一种换流变压器直流偏磁抑制试验装置及试验方法
【专利摘要】本发明公开了一种换流变压器直流偏磁抑制试验装置及试验方法，通过在星星换流变压器中性点和直流接地极之间串联偏磁电阻，将接地极直流电流引入星星换流变压器压器中性点来仿真实际直流输电系统中因直流电流侵入换流变压器造成的换流变直流偏磁现象；通过设定电容器的投入条件，来确保电容器仅在换流变压器中性点流过一定的直流电流时才投入；通过设定电容器的退出条件，来确保电容器在系统发生故障及异常时能够立即退出，有效降低因雷击对电容器造成危害，并且基本不改变零序网络，从而也能有效降低变压器中性点串接电容对继电保护的影响。
【专利说明】一种换流变压器直流偏磁抑制试验装置及试验方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种换流变压器直流偏磁抑制试验装置及试验方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，特高压直流输电系统在我国发展迅猛。随着高压直流输电系统的相继建 成投产，随之而来也产生了不少问题。直流输电线路通常在运行初期会先建成单极投入运 行，之后才会完成双极运行，而且在出现故障时，为防止线路停运而造成较大影响，也会采 用单极运行的方式继续输送电能。当直流输电系统以单极大地方式运行时，较大的入地电 流使得有一定的直流电流流过换流变压器中性点或换流变压器绕组，造成直流偏磁，引起 变压器铁芯饱和，使其工作于铁芯饱和曲线的非线性区域，使得变压器励磁电流在半波周 期内发生畸变。
[0003] 如图1所示，图中，i为励磁电流大小，Cp为磁路中的磁通量，图中实线为中性点未 加直流电压时的相电压，虚线为叠加一正向直流电压后的相电压，由于相电压与每相磁路 中的磁通量呈线性关系，所以图1中的纵坐标直接写为每相磁通量9。对直流偏磁下地励 磁电流波形进行分析可以发现，在负半周，直流分量与交流电压方向相反，此时磁通减小， 饱和程度小或没有饱和，负半周波形可以看作是正弦波。在正半周，直流电压与交流方向相 同，相互叠加使得磁通量增大，饱和程度较深，从而使正半周呈现尖顶波。
[0004] 当换流变压器发生直流偏磁时，若不采取一定的抑制措施，可能会影响换流变压 器正常运行和直流输电系统直流功率的稳定传输，严重时会危及直流系统的稳定运行以及 电网的安全。近年来国内有大量高压直流输电工程建成投运，其换流变压器的直流偏磁的 影响将更为明显，因此，换流变压器直流偏磁的分析研究显得更为迫切。
[0005] 目前，可选择的变压器直流偏磁抑制措施有：在变压器中性点串电容、中性点串电 阻或反向注入电流来抑制变压器直流偏磁及其抑制方法。其中由于在变压器中性点串电容 简单易行，但是仅仅串联一个电容器会存在很多方面的缺点，若要很好的隔离直流，就必须 加很大电容，占地面积大，造价高，在这样的条件下，如果电容器两端因雷击等原因出现大 电流，很可能有爆炸的危险，而该方法改变了零序阻抗，对继电保护、绝缘配合等方面都会 产生影响，需要重新整定。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种换流变压器直流偏磁抑制试验装置，以解决现有直流偏 磁抑制方法改变零序网络从而对继电保护造成影响的问题，同时提供一种使用该试验装置 的试验方法。
[0007] 为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种换流变压器直流偏磁抑制 试验装置，包括每级由两个12脉动换流器串联构成的直流输电系统，两个12脉动换流器分 别对应构成每个级的高端阀组和低端阀组，低端阀组的星星换流变压器和星角换流变压器 均为三个单相变压器组成的单相变压器组，所述星星换流变压器和星角换流变压器的各单 相变压器的中性点相互连接，并在星星换流变压器中性点与直流接地极之间串联一个偏磁 电阻和一个电容器，所述电容器两端并联有一个电容器控制开关。
