和换流站乙构成双端直流输电系统，单极大地回线方式运行时，直流运行电流Idc即为入地电流，Idc通过接地极和大地回流。在Idc作用下，大地表面电位不等，如图中下部分所示。当Idc从换流站乙接地极入地，该处电位升高，从换流站甲接地极流出，该处电位降低。由于中性点直接接地变压器和交流输电线路在两个变电站间形成一条直流低阻通路，该电位差将使较大的直流电流通过变压器中性点进入变压器绕组，从而引起变压器噪声增大、振动加剧、局部过热等问题，由此产生严重的直流偏磁效应。
实施例：
一种用于应对变压器直流偏磁的应急控制方法，包括以下步骤：
数据采集：实时采集变压器相关数据，满足预警条件时，触发直流偏磁风险评估步骤；实时采集变压器相关数据，包括：实时采集变压器的噪声、振动、温度以及中性点直流电流，通过变压器自带的油色谱在线监测装置获取或采用实验室离线检测油中溶解气体数据。预警条件为变压器中性点直流电流超过设定阈值，这里取3安培。
直流偏磁风险评估：将采集到的相关数据带入风险评估公式，得到风险评估因子，当风险评估因子满足应急控制条件时，启动应急控制步骤；风险评估公式为：
式中，I为变压器中性点测到的直流电流，I0为基准电流；
N为变压器直流偏磁时测到的最大噪声，N0为基准噪声，为没有直流偏磁时的最大背景噪声，噪声测量采用声级计，其单位为dB；
G为变压器油箱表面测到的最大振动加速度，G0为基准加速度，为没有直流偏磁时在变压器表面测到的振动加速度，其单位为重力加速度g；
Tp为变压器侧面的最高温差，温度采用绝对温标，其单位是开尔文；
k0为油中溶解气体系数，由变压器油中的氢气、总烃和乙炔的含量确定，如油中氢气含量、总烃含量和乙炔含量均低于规程要求，则k0＝1，若其中任一数值超标，则k0＝2；
k1、k2、k3分别为电流系数、噪声系数、振动系数，表示各分量对直流偏磁评估的权重；k4为温度系数，当阳光直射变压器时，k4＝0即温度不参与评估，当没有阳光直射或夜间时，温度参与直流偏磁的评估，此时k4＝0.5。根据阳光直射与否分为两种情况，因变压器表面的温度受阳光的影响很大，因此需要排除此影响。
应急控制：根据风险评估因子的数值以及应急控制条件中的控制预案，对变压器进行负荷调整或退出运行。应急控制条件和应急控制条件中的控制预案分为三档，包括：
风险评估因子<1，变压器没有直流偏磁问题风险，不进行控制；
1≤风险评估因子＜1.5，变压器有一定的直流偏磁风险，规定时间内将变压器负荷降至50％；
1.5≤风险评估因子＜2.5，变压器遭有较严重的直流偏磁风险，规定时间内转移变压器负荷，主变退出运行；
风险评估因子≥2.5，变压器遭有严重的直流偏磁风险，将变压器退出运行。
本实施例首先通过数据采集，随后通过预警条件来判断是否需要进行直流偏磁风险评估，以提高计算和判断效率，减少无效计算，最后通过风险评估因子与应急控制条件来选择性执行控制预案，具有明确的针对性，有效减少直流偏磁带来的损失。
本实施例中，各类数据的采集方式如下：
中性点直流电流的测量采用基于霍尔效应的电流互感器，包含开口式电流钳和穿心电流互感器，前者为便携式电流钳，后者为固定式在线监测设备。
噪声的测量采用声压计，对于风冷却设备停止运行或自冷却变压器，规定的轮廓线应距基准发射面0.3m，在风冷却设备投入运行的变压器应距基准发射面2m，测量高度离地1m，每台变压器测量8个点，前后测量位置相同。
振动的测量通过加速度传感器完成，通过磁力座固定在变压器外壳上；振动测试点选在变压器长轴中部的位置，每台变压器至少5个点，选在变压器外壳相邻加强筋突出处1点和凹陷处4点，每次测试点相同。
温度的测量采用红外热像仪，测量方式是在变压器油箱4个侧面分别扫描检测，获取最大温差值。
