500 kV变电站主变隔直装置定值整定策略分析

阳 祎

（中国南方电网超高压输电公司广州局，广东广州510405）

0 引言

目前南方电网辖区内已投入运行的直流输电系统共有8回，分别是天广直流、禄高肇直流、兴安直流、楚穗直流、普侨直流、牛从直流、新东直流、昆柳龙直流，直流落地点均位于广东境内。南方电网呈明显的强直弱交特性，交直流并联运行对广东电网的影响十分明显。直流落地点附近变电站变压器加装电容隔直装置变得很有必要[1-7]。

本文对某500 kV变电站主变中性点电容隔直装置出现频繁动作的原因进行了分析，提出了新的定值整定策略。

1 案例分析

某500 kV变电站位于南方电网西电东送某高压直流受端换流站附近，投运以来，在以直流单极大地方式运行时，直流偏磁电流较大，试验数据如表1所示，单台主变负荷425 MW。

从表1数据可以看出，当直流系统接地极无入地电流时，主变中性点直流电流很小，对主变基本无影响。直流系统以单极大地方式运行时，主变直流偏磁电流受入地电流影响十分明显，入地电流为1 200 A时，偏磁电流已接近变压器设计的最大允许值±10 A，主变噪声平均增加14 dB。入地电流为3 000 A时，偏磁电流已达到-24 A，超过主变最大允许能力的2倍，噪声也增加了20 dB左右。主变中性点加装电容隔直装置显得十分必要，加装后装置主要定值参数如表2所示。

电容隔直装置投运后有效抑制了直流单极大地运行方式时的主变直流偏磁现象。但装置运行一段时间后，出现隔直装置频繁动作投入现象，大大缩短了设备使用寿命，降低了隔直装置的可靠性。

2 原因分析

2.1 电容隔直装置工作原理

图1为电容隔直装置原理图，图中C为隔直电容，K3为快速旁路开关，快速旁路开关断开后中性点直流电流经电容C隔直。

图1 电容隔直装置原理

表1 接地极直流偏磁试验主变监测数据统计表

表2 加装隔直装置后的装置主要定值

正常情况时，电容隔直装置的运行与控制策略：晶闸管L-SCR旁路在关断状态（不导通），快速旁路开关K3闭合，变压器中性点直接接地，隔直电容器C回路被短接；装置为旁路运行状态，变压器中性点为直接接地运行状态。

当检测到中性点直流电流超过5 A且达到12 s时，若此时检测到的中性点零序交流电流小于300 A时，控制开关K3打开，将电容器C接入变压器及地网之间，装置工作在隔直状态；若检测到中性点零序电流大于300 A时，认为交流系统有不对称短路故障，保持K3处于合位置，起到保护变压器和隔直装置的作用。

电容隔直装置在隔直状态时，当检测到电容器直流电压恢复到2.5 V以下且达到60 s时，控制K3合闸，退出隔直状态；否则，保持隔直状态；当电容器两端直流电压仍大于2.5 V，若检测到中性点零序电流超过300 A时，认为交流系统有不对称短路故障，装置迅速触发导通晶闸管L-SCR旁路，并触发闭合快速旁路开关K3，退出隔直状态。

2.2 变压器中性点波形分析

分析主变中性点电流波形（图2）可知，电流呈现明显随时间变化的特点，每天00：20左右至05：20左右基本无电流。从每天05：30左右开始，至凌晨00：20左右，出现明显的电流，幅值在-30～30 A正负交替、无规律跳动，此时隔直装置开始频繁动作，隔直装置投入时刻核查电网内无直流入地电流，可排除高压直流入地电流的影响。

图2 主变中性点电流波形

文献[8]对长沙城区220 kV变电站变压器出现直流偏磁的原因进行了分析，指出了地铁运行产生的杂散电流是导致变压器出现直流偏磁的原因之一。查询相关信息得知，距该500 kV变电站约4 km处新开通一地铁线路，首末班车时间为06：07—23：31，考虑到运营前后的列车调动，时间范围会扩大，与波形规律相似。同时，地铁班次间隔3 min，往返班次大概在90 s，时间与监控系统隔直装置动作统计分析表（表3）的时间相吻合。主变中性点放大波形如图3（a）所示，对波形进行频谱分析发现含有大量直流分量，如图3（b）所示。

表3 隔直装置动作统计分析

图3 主变中性点电流

以上分析结果表明，造成此次变压器中性点隔直装置频繁动作的原因是附近地铁机车运行产生的杂散电流引起变压器出现直流偏磁电流。

3 解决措施

根据以上分析，可以做出如下考虑：（1）修改直流电流越限动作后返回值，如修改为60 min，可减少K3开关动作次数，但不能从根本上解决问题。（2）根据地铁机车运行产生的杂散电流规律，修改隔直动作策略为在列车运行期间，即05：00—次日00：00，隔直装置始终工作在投入状态，当中性点零序电流超过其过流整定值（300 A）时，旁路开关K3立即动作实现直接接地；当中性点电流低于250 A并经过1 s延时以后，旁路开关断开，恢复隔直状态。在00：00—05：00，隔直装置为按照直流电流超过5 A并持续12 s后启动，直流电压低于2.5 V并持续60 min后返回的策略运行。该策略可从根本上解决地铁列车频繁运行导致的直流偏磁影响。

以上策略实施后，该变电站主变隔直装置频繁动作的情况基本消失，主变中性点直流偏磁电流得到明显抑制。

4 结论

本文对500 kV某变电站隔直装置频繁动作的定值策略进行了分析，研究结论如下：

（1）隔直装置定值整定应首先了解变电站主变直流偏磁电流的来源，并按不同策略进行整定。

（2）对于只受高压直流输电系统单极大地运行方式影响的变电站，可根据系统仿真或实际测量的直流偏磁电流，设定隔直装置投入值和返回值。

（3）对于受地铁影响的城区变电站变压器，可按照地铁运行时间来整定定值，地铁运行期间持续投入隔直装置。

（4）若上述两种情况皆有，则可按照中性点直流偏磁电流启动加定时区间启动的模式进行定值整定。