抑制变压器中性点直流电流的措施研究分析

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　　摘要：随着我国社会经济不断发展，城市化进程不断加快，城市的用电负荷也日益增长，因此我国的电力系统也随着迅速发展。电力系统中常见的在变压器中性点产生的直流电流，从而造成变压器的绕组直流偏磁现象，影响了该变压器与整个电力系统的正常工作的问题对电力系统的正常运行形成极大的影响。本文就变压器中性点的直流电流的产生与影响，及其抑制措施进行简单论述。
　　关键词：变压器中性点 直流电流 抑制措施
　　
　　 在电力系统之中，直流输电具有输送的容量大、损耗较小、稳定性强等优点，而得到广泛的应用。随着直流电网的陆续建设、投入使用，交流电与直流电系统互相之间的影响越来越得到人们的重视。以下就交流、直流混合型电力系统里，变压器中性点的直流电流问题进行简单探讨。
　　 一、直流电流的产生
　　 电力系统的换流站接地极的附近存在直流电位，直流电位是由进入直流电流时的大小与该位置的土质电阻率所决定的。当直流供电系统使用大单极的返回方法工作时，进入的电流就是直流输送的电流，而随着土质电阻率的增加，其电位也相应增加，影响的范围越广。直流接地极中的高电位同时作用于交流变电站接地点，导致中性点接地变压器里有直流电流通过，从而引发变压器产生直流偏磁现象。当大单极返回方法直流输送的功率增加时，部分被较大直流分量通过的变压器就可能出现各类问题，不但影响了变压器的安全使用，更会对电网的正常工作造成重要影响。
　　 二、直流电流所产生的影响
　　 （一）共性影响
　　 在直流电流流过变压器的中性点、绕组和交流输电的线路时会形成回路，在变压器中通过时，由于变压器的铁心产生了直流偏磁现象，即存在的直流电流导致了变压器铁心的磁滞曲线产生偏移，直流偏磁由此产生。从而影响了变压器正常工作，影响主要包括几个方面：
　　 1.噪音、振动加大。由于变压器的磁致伸缩原因，当变压器产生直流偏磁现象时，变压器的绕组通过同等交流电流，铁心伸缩、振动的幅度也会增加，最后致使变压器噪音增大。与此同时，磁致伸缩所产生的振动属于非正弦的，其噪音的频率包括几种谐波分量，当其中某分量和变压器的构件产生共振时，噪音会更大，甚至导致变压器的内部零件产生松动、绝缘体受到损坏。
　　 2.电压波畸变。由于铁心产生直流偏磁现象，在严重时，变压器的铁心在饱和区工作，使变压器的漏磁通大幅增加，电压波形出现畸形。
　　 3.增加铜耗、铁耗。产生直流偏磁现象后，漏磁通相应增加，在铁心及其他构件里将产生涡流，增加铁耗；直流偏磁现象同样使变压器的励磁电流加大，其铜耗也一起加大。铜耗、铁耗的加大，使铁心、变压器绕组和其他部件等发生严重热效应，对变压器的绝缘体形成破坏并影响变压器部件的使用寿命。
　　 4.影响继电保护。直流电传输系统在不对称工作时，零序电压的增大与电流量的突变，都会使母差失灵的复合电压动作。
　　 （二）对各不同结构的变压器影响
　　 对不同结构的变压器而言，绕组中通过大小相同的直流电流的时候，其铁心中发生直流偏磁现象程度也是不同的。在相当规范中，没有对变压器的结构不同进行综合考虑，只是统一规定了自中性点进入变压器的绕组的直流干扰的电流要小于额定的电流有效值0.7%，是不科学、合理的。
　　 1.三相芯变压器。直流电流通过三相芯变压器时，对于变压器的磁路来说，其相当于是零序电流。在这时直流电流所发生的磁通应该走无幅边三角形的绕组时，零序磁通磁路。这类变压器零序磁路磁组相当大，只有较强的直流电流才能对变压器运行产生足够影响的大偏磁现象。
　　 2.三相五柱变压器。在这类变压器中，直流电流的磁通和零序磁通走的是相同的磁路，都是从2个边柱的铁心流过，其磁阻相较三相芯变压器要小很多。因此，对三相五柱变压器来说，绕组中通过与三相芯变压器同样的直流电流时，所产生的直流偏磁程度就严重得多，对变压器造成相应的影响也越大。
　　 3.三相分体变压器。对这种变压器，不管是何种结构，它的零序磁通运行的磁路和主磁通磁路是一样的。随着技术的不断进步，这类变压器励磁电流相当小，0.5A大小的直流电流通过变压器的绕组所发生的直流偏磁程度就和空载磁通幅度值大致相同，由此可见，直流电流对于此类变压器影响很大。
　　 三、直流电流抑制措施
　　 （一）变压器中性点位置安装电阻。在变压器的中性点位置安装电阻，可有效限制通过变压器的中性点的直流电流的大小。但是中性点的电阻进入中性点后，交流系统零序阻抗会发生改变，这样对于继电保护设备会产生影响。
　　 （二）在交流输电的线路上进行电容串联。通过在交流输电的线路上进行电容串联，利用其电容隔直流通的交流特性，可对直流电流有效消除。但是由于在交流系统中自耦变压器的使用，使其仅仅在某个电压等级的输电线路进行电容串联，其他电压等级的线路上仍然存在直流电流通过的情况，除此之外，电容串联也会导致整个系统阻抗参数的改变，对保护产生了一定程度的影响。
　　 （三）变压器中性点进行电容串联。在中性点进行电容串联，虽然可直接消除直流电流。但当整个交流系统有故障发生时，有可能在串联的电容上有相当高的暂态电压产生，对500kV的变压器的绝缘体产生考验，此外电容的串联同样会改变系统的阻抗，这就需要重新检验其保护的定值。
　　 在上述方法中，目前最好的方法是在变压器中性点进行电容串联的方法，从实际应用上来说，如若要解决系统故障中暂态电压的问题，为避免因采用大容量电容器而导致的成本高昂与安装空间问题，可以考虑在中性点的电容器上再并联电流的旁路保护装置。
　　 结语：在交流、直流混合型输电系统之中，变压器的中性点会由于通过直流电流而对变压器产生程度不一的不良影响，严重时将会对整个系统的正常运行带来极大的问题。为从根本上对这一问题进行抑制，综上所述，可通过串联电容、电阻等方法来加以控制、减小或者消除带来影响的直流电流，但是上述这些方法均对系统参数、系统的继电保护产生一定的影响，所以更需要更深层次的科学研究与验证。为我国电力系统的正常运行打好基础，同时也是为我国社会经济建设中的基础设施建设、人们生活质量的提高提供更坚实的保障。
　　
　　参考文献：
　　[1]周俊宇.南方电网变压器中性点直流电流的研究.[J].电工技术.2009(6)
　　[2]朱艺颖,蒋卫平,曾昭华,印永华.抑制变压器中性点直流电流的措施研究.[J].中国电机工程学报.2005,25(13)

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