500 kV變電站主變隔直裝置定值整定策略分析

陽 祎

（中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局，廣東廣州510405）

0 引言

目前南方電網(wǎng)轄區(qū)內(nèi)已投入運(yùn)行的直流輸電系統(tǒng)共有8回，分別是天廣直流、祿高肇直流、興安直流、楚穗直流、普僑直流、牛從直流、新東直流、昆柳龍直流，直流落地點(diǎn)均位于廣東境內(nèi)。南方電網(wǎng)呈明顯的強(qiáng)直弱交特性，交直流并聯(lián)運(yùn)行對廣東電網(wǎng)的影響十分明顯。直流落地點(diǎn)附近變電站變壓器加裝電容隔直裝置變得很有必要[1-7]。

本文對某500 kV變電站主變中性點(diǎn)電容隔直裝置出現(xiàn)頻繁動(dòng)作的原因進(jìn)行了分析，提出了新的定值整定策略。

1 案例分析

某500 kV變電站位于南方電網(wǎng)西電東送某高壓直流受端換流站附近，投運(yùn)以來，在以直流單極大地方式運(yùn)行時(shí)，直流偏磁電流較大，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示，單臺(tái)主變負(fù)荷425 MW。

從表1數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)直流系統(tǒng)接地極無入地電流時(shí)，主變中性點(diǎn)直流電流很小，對主變基本無影響。直流系統(tǒng)以單極大地方式運(yùn)行時(shí)，主變直流偏磁電流受入地電流影響十分明顯，入地電流為1 200 A時(shí)，偏磁電流已接近變壓器設(shè)計(jì)的最大允許值±10 A，主變噪聲平均增加14 dB。入地電流為3 000 A時(shí)，偏磁電流已達(dá)到-24 A，超過主變最大允許能力的2倍，噪聲也增加了20 dB左右。主變中性點(diǎn)加裝電容隔直裝置顯得十分必要，加裝后裝置主要定值參數(shù)如表2所示。

電容隔直裝置投運(yùn)后有效抑制了直流單極大地運(yùn)行方式時(shí)的主變直流偏磁現(xiàn)象。但裝置運(yùn)行一段時(shí)間后，出現(xiàn)隔直裝置頻繁動(dòng)作投入現(xiàn)象，大大縮短了設(shè)備使用壽命，降低了隔直裝置的可靠性。

2 原因分析

2.1 電容隔直裝置工作原理

圖1為電容隔直裝置原理圖，圖中C為隔直電容，K3為快速旁路開關(guān)，快速旁路開關(guān)斷開后中性點(diǎn)直流電流經(jīng)電容C隔直。

圖1 電容隔直裝置原理

表1 接地極直流偏磁試驗(yàn)主變監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

表2 加裝隔直裝置后的裝置主要定值

正常情況時(shí)，電容隔直裝置的運(yùn)行與控制策略：晶閘管L-SCR旁路在關(guān)斷狀態(tài)（不導(dǎo)通），快速旁路開關(guān)K3閉合，變壓器中性點(diǎn)直接接地，隔直電容器C回路被短接；裝置為旁路運(yùn)行狀態(tài)，變壓器中性點(diǎn)為直接接地運(yùn)行狀態(tài)。

當(dāng)檢測到中性點(diǎn)直流電流超過5 A且達(dá)到12 s時(shí)，若此時(shí)檢測到的中性點(diǎn)零序交流電流小于300 A時(shí)，控制開關(guān)K3打開，將電容器C接入變壓器及地網(wǎng)之間，裝置工作在隔直狀態(tài)；若檢測到中性點(diǎn)零序電流大于300 A時(shí)，認(rèn)為交流系統(tǒng)有不對稱短路故障，保持K3處于合位置，起到保護(hù)變壓器和隔直裝置的作用。

電容隔直裝置在隔直狀態(tài)時(shí)，當(dāng)檢測到電容器直流電壓恢復(fù)到2.5 V以下且達(dá)到60 s時(shí)，控制K3合閘，退出隔直狀態(tài)；否則，保持隔直狀態(tài)；當(dāng)電容器兩端直流電壓仍大于2.5 V，若檢測到中性點(diǎn)零序電流超過300 A時(shí)，認(rèn)為交流系統(tǒng)有不對稱短路故障，裝置迅速觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管L-SCR旁路，并觸發(fā)閉合快速旁路開關(guān)K3，退出隔直狀態(tài)。

