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1、台山电厂台山电厂220KV220KV主变中性点主变中性点隔直装置使用介绍隔直装置使用介绍彭彭 桥桥设备部电气一次设备部电气一次2010.1.62010.1.61.项目背景介绍2.主变偏励磁研究3.主变中性点隔直装置调研4.主变中性点隔直装置可行性研究报告5.主变中性点隔直装置项目立项6.主变中性点隔直装置项目实施7.隔直装置使用说明书 主变中性点主变中性点隔直装置使用介绍隔直装置使用介绍广东电网的500 k V高肇、三鹅、兴保和天广直流线路输电在近年相继投产，单极大地运行方式是直流输电的运行方式之一。在这种运行方式下，直流接地极作为直流工作电流的返回通道，是直流输电系统的重要组成部分，将会影响
2、接地极周围变电站接地网地电位的变化。国华台电1、2号主变从2004年初开始，不时出现变压器噪声增大事例，其中绝大多数情况与南方电网直流输电单极大地回路运行有关。据不完全统计，自2005年7月至2006年8月之间就发生的变压器直流偏磁事件44起，其中变压器中性点电流超过15A的事件30起，单台变压器最大中性点电流达58A。 表1为台山电厂自2006年3月至2006年8月发生的几次较为严重的直流偏磁事件的主要数据，其中中性点电流仅记录数值，未记录方向。 主变中性点隔直项目背景（主变中性点隔直项目背景（1/31/3） 主变中性点隔直项目背景主变中性点隔直项目背景(2/3)(2/3)表1：主变中性点直
3、流记录变压器容许多大的直流电流在很大程度上取决于变压器设计，即与变压器结构、铁心材料、磁通密度取值等因素有关。我公司1、2号主变为三相五柱式，按国家发改委发布的DL/T5224-2005高压直流输电大地返回运行系统设计技术规定，中性点允许流过的直流电流为17620.58.81A。对于已投运的变压器，如流过变压器中性点接地极直流电流大于容许值，应采取合适的限流或隔直装置。 主变中性点隔直项目背景主变中性点隔直项目背景(3/3)(3/3)国华台电高度重视主变直流偏磁问题，自2004就开始收集相关直流偏磁资料，开展对主变偏励磁的研究工作。2005年8月编制了项目科技创新项目立项建议书并上报国华公司，
4、同年该项目批复同意实施，并列入了2006年度国华公司科技创新攻关项目。为了进一步做好主变偏励磁的研究工作，2007年国华台电与广东省电机工程学会共同合作，联合开展主变偏励磁的研究，并于2007年8月完成了中性点直流对台山电厂主变压器运行影响的研究报告。2008年4月“中性点直流分量对主变压器噪音及振动影响研究 ”项目通过了国华公司组织的专家验收会。研究表明，国华台电主变压器受直流偏磁影响严重，需要尽快采取措施确保主变压器的安全运行。主变偏励磁研究主变偏励磁研究主变偏励磁研究工作分析了台山电厂因高肇直流故障引起的严重直流偏磁事件 ，同时也提出了四种处理方案：变压器中性点加装小电阻、加装电容隔直装
5、置、注入反向直流装置及电位补偿装置。根据这四种方案在实际中的应用情况，国华台电于2008年4月分别到阳江、清远、惠州三个地点进行了专项调研工作，并形成调研报告。阳江春城变220KV变压器中性点串联一个小电阻来抑制中性点的直流电流。惠州义和变反向注入反向电流方案（广东省电科院研制产品），在变压器中性点注入反向直流电流，抵消变压器中性点由于直流单极输电造成的直流电流，消除直流偏磁。 清远潖江变电站采用电容法隔直技术方案。利用电容器隔直通交的技术特点，在变压器中性点串联一个电容器可完全抑制变压器中性点的直流电流。 主变中性点隔直装置调研主变中性点隔直装置调研通过对三种方案的对比，并结合台山电厂实际情
