接地變壓器中性點直流電流抑制裝置的製作方法

2023-05-31 09:49:41 1

專利名稱：接地變壓器中性點直流電流抑制裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於電氣工程技術領域，具體涉及一種接地變壓器中性點直流電流抑制裝置。
背景技術：
高壓直流輸電(HVDC)在我國愈來愈多地應用，在區域電力系統互連中起到了十分積極的作用，但同時也帶來了一些新問題，比如說，HVDC不對稱運行引起的變壓器直流偏磁問題。因此有必要研製一種能抑制直流電流流入變壓器中性點的裝置，從而能有效地避免變壓器的直流偏磁現象。
當HVDC運行在單極大地回線或者雙極不對稱運行方式時，接地極附近有直流電位，該電位和HVDC輸送的電流大小和的該處的土壤電阻率有關。HVDC輸送的電流越大，土壤的電阻率越高，電位也就越高。不同位置的接地變壓器的中性點之間由於存在著直流電勢差，且交流系統的電阻值較小，從而使直流電流通過接地變壓器中性點，在交流系統中形成了迴路。當流過接地變壓器中性點的電流過大時，變壓器會發生直流偏磁，進而導致諧波增加、噪聲增大、過熱等問題，嚴重時可引起變壓器的損壞，並可能引起保護的誤動。它還會引起220kV、500kV交流電網電壓總畸變率大幅升高，諧波的大幅升高也會對其他電氣設備產生較大影響，這些影響最終將會危及到電網的安全運行。
為了避免接地變壓器由於中性點流入直流電流導致的直流偏磁問題，越來越多的人們開始研究抑制變壓器中性點直流電流的措施與裝置。目前，已經提出了幾種措施反向注入電流法、中性點串電阻法和中性點串電容法。
其中，反向注入電流法是在變壓器中性點串入一個直流電壓源，根據所檢測到的直流電流值，動態調整該電壓源設置，實時提供反向的直流電流。這種方法雖然具有一定的靈活性，可以針對不同的中性點流入的直流電流值動態地選擇注入不同的反向電流，但它並不能完全抵消直流從中性點流入，而且必須在變電站外建造獨立接地極，工程量比較大，維護費用高等。
中性點串電阻法是在中性點和地網之間串入一個電阻，可以使得中性點流入的直流電流明顯減小。這種方法雖然原理簡單，但這種方法也有很多缺點a、也無法完全抑制直流從中性點流入；b、計算在一個電網內不同接地變壓器所串接的電阻阻值十分繁瑣，因為包括地質條件、土壤含水量、礦物含量、地埋金屬等諸多影響因素不可能全部計算進去。而且對於有些變壓器，所需電阻值可能非常大，不能保證變壓器中性點有效接地；c、中性點串入電阻對系統零序參數產生了影響，進而也會影響到繼電保護的整定；d、當系統發生故障時，還會導致變壓器中性點過電壓等一系列問題。e、每當電網結構變化時(比如在網絡中增加或減少一臺接地變壓器)，接地電阻阻值需要重新計算，串接電阻需要更換。
中性點串電容法是目前在抑制變壓器中性點直流電流方面比較流行的一種方案在中性點和地網之間串入電容器，由於電容有隔直通交的作用，主變中性點裝設電容後，可以有效地消除流過變壓器中性點的直流電流，而且不影響交流電流流過中性點。在一些非正常的情況下，比如交流系統短路故障、雷擊等，主變中性點會流過很大的電流，並產生幅值很高的暫態電壓，這樣有可能會損壞電容器。在電容器兩端並聯一個電流旁路裝置，當電容器兩端電壓超過規定值後，電流通過電流旁路保護裝置流過，從而將電容旁路，限制了中性點電容器的暫態電壓幅值，這樣則不需要安裝容量很大的電容器來承受故障電流，節省了安裝空間，縮減了成本，確保了變壓器和電容器安全可靠地運行。在故障切除後，電流旁路保護裝置自動返回到動作前狀態，電容器重新投入中性點接地運行。
綜上所述，與反向注入電流法、中性點串電阻法相比，中性點串電容法更為有效，能徹底地抑制直流電流流入變壓器中性點。在中性點和地網之間串入隔直電容器後，一個有效、經濟的電流旁路裝置(即抑制變壓器中性點直流電流裝置)，是隔直電容器可靠運行的保證。
目前，利用中性點串電容來抑制變壓器中性點直流電流的技術方案有兩種一種將電容兩端的交流電壓採用二極體整流，然後在直流側並聯接晶閘管固態開關；另一種是在電容兩端直接並聯雙向晶閘管固態開關。這兩種方案的共同缺點是都配置了結構複雜的晶閘管關斷電路，且方案一因存在二極體整流橋，使得結構更為複雜。

發明內容
本發明的目的在於提供一種接地變壓器中性點直流電流抑制裝置，該裝置能有效地抑制由高壓直流輸電或地磁風暴引起的變壓器中性點直流電流，避免了變壓器由於直流偏磁導致的諧波增加、噪聲增大、過熱和可能引起保護誤動的問題。
本發明提供的接地變壓器中性點直流電流抑制裝置，其特徵在於它包括電容器C1、開關K2、K3、觸發電路和n組並聯的雙向晶閘管固態開關S1、S2、...、Sn，其中n為並聯的雙向晶閘管固態開關數，n≥1；電容器C1並聯在開關K2兩端；開關K2並聯在變壓器中性點接地刀閘K1兩端；開關K3並聯在雙向晶閘管兩端，用於關斷雙向晶閘管固態開關；觸發電路用於控制n組雙向晶閘管固態開關的開通，在電容器C1過壓或過流時，持續開通雙向晶閘管固態開關。
本發明裝置採用雙向晶閘管固態開關直接與電容器並聯，從而省去不控整流部分，使得結構簡化，體積減小，成本降低；雙向晶閘管固態開關的觸發環節由兩路觸發迴路並聯構成，從而提高可靠性；雙向晶閘管固態開關的關斷，採用直接金屬性開關短接旁路，與常見的外接反向電壓進行關斷的複雜電路相比，關斷可靠，結構簡單。