本实施例的实质性效果包括：通过评估与变压器直流偏磁直接相关的直流电流、振动、噪声、温度、油色谱数据，在评估公式中赋予不同参数不同权重，实现变压器直流偏磁的准确评估，并根据计算结果针对性执行不同控制预案，可以有效减少直流偏磁带来的负面影响。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露方法，可以通过其它的方式实现。如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read only memory，ROM)、随机存取存储器(random accessmemory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上内容，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种用于应对变压器直流偏磁的应急控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
数据采集：实时采集变压器相关数据，满足预警条件时，触发直流偏磁风险评估步骤；
直流偏磁风险评估：将采集到的相关数据带入风险评估公式，得到风险评估因子，当风险评估因子满足应急控制条件时，启动应急控制步骤；
应急控制：根据风险评估因子的数值以及应急控制条件中的控制预案，对变压器进行负荷调整或退出运行；
所述实时采集变压器相关数据，包括：实时采集变压器的噪声、振动、温度以及中性点直流电流，通过变压器自带的油色谱在线监测装置获取或采用实验室离线检测油中溶解气体数据；所述风险评估公式为：
式中，I为变压器中性点测到的直流电流，I0为基准电流；
N为变压器直流偏磁时测到的最大噪声，N0为基准噪声，为没有直流偏磁时的最大背景噪声，噪声测量采用声级计，其单位为dB；
G为变压器油箱表面测到的最大振动加速度，G0为基准加速度，为没有直流偏磁时在变压器表面测到的振动加速度，其单位为重力加速度g；
Tp为变压器侧面的最高温差，温度采用绝对温标，其单位是开尔文；
k0为油中溶解气体系数，由变压器油中的氢气、总烃和乙炔的含量确定，如油中氢气含量、总烃含量和乙炔含量均低于规程要求，则k0＝1，若其中任一数值超标，则k0＝2；
k1、k2、k3分别为电流系数、噪声系数、振动系数，表示各分量对直流偏磁评估的权重；k4为温度系数，当阳光直射变压器时，k4＝0即温度不参与评估，当没有阳光直射或夜间时，温度参与直流偏磁的评估，此时k4＝0.5。
2.根据权利要求1所述的一种用于应对变压器直流偏磁的应急控制方法，其特征在于，所述预警条件为变压器中性点直流电流超过设定阈值。
3.根据权利要求1所述的一种用于应对变压器直流偏磁的应急控制方法，其特征在于，所述应急控制条件和所述应急控制条件中的控制预案分为三档，包括：
风险评估因子<1，变压器没有直流偏磁问题风险，不进行控制；
1≤风险评估因子＜1.5，变压器有一定的直流偏磁风险，规定时间内将变压器负荷降至50％；1.5≤风险评估因子＜2.5，变压器遭有较严重的直流偏磁风险，规定时间内转移变压器负荷，主变退出运行；
风险评估因子≥2.5，变压器遭有严重的直流偏磁风险，将变压器退出运行。
4.根据权利要求1所述的一种用于应对变压器直流偏磁的应急控制方法，其特征在于，所述中性点直流电流的测量采用基于霍尔效应的电流互感器，包含开口式电流钳和穿心电流互感器，前者为便携式电流钳，后者为固定式在线监测设备。
5.根据权利要求1所述的一种用于应对变压器直流偏磁的应急控制方法，其特征在于，所述噪声的测量采用声压计，对于风冷却设备停止运行或自冷却变压器，规定的轮廓线应距基准发射面0.3m，在风冷却设备投入运行的变压器应距基准发射面2m，测量高度离地1m，每台变压器测量8个点，前后测量位置相同。
6.根据权利要求1所述的一种用于应对变压器直流偏磁的应急控制方法，其特征在于，所述振动的测量通过加速度传感器完成，通过磁力座固定在变压器外壳上；振动测试点选在变压器长轴中部的位置，每台变压器至少5个点，选在变压器外壳相邻加强筋突出处1点和凹陷处4点，每次测试点相同。
7.根据权利要求1所述的一种用于应对变压器直流偏磁的应急控制方法，其特征在于，所述温度的测量采用红外热像仪，测量方式是在变压器油箱4个侧面分别扫描检测，获取最大温差值。
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