6、况，形成如下调研结论：台山电厂有两台220kV主变、三台500kV主变，因只有一个地网而只能使用一套中性点注入反向电流法装置，注入反向电流法因难以同时对台山电厂220kV和500kV主变良好补偿而被首先放弃。由于小电阻装置结构简单，无监控手段，只能人为手动干预，而且电网运行方式改变，电阻值需要重新核算。同时小电阻也没有投运，真正效果，只能停留在理论状态。也不予考虑。建议使用电容隔直方案，在实际运行中可通过2台主变共用一套隔直装置，实现1、2号主变中性点隔直装置功能。随着工作开展，再对500KV主变压器改造。调研结论调研结论2008年4月，国华台电根据调研情况，结合本厂实际完成了12号机组主变加
7、装隔直装置改造可行性报告 。我厂1、2号主变接入220KV系统，运行情况来看，一般采用单中性点接地运行方式。这样可以在两台主变之间合适位置安装一台隔直装置。两台主变各利用一个接地刀通过隔直装置接地。这样当1主变接地时，将1主变隔直接地刀处于闭合状态；2主变隔直接地刀处于断开状态。反之当2主变接地时，通过简单的接地刀切换实现两台主变接地方案的转换。如图1所示。主变中性点隔直可行性报告主变中性点隔直可行性报告主变中性点隔直装置实施方案主变中性点隔直装置实施方案图1：1、2主变共用隔直装置接线原理图2008年5月国华台电向中国神华能源股份有限公司国华电力分公司报送了关于12号主变隔直项目预算调整的请
8、示，推荐采用主变加装电容隔直装置抑制主变偏励磁影响。2008年6月国华台电委托广州兆能公司完成了铜鼓A厂主变中性点增加电容隔直装置对保护影响的研究报告。2008年7月1日台电12号主变加装隔直装置项目通过了由台电组织的，中调继保部、方式部、中试所、北京电科院参加的项目评审会。2008年7月国华电力分公司批准了台电12号主变加装隔直装置项目。2009年9月台电12号主变加装隔直装置正式立项。主变中性点隔直项目立项主变中性点隔直项目立项2008年9月25日完成12号主变隔直设备采购及调试立项 ；2008年9月30日完成组织评标或议标，订货 ；2008年10月8日1、2号主变隔直项目施工立项 ； 2
9、008年10月10日1、2号主变隔直项目第一次设计联络 会； 2008年11月26日第二次设计联络，设计单位出施工图 ； 2009年2月12日隔直装置大电流动作试验 及出厂验收； 2009年4月3日主变中性点隔直装置现场安装、调试完毕，具备投运。主变中性点隔直项目实施主变中性点隔直项目实施主变中性点隔直装置介绍主变中性点隔直装置介绍1.主变中性点隔直装置结构2.主变中性点隔直装置基本原理框图3.主变中性点隔直装置两种运行状态4.主变中性点隔直装置原理及特点5.主变中性点隔直装置旁路过电压试验6.主变中性点隔直装置旁路过电压动作大电流试验7.主变中性点隔直装置参数8.主变中性点隔直装置现场设备照
10、片9.主变中性点隔直装置主要元件主变中性点隔直装置结构主变中性点隔直装置结构PAC-50K抑制变压器中性点直流电流装置由三个部分构成。PAC50KB第一部分是串联接入变压器中性点的PAC-50K装置本体。包括电容器、晶闸管、整流二极管、电感等一次设备及二次控制单元；第二部分是为变电站运行人员或设备检修维护人员提供的运行监控终端(简称HMI)，提供人机交互的接口；第三部分是装置输出的6个开关量信号和2个模拟量信号，供运行值班人员检测装置的状态。 主变中性点隔直装置结构主变中性点隔直装置结构图2PAC-50K装置及接入变压器中性点系统结构图 主变中性点隔直装置基本原理框图主变中性点隔直装置基本原理
11、框图1.隔直流电容2.状态转换开关3.换向整流桥4.晶闸管5.过电压触发单元6.脱扣电感图3装置内部一次系统原理图 主变中性点隔直装置的运行状态主变中性点隔直装置的运行状态通过状态转换开关的断开与闭合，实现中性点的两种运行状态的转换。图图4 4电容接地运行状态电容接地运行状态 图图5 5直接接地运行状态直接接地运行状态 主变中性点隔直装置的运行模式主变中性点隔直装置的运行模式运行状态与运行模式运行状态与运行模式自动运行模式自动运行模式 手动运行模式手动运行模式 直接接地运行状态 行为：监视中性点直流电流，过电流时自动进入电容接地运行状态。 行为：监视中性点直流电流，过电流时告警。 电容接地运行
