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[摘 要]针对高压直流输电引起的变压器直流偏磁现象，对四种直流偏磁抑制措施进行了比較研究。通过对变压器直流偏磁产生原因和机理的分析，阐述了四种抑制措施的原理，并对其优缺点进行了比较。通过比较结果的分析，对不同抑制措施的适用场合给出了建议，为变压器直流偏磁防治和电网安全运行提供依据。
[关键词]直流偏磁 抑制措施 高压直流输电 变压器
中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）17-540-01
引言
直流输电单极运行或者双极不对称运行方式时，接地极附近有直流电位，该电位和直流输电输送的电流大小和该处的土壤电阻率有关。接地极周边不同位置的中性点直接接地变压器处于不同地电位，接地极的部分入地电流将从地电位较高的变压器中性点流入变压器三相绕组，再经交流线路，然后通过地电位较低的变压器三相绕组，由中性点入地，从而形成直流回路，即交流系统为入地电流提供了一个比大地更容易流通的通道，使直流电流通过接地变压器中性点，在交流电网形成了回路。当流过接地变压器的电流过大时，变压器发生直流偏磁饱和，进而导致变压器谐波增加、噪声增大、过热等一系列问题，严重时可引起变压器的损坏。
为减小直流接地极电流的影响，首先要从源头解决，合理安排直流系统运行方式，减少单极大地回线接线方式，或设计避免直流电流入地的接线方式；其次，建立可靠的电流通道，减小接地极的接地电阻或建立专门线路。
通过对变压器直流偏磁的产生原因和机理的分析可知，抑制变压器直流偏磁的关键是减小或者消除流经变压器中性点的直流电流。本文从抑制效果和经济性方面对如下四种抑制变压器中性点直流电流的方法进行了比较。
2.1变压器中性点串接电阻器
变压器中性点串接电阻器增大了地上支路的电阻，直流电流必然更多的流向大地，从而达到抑制变压器中性点直流电流的目的。
中性点串接电阻器法结构简单，安装运行维护工作量小，可靠性高，投资小。但是此种方法需要考虑将周边交流系统数据纳入计算模型，需要适当选取电阻数值和合理优化小电阻安装位置，且无法彻底消除直流电流的流入。对于某些场合所需的电阻值非常大，不能保证变压器中性点有效接地。若在系统故障时采用旁路装置将该电阻旁路，又会使系统接地阻抗不连续，从而导致继电保护配置复杂化。
电阻参数的选择要考虑串接后引起的中性点工频过电压对变压器绝缘造成的影响。另外，过电压造成的过电流对电阻的性能参数也提出了较高的要求。因此电阻应当能够在瞬时耐受暂态过电压，并承受较大的瞬时功率，需要选取热容量比较大的电阻器，同时采取并联保护措施。
2.2交流线路上串联电容器
根据电容器“隔直通交”的特性，在交流线路上安装电容器可以切断直流电流的流通路径，达到抑制变压器直流偏磁的目的。
在交流线路上串联电容器能够彻底的消除流经此条线路相连变压器绕组中的直流电流。然而由于串联电容器设备昂贵，且安装在高压线上，造价很高。考虑到系统单相对地短路时，线路上将通过非常大的零序短路电流，对电容器的性能具有很高的要求。有自耦变压器存在的系统，由于自耦变压器的原、副边存在电气连接关系，就仅在一个电压等级的输电线路上装设串联电容，会使直流电流通过自耦变压器流到另一个电压等级的线路，导致相邻系统的变压器中流过直流分量，产生直流偏磁，危害系统安全。所以应该在与自耦变压器相连的所有出线上装设串联电容器，能有效地抑制和消除流过相关变压器中性点的直流电流。
2.3变压器中性点串联电容器
