技术领域
[0001] 本
发明属于直流输电技术领域，尤其涉及一种大型变压器直流偏磁问题评估及治理方法。
背景技术
[0002] 直流输电在正常工况下采用双极平衡运行，此时直流
电流不流经大地。当换流站故障或检修时，采用双极
不平衡运行工况时，将会有直流电流通过大地回流。直流电流流经大地会造成大地之间电位不等，会在相距较远的两个变电站之间产生直流电位差。而两个变电站之间输电线路的
电阻较小，直流电流将通过接地的
中性点回流至变压器与输电线路，从而引起变压器噪声增大、振动加剧、局部
过热等问题，产生直流偏磁效应，严重影响着系统的安全稳定运行。
[0003] 直流偏磁是指在变压器中
直流分量，导致变压器
铁心半周磁饱和，以及由此引起的一系列电磁效应。变压器正常工作在交流情况下，铁心磁通
密度增加，变压器工作在磁化曲线非线性的区域，励磁电流
波形为尖顶波，且正负半波对称，变压器在直流偏磁下，直流与交流磁通相
叠加，与直流偏磁方向一致的半个周波的铁心饱和程度增加，另外半个周波的饱和程度减小，对应的励磁电流波形呈现正负半波不对称的形状。直流偏磁是变压器的一种非正常工作状态，由于变压器的原边等效阻抗对直流分量只呈现电阻特性，且电阻很小。因此，很小的直流分量就会在绕组中形成很大的直流激磁磁势，该直流磁势与交流磁势一起作用于变压器原边，造成变压器铁心的工作磁化曲线发生偏移，出现关于原点不对称，即变压器偏磁现象。
[0004] 引起变压器直流偏磁的原因各异，主要包括直流单极大地回线运行和地
磁场扰动。直流输电系统的在双极不对称或单极运行时，将有一定的直流电流通过接地极流入大地，同时在大地表面形成不等电位，这时直流电流可能通过变压器中性点进入变压器绕组，在变压器绕组中形成直流电流，变压器磁密工作点发生偏移，使变压器产生直流偏磁，严重危害电
力系统的安全运行。直流偏磁主要有一下几方面的危害：1)变压器噪声和振动加剧；2)
电压波形畸变；3)产生谐波；4)变压器无功损耗增加；5)继电保护系统故障。因此，需要对变压器直流偏磁问题进行评估，并提出有效的治理方案。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种大型变压器直流偏磁问题评估及治理方法，基于现场的检测，后续的仿真计算来评估直
流线路和换流站附近大型变压器是否存在直流偏磁，并提供有效治理直流偏磁的方案。
[0006] 本发明提供了一种大型变压器直流偏磁问题评估方法，包括：
[0007] 步骤1，基于现场实际运行工况，对直流接地极周边待评估的交流
电网电力变压器进行带电检测，获取实测结果数据，以及直流工程单极运行方式下，不同入地电流时，变压器中心点电流幅值及其变化趋势；实测结果数据包括试验过程中变压器中性点直流电流、变压器噪声、变压器振动数据中的多个；
[0008] 步骤2，基于所述实测结果数据及变压器中心点电流幅值变化趋势进行仿真计算，判断仿真结果是否超出规定范围，若是，判定变压器存在直流偏磁问题。
[0009] 进一步地，步骤1包括：
[0010] 基于现场实际运行工况，制定直流单极-大地回路运行方式对评估区内交流电网主变影响的测试方案。
[0011] 进一步地，步骤2中规定范围包括：
[0012] 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％。
[0013] 本发明还提供了一种大型变压器直流偏磁问题治理方法，即采用在变压器中性点接入电容的方法抑制变压器中性点直流电流，利用与电容并联的状态转换旁路
开关执行直接接地运行状态和电容接地运行状态的转换。
[0014] 进一步地，该治理方法包括：
[0015] 当变压器中性点检测到越限的直流电流时，将状态转换旁路开关断开，进入隔直模式；当变压器中性点直流电流消失时，延时将状态转换旁路开关闭合，恢复直接接地模式。
[0016] 进一步地，该治理方法还包括：
[0017] 通过大功率晶闸管执行过电压、过电流快速旁路保护动作，并驱动状态转换旁路开关闭合执行中性点金属性接地动作。
[0018] 借由上述方案，通过大型变压器直流偏磁问题评估及治理方法，基于现场的检测，后续的仿真计算来评估直流线路和换流站附近大型变压器是否存在直流偏磁，并通过
串联电容治理存在直流偏磁问题的变压器，简单实用、效果显著、安装后不需要
修改保护及安全自动装置定值。
[0019] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照
说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳
实施例并配合
附图详细说明如后。
附图说明
[0020] 图1为本发明一种大型变压器直流偏磁问题评估方法的
流程图；
[0021] 图2为本发明一实施例中变压器直流偏磁就地测试评估示意图；
[0022] 图3为本发明一实施例中串联电容法变压器中性点隔直示意图。
具体实施方式
[0023] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0024] 参图1所示，本实施例提供了一种大型变压器直流偏磁问题评估方法，包括：
[0025] 步骤S1，基于现场实际运行工况，对直流接地极周边待评估的交流电网电力变压器进行带电检测，获取实测结果数据，以及直流工程单极运行方式下，不同入地电流时，变压器中心点电流幅值及其变化趋势；实测结果数据包括试验过程中变压器中性点直流电流、变压器噪声、变压器振动数据中的多个；
[0026] 步骤S2，基于所述实测结果数据及变压器中心点电流幅值变化趋势进行仿真计算，判断仿真结果是否超出规定范围，若是，判定变压器存在直流偏磁问题。