12、状态 行为1：监视中性点电容两端电压，低电压时自动进入直接接地运行状态；行为2：监视中性点电容两端电压，超过过电压保护值时保护动作，快速进入直接接地状态。 行为1：监视中性点电容两端电压，低电压时发出安全进入直接接地状态提示信息；行为2：监视中性点电容两端电压，超过过电压保护值时保护动作，快速进入直接接地状态。 主变中性点隔直装置原理及特点主变中性点隔直装置原理及特点采用在变压器中性点串联隔直电容(图3中编号1)的解决方案，有效地隔离中性点直流电流；利用大容量开关(图3中编号2)实现中性点的直接金属性接地与串联电容器接地的状态转换；当串联电容器接地状态过电压时，利用晶闸管(图3中编号4)快速旁
13、路，使状态转换开关闭合进入直接接地运行态；主变中性点隔直装置原理及特点主变中性点隔直装置原理及特点利用计算机远程终端通过光纤数据通讯实现对装置的远程监视、控制，一台远程监控终端可同时监控多个装置，当远程终端退出运行时不影响装置运行；当进入电容接地运行状态时，装置自动对晶闸管快速旁路回路进行一次过电压旁路试验，试验失败时闭锁进入电容接地状态；主变中性点隔直装置原理及特点主变中性点隔直装置原理及特点内嵌测控单元，根据不同的运行状态检测中性点电流或电压，实现自动或手动的运行状态转换。为主控制室提供6个装置运行状态指示和异常、故障告警光字牌信号；在电容接地运行状态下，当中性点产生过电压时，快速旁路系统
14、不需要外部供电即可完成从电容接地到直接接地的状态转换。 控制原理介绍直接接地状态 装置处于直接接地运行状态时，装置的测控单元时刻监视中性点电流的变化。当中性点电流大于装置设定的状态转换电流门限Io(8A,15S)时。在自动运行模式下，装置自动进入电容接地运行状态；在手动运行模式下，装置发出告警信号(光字牌及远程终端)，等待运行人员通过远程终端操作手动进入电容接地运行状态。 控制原理介绍电容接地状态1 当进入电容接地运行状态时，对应直接接地状态下的状态转换电流门限I0的值，在隔直电容两端将产生与之对应的初始电压V0，此电压即为形成中性点直流电流的直流电势。 V0值为多少，根当时的直流负荷情况、电
15、网结构、大地阻抗等诸多因素有关。控制原理介绍电容接地状态2 在电容接地运行状态下，装置内部设置了两个电压门限,即：VL：安全返回直接接地运行的低电压门限；（8V，60min）VH：过电压保护返回直接接地运行的高电压门限； 工程实施中，VL应远低于初始电压V0值，否则可能产生频繁状态转换(振荡)。VH应高于因直流输电系统引起的最大电势的值。同时应低于装置及电网中任何电气设备的耐压容限；控制原理介绍电容接地状态3 运行中装置的测控单元和快速旁路启动单元同时监视电容器两端电压。测控单元监视电压是否低于电压VL，快速旁路启动单元监视电压是否高于VH。 当电容两端电压低于VL时，装置认为中性点进入直接接
16、地是安全的。此时当装置处于自动运行模式时，测控单元闭合状态转换开关，进入直接接地运行状态；当装置处于手动运行模式时，发出直接接地安全提示信号(光字牌及远程终端)，等待运行人员手动通过远程终端操作进入直接接地运行状态。 当电容两端电压超过快速旁路启动门限VH时，快速旁路系统启动，装置进入直接接地状态。装置的过电压快速旁路保护动作试验l通过升压整流电源对电容器持续充电验证装置过电压快速旁路保护动作试验图6 过电压保护试验接线图装置的过电压快速旁路保护动作试验波形图图7 过电压保护试验波形图装置过电压快速旁路保护动作大电流试验l在确保装置能够过电压旁路保护动作的前提下，必须验证装置的大电流承受能力。
17、图8 过电压快速旁路保护动作大电流试验原理图装置过电压快速旁路保护动作大电流试验波形图电流有效值电流有效值21kA,21kA,电流最大峰值电流最大峰值43kA43kA，持续时间，持续时间193ms193ms图9 过电压快速旁路保护动作大电流试验波形图大电流试验过程波形分析大电流试验过程波形分析l从试验波形可以看到，当试验电源接通后，Uc电压上升至装置快速旁路保护电压时，装置晶闸管旁路系统启动，Uc电压开始下降。Ic迅速上升，Ic峰值最大43kA。受晶闸管旁路系统内部阻抗的影响，Uc有小幅波动。约18ms左右装置开关旁路系统闭合完成，Uc稳定在0V左右，Ic持续至试验结束。 主变中性点隔直现场设