2.2 變壓器中性點(diǎn)波形分析

分析主變中性點(diǎn)電流波形（圖2）可知，電流呈現(xiàn)明顯隨時(shí)間變化的特點(diǎn)，每天00：20左右至05：20左右基本無電流。從每天05：30左右開始，至凌晨00：20左右，出現(xiàn)明顯的電流，幅值在-30～30 A正負(fù)交替、無規(guī)律跳動(dòng)，此時(shí)隔直裝置開始頻繁動(dòng)作，隔直裝置投入時(shí)刻核查電網(wǎng)內(nèi)無直流入地電流，可排除高壓直流入地電流的影響。

圖2 主變中性點(diǎn)電流波形

文獻(xiàn)[8]對長沙城區(qū)220 kV變電站變壓器出現(xiàn)直流偏磁的原因進(jìn)行了分析，指出了地鐵運(yùn)行產(chǎn)生的雜散電流是導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)直流偏磁的原因之一。查詢相關(guān)信息得知，距該500 kV變電站約4 km處新開通一地鐵線路，首末班車時(shí)間為06：07—23：31，考慮到運(yùn)營前后的列車調(diào)動(dòng)，時(shí)間范圍會(huì)擴(kuò)大，與波形規(guī)律相似。同時(shí)，地鐵班次間隔3 min，往返班次大概在90 s，時(shí)間與監(jiān)控系統(tǒng)隔直裝置動(dòng)作統(tǒng)計(jì)分析表（表3）的時(shí)間相吻合。主變中性點(diǎn)放大波形如圖3（a）所示，對波形進(jìn)行頻譜分析發(fā)現(xiàn)含有大量直流分量，如圖3（b）所示。

表3 隔直裝置動(dòng)作統(tǒng)計(jì)分析

圖3 主變中性點(diǎn)電流

以上分析結(jié)果表明，造成此次變壓器中性點(diǎn)隔直裝置頻繁動(dòng)作的原因是附近地鐵機(jī)車運(yùn)行產(chǎn)生的雜散電流引起變壓器出現(xiàn)直流偏磁電流。

3 解決措施

根據(jù)以上分析，可以做出如下考慮：（1）修改直流電流越限動(dòng)作后返回值，如修改為60 min，可減少K3開關(guān)動(dòng)作次數(shù)，但不能從根本上解決問題。（2）根據(jù)地鐵機(jī)車運(yùn)行產(chǎn)生的雜散電流規(guī)律，修改隔直動(dòng)作策略為在列車運(yùn)行期間，即05：00—次日00：00，隔直裝置始終工作在投入狀態(tài)，當(dāng)中性點(diǎn)零序電流超過其過流整定值（300 A）時(shí)，旁路開關(guān)K3立即動(dòng)作實(shí)現(xiàn)直接接地；當(dāng)中性點(diǎn)電流低于250 A并經(jīng)過1 s延時(shí)以后，旁路開關(guān)斷開，恢復(fù)隔直狀態(tài)。在00：00—05：00，隔直裝置為按照直流電流超過5 A并持續(xù)12 s后啟動(dòng)，直流電壓低于2.5 V并持續(xù)60 min后返回的策略運(yùn)行。該策略可從根本上解決地鐵列車頻繁運(yùn)行導(dǎo)致的直流偏磁影響。

以上策略實(shí)施后，該變電站主變隔直裝置頻繁動(dòng)作的情況基本消失，主變中性點(diǎn)直流偏磁電流得到明顯抑制。

4 結(jié)論

本文對500 kV某變電站隔直裝置頻繁動(dòng)作的定值策略進(jìn)行了分析，研究結(jié)論如下：

（1）隔直裝置定值整定應(yīng)首先了解變電站主變直流偏磁電流的來源，并按不同策略進(jìn)行整定。

（2）對于只受高壓直流輸電系統(tǒng)單極大地運(yùn)行方式影響的變電站，可根據(jù)系統(tǒng)仿真或?qū)嶋H測量的直流偏磁電流，設(shè)定隔直裝置投入值和返回值。

（3）對于受地鐵影響的城區(qū)變電站變壓器，可按照地鐵運(yùn)行時(shí)間來整定定值，地鐵運(yùn)行期間持續(xù)投入隔直裝置。

（4）若上述兩種情況皆有，則可按照中性點(diǎn)直流偏磁電流啟動(dòng)加定時(shí)區(qū)間啟動(dòng)的模式進(jìn)行定值整定。