尹春梅

摘 要：文章首先簡單介紹了變壓器中性點直流電流產(chǎn)生的原因、對系統(tǒng)的影響，其次以實際為例，著重介紹了中性點直流電流監(jiān)測系統(tǒng)的原理及主要構(gòu)成，最后介紹了變壓器中性點直流電流越上限的分析處理方法。

關(guān)鍵詞：變壓器中性點；直流電流；監(jiān)測系統(tǒng)

中圖分類號：TM406 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）02-0091-01

交流電力系統(tǒng)內(nèi)時刻都會存在一些直流電流，正常情況下這些直流電流相對較小，對系統(tǒng)的影響也相對較小，但在一些情況下將也會產(chǎn)生較大的直流電流，不僅影響了變壓器的正常運行，而且可能使變壓器受到嚴重損壞，因此在大部分超過 220 kV的變電站內(nèi)其變壓器的中性點上均需安裝中性點直流電流互感器，主要是監(jiān)測其直流電流的大小，運行中直流電流一旦超過整定值，立即發(fā)出告警提示運行人員要加強關(guān)注。

1 變壓器中性點產(chǎn)生較大直流電流的原因

1.1 自然原因

由于自然原因如發(fā)生雷電時，將會產(chǎn)生一個低頻電場作用于中性點接地的變壓器，進而在繞組中誘發(fā)地磁感應(yīng)電流，其頻率很小，與50 Hz的交流系統(tǒng)相比較，可以近似看成直流，該直流電流持續(xù)時間短，但其數(shù)值較大。

1.2 交直流混合輸電系統(tǒng)原因

當(dāng)直流輸電系統(tǒng)單極以大地為回線運行或雙極不對稱運行時，巨大的直流電流與大地構(gòu)成回路，一定區(qū)域中會產(chǎn)生地表電流，與其并列運行的交流輸電系統(tǒng)變電站中的變壓器中性點就會受到干擾，距離直流接地極較近的變壓器中性點流過直流電流將越較大，受干擾程度也越大。

1.3 交流系統(tǒng)內(nèi)部原因

交流電網(wǎng)中發(fā)生非全相負荷運行或者接地短路故障時，同時將會產(chǎn)生瞬間較大的直流電流。

1.4 變壓器中性點直流電流監(jiān)測系統(tǒng)故障原因

當(dāng)變壓器中性點直流電流監(jiān)測系統(tǒng)故障使也會導(dǎo)致采集到的變壓器中性點直流電流較大，可包括直流傳感器故障、隔離變送器故障、電源模塊故障、直流信號傳輸過程中受到干擾、數(shù)據(jù)經(jīng)以太網(wǎng)通訊過程中出錯等情況。

2 直流大電流對系統(tǒng)的影響

2.1 對變壓器的影響

當(dāng)直流電流從變壓器的中性點流經(jīng)繞組時，在變壓器中形成直流偏磁，導(dǎo)致變壓器勵磁電流和諧波急劇增加，損耗增大和溫升增高，噪聲和振動增大。

2.2 對交流系統(tǒng)的影響

對系統(tǒng)的影響主要是由變壓器的偏磁飽和引起的。直流偏磁使變壓器成了交流系統(tǒng)中的諧波源，諧波流入系統(tǒng)使系統(tǒng)電壓波形畸變、濾波器過載、繼電保護誤動、合空載長線時產(chǎn)生持續(xù)過電壓、單相重合閘過程中潛供電流增加和斷路器恢復(fù)電壓增高。

3 中性點直流電流監(jiān)測系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu)

下面以我站#3主變中性點直流電流測量裝置為例介紹中性點直流檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理。中性點直流檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

3.1 #3主變中性點直流電流測量裝置

本站#3主變是由三臺單相自耦變壓器組成，高壓側(cè)和中壓側(cè)采用自耦連接的中性點直接接地方式。三相中性點引出線共同接在一根管母線上，然后經(jīng)扁鋼直接接地。電流互感器端子轉(zhuǎn)接盒、直流傳感器共同組成了中性點直流電流測量裝置。

取自主變本體主控柜交流220 V電源為光纖隔離變送器提供電源，同時交流220 V電壓經(jīng)電源模塊作用變換成±12 V直流電壓給直流傳感器提供電源。中性點接地扁鋼垂直穿過直流傳感器，流經(jīng)中性點的直流電流經(jīng)傳感器作用變成4～20 mA的直流電流，輸出到光纖隔離變送器，經(jīng)隔離變送器作用輸出到端子排，經(jīng)電纜連接到#3主變本體測控柜F4柜3 n裝置。