这种方案是在中性点和地网之间串入电容器，由于电容有隔直通交的作用，主变中性点装设电容后，可以有效地消除流过变压器中性点的直流电流，而且不影响交流电流流过中性点。在一些非正常的情况下，比如交流故障、雷击等，主变中性点会流过很大的电流，并产生幅值很高的暂态电压，这样有可能会损坏电容器，我们在电容器两端并联一个电流旁路装置，当电容器两端电压超过规定值后，电流通过电流旁路保护装置流过，从而将电容旁路，限制了中性点电容器的暂态电压幅值，这样则不需要安装容量很大的电容器来承受故障电流，节省了安装空间，缩减了成本，确保了变压器安全可靠地运行。
图2 中性点串入电容器方案示意图
在故障清除后，电流旁路保护装置自动返回到动作前状态，电容器重新投入中性点接地运行。这个电流旁路装置可以由放电间隙或大功率开关管组成。目前，大多数人员在研究此种方案，和其它方法相比，而串联电容法具有原理简单、隔直效果明显、不需要重新调整继电保护装置定值等优点，具有较好的经济性和工程实用性。
2.4变压器中性点反向注入抑制
反向注入抑制是在变压器中性点注入一个大小和方向可变的反向直流电流来抵消原来的偏磁电流。在变电站外补偿接地极与变压器中性点之间注入直流电流，该电流部分经由变压器绕组和电网再回到补偿接地极。通过控制直流发生装置输出直流电流的方向和大小，就可以达到抵消变压器中性点原有直流电流的目的。
反向注入抑制装置不在变压器中性点与地网之间串入其他设备，不影响运行系统的参数，能保证变压器中性点可靠接地而无过电压问题，对系统现有保护配置不产生影响，可以针对不同的中性点流入的直流电流值注入不同的反向电流，具有灵活性。但此种方法技术要求较高，比较复杂，工程量比较大，必须在变电站外建造独立接地极，直流电源容量很大，整个工程造价较高，运行、维护费用高，不能完全抵消直流偏磁的影响，装置的自动调节性能不高，需要运行人员手动配合操作。
2.4变压器中性点直流电流抑制方法的比较
通过以上四种抑制方法的优缺点的论述，可得出四种方法的比较。每种措施都有其优缺点，从整体来讲，在经济性和易维护方面采用中性点电容器隔直装置较为合适。
3 结论
本文分析了四种不用原理的变压器中性点直流电流的抑制措施，通过对经济性和抑制效果方面的比较分析，对不同抑制措施适用的场合的给出了建议，为变压器直流偏磁防治电网安全运行提供参考。
[关键词]直流偏磁 抑制措施 高压直流输电 变压器
中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）17-540-01
引言
直流输电单极运行或者双极不对称运行方式时，接地极附近有直流电位，该电位和直流输电输送的电流大小和该处的土壤电阻率有关。接地极周边不同位置的中性点直接接地变压器处于不同地电位，接地极的部分入地电流将从地电位较高的变压器中性点流入变压器三相绕组，再经交流线路，然后通过地电位较低的变压器三相绕组，由中性点入地，从而形成直流回路，即交流系统为入地电流提供了一个比大地更容易流通的通道，使直流电流通过接地变压器中性点，在交流电网形成了回路。当流过接地变压器的电流过大时，变压器发生直流偏磁饱和，进而导致变压器谐波增加、噪声增大、过热等一系列问题，严重时可引起变压器的损坏。
为减小直流接地极电流的影响，首先要从源头解决，合理安排直流系统运行方式，减少单极大地回线接线方式，或设计避免直流电流入地的接线方式；其次，建立可靠的电流通道，减小接地极的接地电阻或建立专门线路。
通过对变压器直流偏磁的产生原因和机理的分析可知，抑制变压器直流偏磁的关键是减小或者消除流经变压器中性点的直流电流。本文从抑制效果和经济性方面对如下四种抑制变压器中性点直流电流的方法进行了比较。
2.1变压器中性点串接电阻器
变压器中性点串接电阻器增大了地上支路的电阻，直流电流必然更多的流向大地，从而达到抑制变压器中性点直流电流的目的。