18、备主变中性点隔直现场设备 图10隔直装置本体图11 PAC-50K装置内部结构图 主变中性点隔直装置监控设备主变中性点隔直装置监控设备 图12后台监控屏图13后台机监控界面 主变中性点隔直主变中性点隔直NCSNCS监控画面监控画面 图14 NCS监控界面 主变中性点隔直主变中性点隔直PIPI画面画面 图15 办公室可以看到的PI画面 主变中性点隔直装置参数主变中性点隔直装置参数设备型号：PAC50KB隔直电容容量：3150uF隔直电容容抗：1.01欧，50Hz旁路启动电压：800V旁路切换时间：100,000 小时；图16 隔直装置电容装置主要元件介绍运行状态转换开关采用单相直流开关：l电动机
19、驱动开关分断，同时给闭合系统弹簧蓄能；l分断时间200ms；l电磁脱扣开关闭合时间40N;l触点耐压4000V;l机械寿命7500次；图17 状态转换开关装置主要元件介绍快速旁路晶闸管回路l双晶闸管回路；l采用管芯直径88mm的大功率晶闸管；l导通时间3us;l单个晶闸管可承受40ms、40KA的浪涌冲击电流。图18 快速旁路晶闸管装置主要元件介绍装置就地操作面板 在装置上通过“远方/就地”和“跳/合”两个旋钮提供装置的就地操作。可以在装置检修时实现电容接地/直接接地的就地状态转换。 当装置上的“远方/就地”旋钮处于就地位置时，远程监控终端及测控单元不再对装置具有控制功能(只具有监视功能)，此
20、时通过就地操作面板上的“合/跳“旋钮控制装置的运行状态。图21 就地操作面板装置运行情况装置运行情况1 1 主变中性点隔直装置自2009年5月27日投入运行至9月5日三个月来，总体运行情况良好，当发生高压直流输电线路单极对大地引起的变压器偏励磁时，隔直装置均能及时准确动作，抑制直流分量对变压器的影响，累计动作百余次，正确动作率达100%。隔直装置属于新技术、新设备的初次投运，受不同地区地网结构和阻抗不同的因素制约，隔直装置的部分定值需要通过试运来确定适当的值。在装置的试运初期，由于无经验值可参考，为了保证变压器的稳定运行，隔直装置的“电压低门槛”、“电压低门槛延时”取值相对保守，但实际中发现地
21、网阻抗较小，直流分量在电容器两端形成的电压值相对较小，造成隔直装置频繁动作的现象。装置运行情况装置运行情况2 2 为了解决隔直装置频繁动作的问题，电气专业组通过讨论采取了一些列的措施，主要有： 将隔直装置从自动控制方式转为手动控制方式，由运行人员进行操作，同时积累相关数据信息； 将隔直装置从电容接地状态到直接接地状态的转换变位手动控制方式，同时积累相关数据信息； 根据积累的数据将“电压低门槛”值修改为8V，将“电压低门槛延时”修改为100s； 联系中国电科院修改程序文件，将“电压低门槛延时”的设置范围改为0100min，并将此定值改为10min，后修改为60min； 通过一系列的措施，隔直装置
22、频繁动作的现象得到了明显的改善，在一定程度上提高了设备的使用寿命。隔直装置典型动作分析隔直装置典型动作分析1 2009年6月5日15：29高压直流输电线路高肇线突然转为单极对大地运行方式，国华台电2号主变中性点直流分量迅速增加至46.8A（绿色曲线）,变压器运行噪音显著增大。 经15s的短暂延时隔直装置直接接地状态开关自动断开（浅蓝色曲线），变压器中性点由直接接地转为电容接地，中性点直流分量被彻底隔离，仅有1A的零漂显示，中性点电压上升到12.1V（黄色曲线），变压器运行噪音明显减小，与正常运行时噪音相当。 约15：55高肇线恢复正常运行方式，2号主变中性点电压也下降到正常的零漂值，小于设定的8V门坎值，经过100s的延时隔直装置状态开关自动闭合，由电容接地转为直接接地，恢复正常运行状态，中性点电流仅有1A的零漂显示。隔直装置典型动作分析隔直装置典型动作分析2