①直流傳感器。直流傳感器采用霍爾元件作為檢測元件，將被測電流轉(zhuǎn)換為霍爾電勢，然后求和放大，把被測額定電流轉(zhuǎn)換為額定直流0～5 V電壓或直流4～20 mA電流信號。

本站直流傳感器型號為HNC80HKC—霍爾閉環(huán)電流傳感器。輸入電流±80 A，輸出電流4-20 mA直流電流信號。其工作原理為：當(dāng)主回路有電流通過時，在導(dǎo)線上產(chǎn)生的磁場被磁環(huán)聚集并感應(yīng)高霍爾元件上，所產(chǎn)生的信號輸出用于驅(qū)動功率管并使其導(dǎo)通，從而獲得一個補償電流，這個電流通過多匝繞組產(chǎn)生磁場進行補償，使霍爾元件處于檢測零磁通工作狀態(tài)，其補償電流精確的反應(yīng)主回路電流。

②電源模塊。由于傳感器是一種有源模塊，如霍爾器件、末級功率管等都需要工作電源，并且還有功耗，電源模塊就給直流傳感器提供所需電源。這里電源模塊也稱交直流轉(zhuǎn)換器，即將輸入的交流電壓，轉(zhuǎn)換為所需要的額定直流電壓±12 V。

③光纖隔離變送器。為將直流傳感器輸出的4～20 mA的電流信號轉(zhuǎn)變成可被控制裝置識別的信號，同時利用光纖隔離對信號的干擾源進行抑制，保證了測量結(jié)果的準確性。

3.2 #3主變本體測控柜（F4柜）3 n裝置

本站F4柜中3 n本體測控裝置采用國電南瑞NSD 500系列超高壓測控裝置。上述經(jīng)光纖隔離變送器輸出的直流信號通過電纜連接到#3主變本體測控F4柜3 n裝置，然后輸入裝置的AIM模件。AIM模件是NSD 500裝置內(nèi)標(biāo)準I/O模件之一，主要用于采集站內(nèi)直流模擬信號，例如主變溫度、中性點直流等經(jīng)變送器后輸出的0～5 V、0～20 mA或4～20 mA的信號。AIM模件采集的信號通過內(nèi)部CAN網(wǎng)與CPU模件進行通訊。CPU模件將采集到的數(shù)據(jù)集成、處理，通過人機界面MMI面板可以對模件實時數(shù)據(jù)或模擬量數(shù)據(jù)進行查看，同時利用雙以太網(wǎng)配置與后臺服務(wù)器進行通訊傳輸。

3.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)后臺查看

測控裝置經(jīng)CPU集成處理后的模件實時數(shù)據(jù)利用以太網(wǎng)，與后臺系統(tǒng)服務(wù)器進行通訊，后臺服務(wù)器將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為實時數(shù)據(jù)，站內(nèi)操作員工作站再連接到系統(tǒng)服務(wù)器上，進而獲得數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對實時數(shù)據(jù)的監(jiān)測。

4 變壓器中性點直流電流越上限的分析處理

比較全面的了解了中性點直流監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理后，下面簡單介紹中性點直流電流越上限的分析處理方法。

4.1 從原因入手

通過上述介紹可知，越限告警的可能原因有：自然原因、交流系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生了故障或受到嚴重干擾、直流傳感器故障、隔離變送器故障、電源模塊故障、直流信號傳輸過程中受到干擾、數(shù)據(jù)經(jīng)以太網(wǎng)通訊過程中出錯。

分析出所有原因后，結(jié)合天氣及設(shè)備實際運行情況，綜合分析，逐一排除非要因。對于直流電流互感器端子箱內(nèi)的直流傳感器、隔離變送器及電源模塊的分析，需借助萬用表等工具進行精確判斷。

4.2 處理過程中注意事項

使用萬用表時交直流檔位的選取要正確，測量電壓時注意防止人身觸電，查找過程如需拆除或短接某些端子接線時主要不要拆除、短接錯誤，并密切注意直流監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控信息。

5 結(jié) 語

較大的中性點直流電流對主變乃至整個系統(tǒng)的影響不容忽視，只有確保變壓器中性點直流電流在合理范圍內(nèi)，才能更好的保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。本文則系統(tǒng)的介紹了變壓器中性點直流電流監(jiān)測系統(tǒng)原理和結(jié)構(gòu)，同時介紹了變壓器中性點直流電流越上限的分析處理方法，旨在讓變電運行人員更加系統(tǒng)的了解變壓器中性點直流監(jiān)測系統(tǒng)，同時為更好的處理電流越上限等異常提供一種思路和方向。

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