交流电网整流变引起的直流偏磁机理与实验分析.pdf

研究与开发
交流电网整流变引起的直流偏磁
机理与实验分析
刘明军程臣赵克江张作鹏陈正宇
(国网重庆市电力公司检修分公司,重庆400039)
摘要电力变压器中出现直流偏磁现象不容忽视,根据没有直流输电线路的重庆电网出现直
流偏磁现象的情况,结合重庆地区供电格局、负载情况,针对该直流偏磁引起的原因进行了研究。
分析了整流变压器在工作过程中因换流阀触发不平衡,交流侧正序二次谐波等原因产生直流并流
入电网,对电网中其他变电站造成直流偏磁的影响。采用相应措施,针对变压器的直流偏磁进行
实测,论证了整流变压器对交流电网产生直流偏磁影响的现象,并获得其主要特征。
关键词:整流变压器;直流偏磁;触发角;中性点
The Mechansim and Experiment Analysis of DC Magnetic
Bias Caused by Rectifier Transformer of AC Grid
Liu Mingjun Cheng Chen Zhao Kejiang Zhang Zuopeng Cheng Zhengyu
(State Grid Chongging Electric Power Co Maintenance Branch Company, Chongqing 400039
Abstract In power transformer, DC magnetic bias cannot be ignored. According to the situation
of DC magnetic bias in Chongqing electric power network, the reason of DC magnetic bias is studied
Analysis of the rectifier transformer in working process due to commutation valve trigger the unbalance
AC side of the second harmonic voltage of positive sequence and produces a DC and flow into the power
grid, to power in the substation caused by the influence of DC biasing. Using the corresponding
measures the DC magnetic bias of the transformer is measured and the effect of the rectifier transformer
on the DC magnetic bias is demonstrated
Keywords: rectifier transformer; DC magnetic biasing; grid distribution; neutral point
变压器的直流偏磁指变压器绕组中岀现了直流因此也可排除轨道交通直流杂散电流对变压器的影
分量,使铁心中出现直流磁势和直流磁通,使变压响1习。
器损耗增加,震动噪声加剧,产生大量谐波危害电网。
经调查,重庆公司220kV电网系统中有九个变
重庆电?多台变压器出现了直流偏磁现象,并电站对220kV牵引站和铝厂供电,这些企业均有整
且在负荷较小的情况下变压器噪声异常严重。重庆流设备,当整流设备工作时,将产生较大直流电流
地区没有直流输电接地极,且直流接地极仅在直流其中一部分直流电流注入220kV电网系统,由于
线路检修期间才产生直流入地的情况,其引起的主220kV电网系统中输电线路直流电阻、主变容量大
变中性点直流分量是较为稳定的电流,可排除直流小和土壤电阻率等差异,使得系统中各220kV主变
输电线路接地极引起的变压器直流偏磁;同时地磁中性点接地直流分量也存在差异。所以产生高九路
暴引发直流偏磁现象具有偶然性,而检测数据显示变电站直流偏磁的情况叼
直流分量持续产生,因此地磁影响也可以排除
再考虑重庆轨道交通杂散电流的影响。重庆轨
整流变压器交流側直流产生机理
道交通是通过铁轨构成直流回路,铁轨对地有绝缘,11整流变压器
且有一套监测绝缘状况以及杂散电流的保护装置
整流变压器在电化学处理过程(如电解和电镀)
2016年第6期电技93
研究与开发
及大功率直流牵引等领域得到了广泛应用。电解行衡。此时,换流变压器单相绕纽中的电流可能会出
业的整流系统主要由整流变压器、整流柜、滤波器现图3(b)所示的波形从图中可以看出,此时,正、
等装置组成。目前在各种整流电路中,应用最广泛负半周电流导通时间长度不再相等。虽然电流的幅
的是三相桥式整流电路。城市轨道交通中一般采用值相等,但正、负半周电流一时间面积己不相等
十二脉波或二十四脉波整流。输出为750V或对称轴相对于原来的位置发生了偏移,出现了一个
1500V。然而,由于整流系统的强非线性和时变性,等效直流电流分量。若工作电流幅值原来是,正负
系统在工作过程中会在交流侧产生大量高次谐波和半周对称,现假设整流桥触发角偏差0.1°,由此下产
较强的直流分量。对电网会造成谐波污染和直流偏生的等效直流为工作电流的0.3%,一般情况下工作
磁现象。在此针对实际情况,对电解工业整流变电流为几千到几百千安,因此网侧最大能产生几十
压器和直流牵引电机的牵引变压器进行分析。研究安的直流分量。即变电站也有几乎相等大小的直流
其结构、工作方式,进而得出两种整流变压器产生流过变压器绕组。根据相关标准一般认为Indc小于
直流的原因。
交流额定有效值相电流的0.7%时可接受。ABB公司
1.2触发角不平衡产生直流
作为三峡直流输电工程的系统总包单位认为,Indc
以现在轨道交通和电解工业使用最广泛的三相可取额定电流1%。而高压变压器中流过的交流量也
整流变压器为分析对象,分析其产生直流的机理。在数十安培,所以由以上原因产生的直流量级别远
三相桥式整流电路由网侧绕组、阀侧绕组、整流桥远超出允许范围,会给变压器造成非常严重的直流
构成。图1是其电路工作原理,正常工作情况下,偏磁影响。
每个晶闻管的触发角为60°。电流波形如图2所示。
(b)
C
图3不平衡触发角产生的等效直流电流
1.3交流側母线正序二次谐波电压
直流输电系统经常是与交流输电系统通过换流
图1三相桥式整流电路
站联合在一起运行的(同址共建),而交、直流输
电系统之间的相互作用也会在换流变压器中引入直
流电流分量、如换流站直流侧的基频电流会在交流
侧产生自流电流,换流站交流侧的正序二次谐波电
压经过直流侧的反馈,最终也会在交流侧产生一个
直流电流门。
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。在换流阀这一特性的作
用下,换流站交流母线中的正序二次谐波电压会在
换流变压器网侧绕组产生直流电流分量閣。正序二
次谐波电压产生的直流电流流程如图4所示。
图2三相桥式整流电路电流波形图
交流母线中的正序二次谐波电压经过换流阀的
理想情况下,同一阀桥中的所有阀应具有相同开关动作后,以基频电压的形式出现在直流侧。此
的触发角。此时,换流变压器单相绕组中的电流波基频电压作用在直流侧的基频阻抗上,产生基频电
形见图3(a),从图中可以看到,正、负半周电流压。由于换流阀是循环导