换流变压器直流偏磁与饱和保护

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1、万方数据282013年3月江苏电机工程JiangsuElectricalEngineering第32卷第2期换流变压器直流偏磁与饱和保护文继锋，张晓宇，程骁，熊蕙，李海英，陈松林(南京南瑞继保电气有限公司，江苏南京2l1102)摘要：分析了换流变压器直流偏磁产生的主要原因．并总结了直流偏磁情况下换流变压器的励磁电流的电气特征以及直流偏磁导致换流变压器的损坏机理，在此基础上介绍了换流变压器饱和保护的原理，以及饱和保护的实现方法，并探讨了换流变压器过激磁保护工程应用中需要考虑的注意事项。关键词：换流变压器；直流偏磁；电气特征；饱和保护；励磁电流峰值中图分类号：TM

2、772文献标志码：B文章编号：1009—0665(2013)02一0028—03高压直流输电由于其特有的优点得到了越来越广范的应用。且可以异步互联，不需考虑稳定问题：线路故障恢复能力较强：调节作用利于交流系统的稳定：减少互联交流系统的短路容量：超过一定距离建设投资更经济等。由于直流输电系统和交流输电系统具有不同的系统结构和运行方式．运行期间会导致直流电流流过换流变压器[1]．从而导致换流变压器出现直流偏磁现象[2_8]。直流偏磁现象使得换流变压器铁心持续性的饱和．增多了变压器的空载损耗．铁心温升上升。当直流偏磁现象较为严重时．可能使得铁心在饱和期内的饱和度过深

3、，漏磁通增加，造成结构件涡流损耗增加．甚至可能出现严重的局部过热情况．导致变压器热损毁：同时直流偏磁还会导致换流变压器运行噪声变大．寿命下降。基于以上原因。换流变压器保护一般需要配置饱和保护[9·10]。1换流变压器直流偏磁产生原因及电气特征换流变压器产生直流偏磁现象存在多种可能的原因：1．1换流站及其附近地电位的变化当直流系统在使用大地回线的情况下．如果两极不对称运行会有直流电流流人大地．例如双极不平衡运行。单极大地回线方式等，使地电位发生变化。这样．在整流站和逆变站之间以及附近，由于不同接地点的直流电位不一致．就造成不同变压器的接地点之间可能流过直流电流．

4、从而使变压器产生直流偏磁，如图1所示。1-2触发角不平衡理想情况下．同一阀的不同桥臂具有对称的触发角。此时．换流变压器单相绕组中的电流波形正、负半周电流幅值相等．导通时间相同。电流对时间的积分面积相等。但是在实际工程中．如果触发控制系统出收稿日期：2012一10—22；修回日期：2012一12一04母线l图1直流电流流过换流变压器绕组示意图现问题．可能导致桥臂的触发角失去对称性。此时正负半周电流导通时间长度不再相等。虽然电流的幅值相等，但正、负半周电流一时间面积已不再相等，对称轴相对原来的位置发生了偏移．出现了一个等效直流电流分量．相当于换流变阀侧绕组中流过了

5、一个直流电流．从而使换流变压器产生直流偏磁现象。1．3直流输电线与交流输电线相邻实际工程中．直流线路中流过的并不是理想的纯直流电流，由于各种原因，其中会含有一些稳态谐波电流。换流阀是循环导通和关断的，结果导致直流侧的谐波电流会以其他的频率形式在换流变各相网侧绕组中出现．其中有两类频率的谐波分量较强．即网侧基频及直流侧谐波频率的和与差。以直流侧的工频电流分量为例．会在换流变压器网侧绕组基波电流上分别叠加一个二次谐波电流和一个直流电流。1．4交流侧母线含有正序二次谐波电压换流阀的循环导通与关断不仅会影响电流的波形，还会影响电压的波形。交流母线中的正序二次谐波电压经

6、过换流阀的开关动作后．以工频电压的形式出现在了直流侧。此工频电压作用在直流侧的工频阻抗上、从而产生了工频电压．经过换流阀的开关动作以后．直流侧的这一基频电流就会以一个正序二次谐波电流和一个直流电流的形式出现在换流变压器的网侧绕组中。万方数据文继锋等：换流变压器直流偏磁与饱和保护291．5直流偏磁的电气特征根据以上分析可见．在特定的工作条件下。换流变压器的励磁电流中将出现稳态的等效直流分量．会导致励磁电流在一半周期内增大．在另外一半周期内减小。因此．变压器铁心在正负两个半周内饱和程度不一致．出现了偏磁现象．这就是换流变压器直流偏磁的根本原因。由于铁心的非线性．不

7、能够认为换流变压器励磁电流中的直流分量和交流分量分别依照铁心磁化曲线各产生一个磁通．然后再将两者进行叠加。应该把直流电流和交流电流混合在一起来考虑换流变压器直流偏磁的电气特征．直流偏磁情况下换流变压器磁通和励磁电流的关系如图2所示。(a)磁通波形有直流分量0X、～、、17／必，一，·’：耵1＼：无直流分量。∞f1(c)励磁电流图2换流变压器直流偏磁示意图图2(a)为励磁电流波形，实线曲线为无直流偏磁情况下的励磁磁通．虚线曲线为含有直流偏磁情况下的励磁磁通；图2(b)为换流变压器的励磁曲线：图2(c)中，实线曲线为无直流偏磁情况下的励磁电流．而虚线曲线为含有直流

8、偏磁情况下的励磁电流。从图2可以看出，