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变压器直流偏磁问题的成因与危害

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  • 发布时间: 2017-04-14

直流偏磁是指在变压器励磁电流中出现了直流分量,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[1-5]。变压器正常工作在交流过励磁情况下,铁心磁通密度增加,励磁电流产生畸变,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。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直流系统接地极流入大地,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。目前广东电网、江苏电网、贵州电网和宁夏电网的实际运行经验均表明,直流输电工程的入地电流对区域电网安全运行造成不利影响。直流偏磁危害主要有以下几个方面:

(1)变压器噪声和振动加剧

由于变压器磁滞伸缩的原因,当变压器发生直流偏磁时,铁心的伸缩、振动幅度将增大,从而导致噪声增大;同时,由于磁滞伸缩产生的震动非正弦的,其噪声包含多种谐波分量,当某一分量与变压器构件发生共振时,噪声将更大,有可能导致变压器内部零件松动、绝缘受损。2004年33日,天广直流和三广直流同时同极性单极大地回线运行时,岭澳主变中性点最大直流电流达到43A,岭澳核电站主变压器先后发现不同程度的铁心绑带松脱、铁心柱弯曲、铁心片叠片串片等问题;两台变压器还由于铁心柱严重弯曲和铁心片叠片串片,造成绕组内部短路,不得不返厂维修。200212月,龙泉–江苏政平500kV直流输电工程调试,常州武南两组500kV主变压器中性点直流电流达到了12.8A,噪声最高达91.4dB。朝阳变电站200924日因主变噪音过大,引起周围社区群众抱怨并围困变电站。

(2)电压波形畸变

由于变压器铁心发生直流偏磁,严重时铁心可能工作在饱和区,从而使变压器漏磁通增加,使电压波形发生畸变。2004年5月贵州高坡–广东肇庆直流输电在单极大地回线运行方式下,广东电网220kV春城站主变压器中性点直流电流达到34.5A,噪声达到了93.9dB,谐波电压总畸变率达2.1%

(3)产生谐波

正负半波对称的周期性励磁电流中只含奇次谐波。由于直流偏磁的作用,使半波深度饱和的变压器励磁电流中出现了偶次谐波。此时,变压器成了交流系统中的谐波源,可能会造成补偿电容器组发生谐波放大甚至谐振,危害电容器组的安全运行。在三广直流输电系统发生单极大地回线运行时,广东电网500kV惠州变电站监测到主变低压侧第23组电容器的4次谐波电流有效值达到200A。由于谐波电流严重超标,第23组电容器曾先后发生过5次爆炸事故。

(4)变压器无功损耗增加

由于直流偏磁引起变压器饱和,励磁电流大大增加,使变压器无功损耗增加,它可使系统电压下降,严重时可使整个电网崩溃。

(5)继电保护系统故障

    由于变压器直流偏磁引起的波形严重畸变,会导致部分继电保护装置不能正确动作,其产生的零序次谐波(如3/6/9次谐波)可能导致零序电压或电流启动的继电保护装置误动。


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