姜海博，陈海焱，邓长红

(电力规划设计总院，北京 100120)

1 概述

随着电网结构的不断加强，目前电力系统中大量采用自耦变压器等，变电站的单相短路电流往往先于三相短路电流接近甚至超过断路器的遮断容量。在负荷密度较高的华东和广东地区，单相短路电流超标的问题更为严重，所以限制短路电流和简化优化电网潮流已成为电力系统发展需面对和解决的重要问题，目前常见的措施是在变压器中性点加装中性点电抗器来限制单相短路电流超标。

在交直流混合输电电网中，当直流输电单极大地运行时，直流电流通过交流系统的变压器中性点流入交流系统，变压器中性点叠加直流分量后产生磁偏，造成磁饱和，使变压器产生谐波、振动、噪声、过热等问题，严重时可引起变压器损坏，并可能引起保护的误动，严重影响变压器及电网的安全稳定运行。目前在华东、广东地区，作为大量直流工程的落点，直流偏磁尤为严重。目前比较常用的办法是在变压器中性点上加装电阻型或者电容型隔直装置，也有采用反向注入式直流抑制装置的工程应用实例。

为了同时抑制主变压器中性点短路电流和直流电流，在华东、广东地区的部分变电站主变中性点需同时装设中性点电抗和隔直装置，保证主变压器的安全运行。目前还未有关于同时加装中性点电抗和隔直装置的变压器中性点回路的接线研究见诸报告，各设计院在实际工程中的接线各不相同，本文综合考虑其运行灵活性、检修方便性、技术经济性对中性点加装电抗器及隔直装置主接线设计进行了研究，分别针对电阻型直流抑制装置和电容型直流抑制装置提出了推荐的主接线方案，对保障变电站在设备检修情况下的安全稳定运行具有一定的参考价值。

2 变压器中性点直流抑制措施比较

为了解决直流系统单极大地运行对交流变电设备的影响，国内电力行业相关单位着手进行了针对直流偏磁的抑制方法研究，并在实际工程中成功应用了多种类型的直流抑制装置。

1.1 电阻型直流抑制装置

电阻型直流抑制装置的原理十分简单明确：在中性点和地网之间串入一个阻值为数欧姆的小电阻，可以使得中性点流入的直流电流明显减小，达到工程上可以接受的程度。由于其概念明确，相对易于实现，对系统的影响较小、结构简单、经济可靠等优势，在国内外受到直流偏磁影响但不十分严重的变电站中被普遍采用。

1.2 电容型直流抑制装置

电容型直流抑制装置主要由直流抑制一次设备(隔直电容)、旁路系统(限流电抗器、换向整流桥、状态转换开关)及控制监测装置(交直流传感器、数字测控装置)三部分构成。其结构见图1。

图1 中国电科院NCBD电容型抑制装置

电容型直流抑制装置的优点是隔离直流比较彻底，目前在国内直流偏磁较为严重的地区采用电容型直流抑制装置。

1.3 反向注入式直流抑制装置

反向注入式直流抑制装置在变压器中性点串入一个直流电压源，根据所检测到的直流电流值，动态调整该电压源设置，实时提供反向的直流电流。这种装置的优点在于不在变压器中性点与地网之间串入其他设备,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，目前国内仅江苏武南500 kV变电站采用该装置来限制直流偏磁。

上述三种直流偏磁抑制方法的比较见表1。

表1 三种直流偏磁抑制方法的比较

由于目前国内大部分变电站的隔直装置均采用电阻隔直装置和电容隔直装置，故本文仅对这两种隔直装置进行分析。

3 中性点回路主接线设计工程实例分析

目前实际工程中中性点同时加装电抗器及隔直装置主要有两种接线方式(接线方案一和接线方案二)，下面以桐乡和杭变500 kV为例分别对两种接线进行阐述，分析其优缺点。

图2为杭变500 kV变电站中性点部分的主接线图。

图2 接线方案一(杭变500kV变电站中性点部分的主接线图)