[0008] 本发明提供的换流变压器直流偏磁抑制试验方法，包括对电容器投入和退出的控 制：
[0009] 对电容器投入的控制包括如下步骤：
[0010] (1)计算换流变压器中性点电流的直流分量；
[0011] (2)将该直流分量与直流电流设定定值进行比较，若大于直流电流设定定值，则计 算电容两端电压的基波分量；
[0012] (3)将该基波分量与第一基波电压设定值进行比较，若小于第一基波电压设定值， 则延时设定时间后投入电容器；
[0013] 对电容器退出的控制包括如下步骤：
[0014] (1)计算电容两端电压的基波分量；
[0015] (2)将该基波分量与第二基波电压设定值进行比较，若大于第二基波电压设定值， 则延时设定时间后投入电容器；
[0016] 所述直流电流设定定值为10A。
[0017] 所述第一基波电压设定值为100V。
[0018] 所述第二基波电压设定值为800V。
[0019] 投入电容器时的延时设定时间为500ms。
[0020] 退出电容器时的延时设定时间为22us。
[0021] 本发明的换流变压器直流偏磁抑制试验装置及试验方法通过在星星换流变压器 中性点和直流接地极之间串联偏磁电阻，将接地极直流电流引入星星换流变压器压器中性 点来仿真实际直流输电系统中因直流电流侵入换流变压器造成的换流变直流偏磁现象；通 过设定电容器的投入条件，来确保电容器仅在换流变压器中性点流过一定的直流电流时才 投入；通过设定电容器的退出条件，来确保电容器在系统发生故障及异常时能够立即退出， 有效降低因雷击对电容器造成危害，并且基本不改变零序网络，从而也能有效降低变压器 中性点串接电容对继电保护的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1换流变压器直流偏磁示意图；
[0023] 图2为本发明换流变压器直流偏磁抑制试验装置的结构原理图；
[0024] 图3为本发明投入电容器的控制原理图；
[0025] 图4为本发明切除电容器的控制原理图。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
[0027] 如图2所示为本发明换流变压器直流偏磁抑制试验装置实施例的结构原理图，由 图可知，该装置包括每级由两个12脉动换流器串联构成的直流输电系统，两个12脉动换流 器分别对应构成每个级的高端阀组和低端阀组，低端阀组的星星换流变压器和星角换流变 压器均为三个单相变压器组成的单相变压器组，星星换流变压器和星角换流变压器的各单 相变压器的中性点相互连接，并在星星换流变压器中性点与直流接地极之间串联一个偏磁 电阻和一个电容器，所述电容器两端并联有一个电容器控制开关。
[0028] 在试验时，通过在星星换流变压器中性点和直流接地极之间串联的偏磁电阻R，将 接地极直流电流引入星星换流变压器压器中性点，用于模拟实际直流输电系统中因直流电 流侵入换流变压器造成的换流变直流偏磁现象，该电阻R的取值通过现场实测数据拟合确 定，即记录直流输电系统单极大地运行时，不同输送功率情况下，流过换流变压器的实际直 流电流，对电阻值进行拟合，使其能反映实际直流输电系统中直流电流的实际分布。
[0029] 根据试验验证，在单级大地运行，单极低端提供1000A直流电流、对应的高端阀组 处于闭锁状态，但对应高端阀组的交流断路器处于闭合状态下，所需要的偏磁电阻的电阻 数值为12 Q。
[0030] 本发明还提供了一种使用上述换流变压器直流偏磁抑制试验装置的试验方法，该 方法包括对电容器投入和退出的控制：
[0031] 如图3所示，对电容器投入的控制包括如下步骤：
[0032] (1)计算换流变压器中性点电流的直流分量；
[0033] 由于现有技术中已有成熟方法实现了换流变压器中性点电流的直流分量的检测 计算，具体可以参考专利申请号为201310247637. 6 "一种变压器中性点电流直流分量的检 测方法"；当然也可以采用直流CT直接测量等方法，这里就不再赘述。