[0027] 在本实施例中，步骤S1包括：
[0028] 基于现场实际运行工况，制定直流单极-大地回路运行方式对评估区内交流电网主变影响的测试方案。
[0029] 在本实施例中，步骤S2中规定范围包括：
[0030] 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％。
[0031] 本实施例还提供了一种大型变压器直流偏磁问题治理方法，即采用在变压器中性点接入电容的方法抑制变压器中性点直流电流，利用与电容并联的状态转换旁路开关执行直接接地运行状态和电容接地运行状态的转换。
[0032] 在本实施例中，该治理方法包括：
[0033] 当变压器中性点检测到越限的直流电流时，将状态转换旁路开关断开，进入隔直模式；当变压器中性点直流电流消失时，延时将状态转换旁路开关闭合，恢复直接接地模式。
[0034] 在本实施例中，该治理方法还包括：
[0035] 通过大功率晶闸管执行过电压、过电流快速旁路保护动作，并驱动状态转换旁路开关闭合执行中性点金属性接地动作。
[0036] 本实施例提供的大型变压器直流偏磁问题评估及治理方法，基于现场的检测，后续的仿真计算来评估直流线路和换流站附近大型变压器是否存在直流偏磁，并通过串联电容治理存在直流偏磁问题的变压器，简单实用、效果显著、安装后不需要修改保护及安全自动装置定值。
[0037] 下面对本发明作进一步详细说明。
[0038] 为了准确评估直流偏磁对接地极周边变压器运行造成的影响。首先需要针对现场实际运行工况制定直流单极-大地回路运行方式对区内交流电网主变影响的测试方案。接着对直流接地极周边需要评估的交流电网电力变压器进行带电检测工作，记录试验过程中变压器中性点直流电流、变压器噪声、变压器振动等。尤其重点记录，直流工程单极运行方式下，不同入地电流时，变压器中心点电流幅值及其变化趋势。就地测试原理如2所示：
[0039] 根据《高压直流接地极技术导则》规定，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％。将实测结果及其发展趋势进行进一步仿真计算，如果大幅超出导则范围，必须采取一定的治理措施。
[0040] 本实施例采用串联电容法对直流偏磁问题进行治理，该刚发较为实用，原理简单、效果显著、安装后不需要修改保护及安全自动装置定值。具体原理如图3所示：
[0041] 隔直装置采用在变压器中性点接入电容的方法抑制变压器中性点直流电流，利用与电容器并联的状态转换旁路刀闸(开关)实现直接接地运行状态和电容接地运行状态的转换。当变压器中性点检测到越限的直流电流时，将状态转换旁路刀闸断开，进入隔直模式；当变压器中性点直流电流消失时，延时将状态转换旁路刀闸闭合，恢复直接接地模式。在电容接地运行状态下，当交流系统发生三相不平衡故障时，将有可能在电容器两端产生高电压。装置通过大功率晶闸管实现过电压/电流快速旁路保护装置动作，并驱动状态转换开关闭合实现中性点金属性接地。
[0042] 实践证明串联电容法能有效的抑制直流电流，使流经主变压器中性点的直流电流降至允许范围内，确保了变压器的安全运行。
[0043] 在某直流工程调试期间，为了全面掌握直流偏磁对接地极周边变压器运行造成的影响。对直流接地极周边220kV及以上电压等级的主要电力变压器进行单极大负荷试验。将测试结果折算到直流工程额定电流5000A单极运行时，结果表明将会有3座变电站的变压器中性点直流电流大于200A，而直流电流大于100A的变电站也会有5座，直流电流大于10A的变电站将有37座。根据测试结果制定了此直流工程直流治理方案，对此直流工程附近的变电站加装串联电容法直流偏磁抑制装置。隔直装置采用在变压器中性点接入电容容量为66000uF(六只并联)电容器的方法抑制变压器中性点直流电流，当变压器中性点检测到越限的直流电流大于10A时，将状态转换旁路刀闸断开，进入隔直模式；当变压器中性点直流电流消失时，延时将状态转换旁路刀闸闭合，恢复直接接地模式。在电容接地运行状态下，当交流系统发生三相不平衡故障时，将有可能在电容器两端产生高电压。当电压大于800V时，装置通过大功率晶闸管实现过电压/电流快速旁路保护装置动作，并驱动状态转换开关闭合实现中性点金属性接地。同时将保护间隙调为1毫米，电压大于2500v时击穿(电容
击穿电压为4000v)，可有效的保护电容及系统安全。
[0044] 经过治理后，观测区域内外所有500kV与220kV变电站中性点直流电流均小于15A，110kV变电站中性点直流电流均小于10A，直流偏磁抑制效果显著。并再次对此直流工程进行了电流为1～5kA的单极运行试验。在试验期间，所有变电站油色谱、铁芯接地电流等在线监测数据未发生明显变化，且变压器的继电保护也无异动。这也充分说明，通过三个阶段的治理，此直流系统工程的直流偏磁问题得到了有效的控制；针对大电流、大区域直流偏磁的治理是切实有效的。
[0045] 通过本发明可以对无法明确是否存在直流偏磁问题的大型变压器进行准确的评估，并对存在问题的变压器在对现有继电保护装置影响降到最低的情况下提供解决方案。方案从直流偏磁产生的机理出发，将抑制直流偏磁的的理论知识与直流工程直流偏磁治理实例相结合。为工程制定了具有较强针对性的治理方案，有重要的实践应用价值。此治理方案具有一定的前瞻性和创新性，首次大规模的应用于接地极周围区域变电站，并取得了很好的工程应用效果，对其他类似工程也具有一定的参考借鉴意义。
[0046] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