该方案在变压器中性点出口设置一把接地开关，在中性点电抗器前装设一把隔离开关，在电抗器与隔直装置之间装设一把接地开关。采用这种接线方式时，若隔直装置需要检修，则可将接地开关K3闭合，此时运行方式变为中性点带小电抗接地，检修隔直装置的过程中仍可限制系统的单相短路电流。当电抗器需要检修时，则可闭合接地开关K1同时打开隔离开关K2，此时切换到主变中性点直接接地的运行方式，值得注意的是此时隔直装置同时退出运行，即若此时产生较大的直流偏磁，会对变压器造成不利的影响。

图3为桐乡500 kV变电站中性点部分的主接线图。

图3 接线方案二(桐乡500 kV变电站中性点部分的主接线图)

此种接线对接线方案一进行了改进，主要区别主要是取消了隔离开关K2。当需检修电抗器时，接地开关K1需闭合接地，由于隔直装置的尾端同时接地，正常运行情况下电抗器电位接近为0，即便发生不对称短路，地电位升高，接触电势仍近似为0，不会对运行人员的安全造成危害。

4 中性点回路主接线推荐方案及应用分析

接线方案一与接线方案二共同的问题是在检修电抗器时，隔直装置必然退出运行，中性点电抗器的检修时间较长，若此时产生比较严重的直流偏磁的问题，会对变压器造成较为严重的影响。为解决此问题，本文提出了接线方案三，见图4。

图4 接线方案三

区别于前两种接线方式，接线方案三增加了中性点电抗器的旁路隔离开关K1，与电抗器和隔直装置之间的接地开关K2组合成一把单接地的隔离开关。同时取消了变压器中性点出口的接地开关。

正常运行时，K1和K2均打开，中性点串电抗器和隔直装置运行。

当隔直装置需要检修时，则合上接地开关K2，K1仍打开，此时变压器带中性点电抗运行。

当中性点电抗器需要检修时，首先需要将电抗器退出运行，此时需同时合上K1和K2，由于电抗器两端均为0电位，可以同时解开电抗器两端的连接线，再对电抗器挂地线，采用此种操作可使运行人员在不停电的前提下对电抗器进行检修操作；完成解线操作后应保持K1处于导通状态，同时打开接地开关K2，此时变压器中性点带隔直装置运行，区别于前两种接线，此种接线可以保证在检修电抗器的同时变压器中性点带隔直装置运行，进而削弱直流偏磁对变压器的影响。

另外此种接线也可以根据调度要求切换到变压器直接接地的运行方式(同时闭合K1和K2)。

从技术上来看，方案三的运行方式更灵活，在满足方案一、二所有运行方式的基础上，还可以在检修中性点电抗器时实现带隔直装置运行；从布置上来看，相比于方案一、方案二，方案三的设备数量更少(只需增加一把单接地的隔离开关)，布置更灵活；从经济上来看，相比于方案一，方案二和方案三分别比方案一节省1把隔离开关和1把地刀，其经济性均好于方案一。

综上，接线方案三的优势主要是在检修中性点电抗器时仍可以带着隔直装置运行，故接线取决于调度对运行工况的要求。由于目前国内工程中电容型直流抑制装置一般加装直流偏磁较为严重的地区，若检修中性点电抗器时同时退出隔直装置，直流偏磁可能对设备造成比较严重的影响，故此时推荐采用方案三的接线方式。

若采用电阻型直流抑制装置，本文也推荐采用方案三的接线方式，但在征求调度、运行单位意见后也可采用方案二的接线方式，相比于方案三，方案二接线的操作、控制更为简单。

5 结语

为保证在中性点电抗器检修的工况下变电站的运行灵活性，本文在分析现有工程接线的基础上，提出了一种中性点回路的接线方式。这种接线方式有着显著的优点，可以在检修电抗器的情况下带隔直装置运行，该种接线在直流偏磁较为严重(使用电容式隔直装置)的地区有较大优势，对于使用电阻式隔直装置的变电站建议参考运行单位的意见后酌情使用。