[0034] (2)将该直流分量与直流电流设定定值进行比较，若大于直流电流设定定值，则计 算电容两端电压的基波分量，若小于，则返回继续计算换流变压器中性点的直流电流。
[0035] (3)将该基波分量与第一基波电压设定值进行比较，若小于第一基波电压设定值， 则判断是否到延时设定时间，一旦到达设定时间，则断开电容器两端的电容器控制开关，投 入电容器；若大于第一基波电压设定值，则返回继续实时比较计算基波电压与第一基波电 压设定值。
[0036] 本实施例中直流电流设定定值为IOA ;第一基波电压设定值为100V ;投入电容器 时的延时设定时间为500ms。
[0037] 如图4所示，对电容器退出的控制包括如下步骤：
[0038] (1)计算电容两端电压的基波分量；
[0039] (2)将该基波分量与第二基波电压设定值进行比较，若大于第二基波电压设定值， 则判断是否到延时设定时间，一旦到达设定时间，则闭合电容器两端的电容器控制开关，投 入电容器；；若小于第二基波电压设定值，则返回继续实时比较计算基波电压与第二基波电 压设定值。
[0040] 本实施例中第二基波电压设定值为800V ;退出电容器时的延时设定时间为22US。
[0041] 以上实施例仅用于帮助理解本发明的核心思想，不能以此限制本发明，对于本领 域的技术人员，凡是依据本发明的思想，对本发明进行修改或者等同替换，在【具体实施方式】 及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种换流变压器直流偏磁抑制试验装置，其特征在于：包括每级由两个12脉动换流 器串联构成的直流输电系统，两个12脉动换流器分别对应构成每个级的高端阀组和低端 阀组，低端阀组的星星换流变压器和星角换流变压器均为三个单相变压器组成的单相变压 器组，所述星星换流变压器和星角换流变压器的各单相变压器的中性点相互连接，并在星 星换流变压器中性点与直流接地极之间串联一个偏磁电阻和一个电容器，所述电容器两端 并联有一个电容器控制开关。
2. -种利用权利要求1所述的换流变压器直流偏磁抑制试验装置的试验方法，其特征 在于，该方法包括对电容器投入和退出的控制： 对电容器投入的控制包括如下步骤： (1) 计算换流变压器中性点电流的直流分量； (2) 将该直流分量与直流电流设定定值进行比较，若大于直流电流设定定值，则计算电 容两端电压的基波分量； (3) 将该基波分量与第一基波电压设定值进行比较，若小于第一基波电压设定值，则延 时设定时间后投入电容器； 对电容器退出的控制包括如下步骤： (1) 计算电容两端电压的基波分量； (2) 将该基波分量与第二基波电压设定值进行比较，若大于第二基波电压设定值，则延 时设定时间后投入电容器。
3. 根据权利要求2所述的换流变压器直流偏磁抑制试验方法，其特征在于：所述直流 电流设定定值为10A。
4. 根据权利要求2所述的换流变压器直流偏磁抑制试验方法，其特征在于：所述第一 基波电压设定值为100V。
5. 根据权利要求2所述的换流变压器直流偏磁抑制试验方法，其特征在于：所述第二 基波电压设定值为800V。
6. 根据权利要求2所述的换流变压器直流偏磁抑制试验方法，其特征在于：投入电容 器时的延时设定时间为500ms。
7. 根据权利要求2所述的换流变压器直流偏磁抑制试验方法，其特征在于：退出电容 器时的延时设定时间为22us。
【文档编号】G01R31/00GK104360180SQ201410299648
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2014年6月26日
【发明者】张红跃, 熊章学, 牛志雷, 马玉龙, 黄金海, 宋红涛, 赵艳茹, 徐玉洁, 胡晓静, 刘家军, 杜延辉, 路振宇, 曹雪兰, 王二军, 安友彬 申请人:国家电网公司, 许继集团有限公司, 许继电气股份有限公司, 国网北京经济技术研究院