圖1為本發明接地變壓器中性點直流電流抑制裝置的拓撲結構圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實例對本發明作進一步詳細的說明。
如圖1所示，本發明電流抑制裝置1包括電容器C1、開關K2、K3、觸發電路2和n組並聯的雙向晶閘管固態開關S1、S2、…、Sn，其中n為並聯的雙向晶閘管固態開關數，n≥1。圖中T為變壓器，開關K1為變壓器中性點直接接地刀閘。
開關K2並聯在變壓器T中性點接地刀閘K1兩端，是抑制變壓器中性點直流電流裝置的投切開關；電容器C1為並聯在開關K2兩端，在裝置正常工作狀態下，它起到阻止直流電流從大地流向變壓器中性點或從變壓器中性點流向大地，而對流經變壓器中性點的交流電流不起作用，簡單地說就是「隔直通交」。
並聯在電容器C1兩端的n組雙向晶閘管固態開關S1、S2、…、Sn，用於在異常情況下電容器C1過流或過壓時，為電容器C1提供旁路支路；每個雙向晶閘管固態開關均由兩個反向並聯的晶閘管SCR1、SCR2和電抗器L串連構成。其中電抗器L用於限制晶閘管的電流變化率，同時用於雙向晶閘管固態開關並聯支路間的均流。
開關K3並聯在雙向晶閘管兩端，用於關斷雙向晶閘管固態開關。
觸發電路2同時控制n組雙向晶閘管固態開關的開通，在電容器C1過壓或過流時，持續開通雙向晶閘管固態開關。
晶閘管的觸發電路2屬於已有拓撲結構。
在交直流系統正常運行工況下，電容器兩端的電壓值在允許範圍之內，雙向晶閘管旁路固態開關是不動作的。一旦出現電容器C1過流或過壓情況，有兩種動作方案動作方案1觸發雙向晶閘管固態開關，接通電容器旁路支路，使故障電流會通過晶閘管旁路流向大地，從而保護電容器不會損壞。待故障電流消失後再延時一定時間合上開關K3，此時，雙向晶閘管固態開關被K3短路後自動關斷，然後再延時一定時間斷開開關K3，電容器重新投入。
動作方案2觸發導通雙向晶閘管固態開關的同時發出開關K3合閘信號，由於開關K3合閘動作比晶閘管導通要慢，所以故障電流會先通過晶閘管旁路流向大地，從而保護電容器不會損壞，開關K3合上後故障電流將由晶閘管旁路轉移到開關K3旁路流向大地，同時晶閘管開始由導通轉向關斷；待故障電流消失後再延時一定時間跳開開關K3，電容器重新投入。
動作方案1與動作方案2相比，主要在於故障電流旁路時晶閘管通流時間的長短以及開關K3的容量大小。動作方案1的故障電流旁路時，晶閘管通流時間長，有一定的發熱量，而開關K3僅作為關斷晶閘管用，開關容量可以很小。動作方案2，故障電流旁路時晶閘管通流時間很短，僅為K3合閘時間，發熱量較小，但開關K3的通過故障電流的幅值大且時間較長，所以要求開關K3的容量較大。
如果隔直電容器損壞或電流旁路保護裝置發生故障，則通過診斷迴路，閉合與之並聯的旁路開關K1將其旁路，使主變中性點直接接地，然後再打開裝置兩端的隔離開關K2，使其與系統隔離，即可對電容器或電流旁路保護裝置進行維修。
權利要求
1.一種接地變壓器中性點直流電流抑制裝置，其特徵在於它包括電容器C1、開關K2、K3、觸發電路(2)和n組並聯的雙向晶閘管固態開關S1、S2、...、Sn，其中n為並聯的雙向晶閘管固態開關數，n≥1；電容器C1並聯在開關K2兩端；開關K2並聯在變壓器中性點接地刀閘K1兩端；開關K3並聯在雙向晶閘管兩端，用於關斷雙向晶閘管固態開關；觸發電路(2)用於控制n組雙向晶閘管固態開關的開通，在電容器C1過壓或過流時，持續開通雙向晶閘管固態開關。
全文摘要
本發明公開了一種接地變壓器中性點直流電流抑制裝置，屬於電氣工程技術領域。該裝置的特徵在於它含有隔直電容器、直接並聯於隔直電容器兩端的晶閘管固態開關及其觸發單元、限流電抗器、旁路開關。本發明能有效地抑制由高壓直流輸電或地磁風暴引起的變壓器中性點直流電流，避免了變壓器由於直流偏磁導致的諧波增加、噪聲增大、過熱以及可能引起的保護誤動等問題。本發明可以略去不控整流部分，使結構簡化，成本降低；反向並聯的晶閘管的關斷結構簡單，無需外接反向電壓。
文檔編號H02H9/02GK1967957SQ200610125129
公開日2007年5月23日 申請日期2006年11月24日 優先權日2006年11月24日
發明者毛承雄, 陸繼明, 王升, 王丹 申請人:華中科技大學