中性点串接电阻器法结构简单，安装运行维护工作量小，可靠性高，投资小。但是此种方法需要考虑将周边交流系统数据纳入计算模型，需要适当选取电阻数值和合理优化小电阻安装位置，且无法彻底消除直流电流的流入。对于某些场合所需的电阻值非常大，不能保证变压器中性点有效接地。若在系统故障时采用旁路装置将该电阻旁路，又会使系统接地阻抗不连续，从而导致继电保护配置复杂化。
电阻参数的选择要考虑串接后引起的中性点工频过电压对变压器绝缘造成的影响。另外，过电压造成的过电流对电阻的性能参数也提出了较高的要求。因此电阻应当能够在瞬时耐受暂态过电压，并承受较大的瞬时功率，需要选取热容量比较大的电阻器，同时采取并联保护措施。
2.2交流线路上串联电容器
根据电容器“隔直通交”的特性，在交流线路上安装电容器可以切断直流电流的流通路径，达到抑制变压器直流偏磁的目的。
在交流线路上串联电容器能够彻底的消除流经此条线路相连变压器绕组中的直流电流。然而由于串联电容器设备昂贵，且安装在高压线上，造价很高。考虑到系统单相对地短路时，线路上将通过非常大的零序短路电流，对电容器的性能具有很高的要求。有自耦变压器存在的系统，由于自耦变压器的原、副边存在电气连接关系，就仅在一个电压等级的输电线路上装设串联电容，会使直流电流通过自耦变压器流到另一个电压等级的线路，导致相邻系统的变压器中流过直流分量，产生直流偏磁，危害系统安全。所以应该在与自耦变压器相连的所有出线上装设串联电容器，能有效地抑制和消除流过相关变压器中性点的直流电流。
2.3变压器中性点串联电容器
这种方案是在中性点和地网之间串入电容器，由于电容有隔直通交的作用，主变中性点装设电容后，可以有效地消除流过变压器中性点的直流电流，而且不影响交流电流流过中性点。在一些非正常的情况下，比如交流故障、雷击等，主变中性点会流过很大的电流，并产生幅值很高的暂态电压，这样有可能会损坏电容器，我们在电容器两端并联一个电流旁路装置，当电容器两端电压超过规定值后，电流通过电流旁路保护装置流过，从而将电容旁路，限制了中性点电容器的暂态电压幅值，这样则不需要安装容量很大的电容器来承受故障电流，节省了安装空间，缩减了成本，确保了变压器安全可靠地运行。
图2 中性点串入电容器方案示意图
在故障清除后，电流旁路保护装置自动返回到动作前状态，电容器重新投入中性点接地运行。这个电流旁路装置可以由放电间隙或大功率开关管组成。目前，大多数人员在研究此种方案，和其它方法相比，而串联电容法具有原理简单、隔直效果明显、不需要重新调整继电保护装置定值等优点，具有较好的经济性和工程实用性。
2.4变压器中性点反向注入抑制
反向注入抑制是在变压器中性点注入一个大小和方向可变的反向直流电流来抵消原来的偏磁电流。在变电站外补偿接地极与变压器中性点之间注入直流电流，该电流部分经由变压器绕组和电网再回到补偿接地极。通过控制直流发生装置输出直流电流的方向和大小，就可以达到抵消变压器中性点原有直流电流的目的。
反向注入抑制装置不在变压器中性点与地网之间串入其他设备，不影响运行系统的参数，能保证变压器中性点可靠接地而无过电压问题，对系统现有保护配置不产生影响，可以针对不同的中性点流入的直流电流值注入不同的反向电流，具有灵活性。但此种方法技术要求较高，比较复杂，工程量比较大，必须在变电站外建造独立接地极，直流电源容量很大，整个工程造价较高，运行、维护费用高，不能完全抵消直流偏磁的影响，装置的自动调节性能不高，需要运行人员手动配合操作。
2.4变压器中性点直流电流抑制方法的比较
通过以上四种抑制方法的优缺点的论述，可得出四种方法的比较。每种措施都有其优缺点，从整体来讲，在经济性和易维护方面采用中性点电容器隔直装置较为合适。
3 结论
本文分析了四种不用原理的变压器中性点直流电流的抑制措施，通过对经济性和抑制效果方面的比较分析，对不同抑制措施适用的场合的给出了建议，为变压器直流偏磁防治电网安全运行提供参考。