城市地区主变压器偏磁研究处理

城市地区主变压器偏磁研究处理

摘要：随着我国电力行业的迅速发展，大规模跨区域输电成为未来电网发展的

必然趋势，直流输电系统以其不受交流输电稳定性问题制约、长距离同等容量投

资省、占地少等诸多优点在电网中得到越来越广泛的应用，大容量、长距离的直

流输电成为解决电力需求矛盾的重要方法之一。但在直流输电单极大地回线方式

或双极不平衡方式运行时，直流电流通过主变压器中性点串入交流系统，变压器

将产生了直流偏磁问题；由太阳耀斑活动引起的地磁暴也会造成同样的问题。因此，直流偏磁成为了电力系统急需研究解决的问题。

关键词：主变压器；偏磁研究处理；

随着直流输电在电力系统中应用范围越来越广，直流输电引起的直流偏磁对

主变压器安全运行的影响必须引起相关单位的重视。

一、偏磁对主变压器的影响

变压器在直流偏磁情况下，直流磁通和交流励磁磁通相叠加，总磁通密度会

与直流偏磁同方向偏移，导致半个周期的磁通密度增加，另半个周期的磁通密度

减小，所对应的励磁电流波形呈现正负半个周期不对称的形状。不对称的励磁电

流含有多次谐波，直流偏磁使变压器成了交流系统中的谐波源。谐波流入系统的

后果是系统电压波形畸变、继电保护误动、合空载长线时产生持续过电压、单相

重合闸过程中潜供电流增加和断路器恢复电压增高。直流偏磁还会引起变压器磁

路饱和，励磁电流增大，增加变压器铁损，使系统无功补偿装置过载或系统电压

下降。变压器偏磁还会引起硅钢片的磁致伸缩，导致变压器的噪声和振动加大。

二、城市地区主变压器偏磁研究处理

1.电容隔直装置的运行。电容隔直装置的接入一般采用标准接入方式，由于

考虑某些实际主变负荷过重，且无法轻易转移负荷将主变停电接入隔直装置，故

研究采用主变不停电接入方式。主变压器投运后，方可投入相应的中性点隔直装置。正常运行时，中性点隔直装置应处于自动工作模式。当隔直装置面板显示

Idc ＞ 1A 时或其他异常信号时，立刻通知检修人员并做好退出装置准备。退出隔

直装置前，应合上主变压器中性点接地隔离开关。并且两台主变压器中性点不应

同时共用一台中性点隔直装置。标准接入方式的隔直装置单独检修或故障处理时，应将变压器中性点直接接地，并将装置与运行变压器中性点可靠隔离。不停电接

入方式的隔直装置单独检修或故障处理时，应进行接地中性点倒换，并将隔直装

置与运行变压器中性点可靠隔离。由于相间故障不涉及变压器零序阻抗，因此反

映相间故障的主变各侧过流保护不受影响。根据保护原理，主变差动保护、

110kV 线路的距离保护、纵差保护不受影响。对于单相接地、两相接地故障的序

网图包括零序网络，装置在电容接地状态下，中性点交流对地容抗小于1 Ω，经

过对电网已有的继电保护措施的影响进行计算和分析，计算分析结果表明继电保

护及其它自动装置不需要重新整定。

2.不同隔直措施的比较分析。串联小电阻法是通过在变压器中性点上装设一

个电阻来抑制流过变压器中性点的直流电流。串联电阻阻值的选取跟地下分布电

阻有关，阻值越大抑制中性点直流的效果越好，同时变压器的可靠接地性越差。

本方法对电阻的选取比较复杂，需委托科研单位进行理论计算，当电阻的阻值较

小时不能有效的抑制直流电流，当电阻选取较大时变压器中性点不能可靠接地，

对继电保护的动作行为可能造成影响。另外，通过调研，小电阻法装置对系统故

障时可能产生的大电流的应对措施比较简单，只利用间隙放电来释放三相不平衡

故障电流在隔直电阻上产生的高压。由于间隙放电受环境因素的影响比较大，放

电电压误差也比较大，很难保证其动作的可靠性。为解决电阻散热问题，电阻采

用箱式结构。如果采用晶闸管或开关装置将电阻旁路的技术方案（电容法的解决

方案），又造成中性点接地阻抗不连续，从而导致继电保护配置复杂化。采用串

联小电阻法方案需要增加旁路刀闸、串联小电阻箱及放电间隙，加上电阻值的委

托计算等费用。该方法使用直流电流发生装置，在变压器中性点注入反向直流电流，抵消变压器的直流偏磁，消除直流偏磁对变压器安全运行的影响。该方法不

改动变压器的原有接线，运行起来较安全。但需要在变压器周围敷设反向注入接

地极。该方法需要在变压器周围敷设反向注入接地极，土建工程较大。并且反向

注入的效率很低，只有20％左右的注入电流流入变压器中性点，抵消变压器中性

点的直流，其它80％的注入电流不知去向，有可能对周围其它设备造成新的直流“污染”。采用反向注入法隔直方案需要增加反向直流发生设备、远方控制屏、敷

设反向注入接地极，并且由于反向注入接地极需要距离电厂地网至少3 千米以上，需要进行征地、外引电缆敷设和土建工程，如使用此方式需征地。采用电容法隔

直方案需在变压器附近建一个隔直装置设备间，增加一个接地刀。电容法隔直技

术方案，利用电容器隔直流通交流的技术特点，在变压器中性点串联一个电容器

可完全抑制变压器中性点的直流电流。当电容器的容量足够大时（即交流容抗足

够小时），对于保护及安全自动装置的动作行为不产生影响。这样可以在两台主

变之间合适位置安装一台隔直装置，两台主变各利用一个接地刀通过隔直装置接地。这样当1 号主变接地刀闸断开时，将2 号主变通过电容接地。反之当2 号主

变接地刀闸断开时，将1 号主变通过电容接地。这样通过简单的接地刀切换实现

两台主变接地方案的转换。采用电容法隔直方案需在变压器附近建1 个隔直装置

设备间，增加2 个接地刀和高压联络电缆。

3.电阻的串联。电阻串联这一方法，在实际应用过程中，主要在变压器设备

的中性点位置，来增加一个具有串联形式的电阻，来对变压器运行时经过的电流

来进行控制和管理。利用电阻串联这一方法来对电厂主变压器直流偏磁异常故障

进行解决，在电流流过时，会增加变压器的温度，要极为注意，避免因为变压器

温度过高带来其它安全问题。其次，站在辩证来看，利用电阻串联这一方法，来

对电厂主变压器直流偏磁异常进行保护，具有自身的运作弊端。其在中性电竞争

电阻的连接时，对变压器的接地作业具有应用，对接地电流的运走形式和分布具

有影响，就会相对的降低变压器保护设备的应用能力和可靠性。在变压器设备的

绕组端口，增加一个具有耦合性的电容，来进行电流直流的切断，保证变压器直

流的安全性。但是利用隔直通交的方法也具有自身的弊端和局限，其在实际应用

过程中，实际操作性较低，但是保护能力较强。总而言之，无论是选择哪种方法

来对火电厂主变压器直流偏磁异常问题进行解决，都要依据的问题严重性来进行

合理化的方法，来进行保护。

由于受直流输电的影响，主变中性点直流电流造成变压器噪声增大、谐波含

量增大的问题，由此需要加装隔直装置消除直流偏磁。现有工程实施中有串联小

电阻法、反向注入法和电容法三种原理的隔直装置。串联小电阻法直观，运行方

便简单，易于施工，但其电阻值的选取比较复杂，甚至在当电网运行方式改变时

隔直电阻需要根据运行方式调整，不利于运行；注入隔直法不改动变压器的原有

接线，运行起来较安全。

参考文献：

［1］杜峰，张英.直流偏磁对变压器的影响及抑制措施［J］.变压器，2018