异常分析
温英才，曾王杰，吴 斌
(国网浙江省电力有限公司检修分公司，浙江 杭州 311232)
Analysis of the Abnormal Current Mutation of the Transformer Neutral Point
DC Isolation Device
WEN Yingcai, ZENG Wangjie, WU Bin
(Maintenance Branch of State Grid Zhejiang Electric Power Co., Ltd., Hangzhou 311232)
〔摘 要〕 介绍了变压器中性点隔直装置的结构和工作原理，结合设备运行方式以及霍尔传感器的工作原理，详细分析了隔直装置在电容常投情况下发生的中性点直流电流突变的原因，并提出处理方案和传感器的改进建议。
〔关键词〕 变压器；隔直装置；电流突变；霍尔传感器
Abstract: This paper introduces the structure and working principle of the neutral point DC isolation device of the transformer. In connection with the operation mode of the equipment and the working principle of the Hall sensor, it analyzes in detail the causes of the sudden change of the neutral point DC current of the DC isolation device under the condition that the capacitance is normally switched on, and puts forward the treatment scheme and the improvement suggestions of the sensor.
Key words: transformer; DC isolation device; current mutation; Hall sensor
中图分类号:TM403.5 文献标识码:A 文章编号:1008-6226 (2020) 04-0040-03
0 引言
在直流输电系统以大地回流方式运行时，直流系统的运行电流经过大地流通，会导致流通路径周边的交流变电站变压器中性点直流电流过大，使得变压器出现运行噪声较大、铁心过热等问题，甚至导致变压器烧毁，为此引入了中性点隔直装置。当隔直装置以电容接地方式运行时，中性点流过直流的大小是判断隔直装置正确运行与否的重要依据。
三个部分构成：第一部分是户内隔离刀闸（A1,A2），用于隔直装置的投退操作，A1，A2实现机械互锁，确保不能同时分开；第二部分是串联接入中性点的装置本体，包括电容(C)、快速旁路开关(S)、整流二极管(B)、晶闸管(D)、脱扣电感(L)、过电压触发单元(H)、霍尔电流传感器(2MI，4MI)等一次设备及二次控制单元；第三部分是测控装置，输出7个开关量和2个模拟量信号，供运检人员监视装置状态。
1.2 隔直装置的工作原理
主变中性点隔直装置采用在主变中性点接入电容器的方法隔离侵入变压器的直流电流，利用与电容器并联的快速旁路开关实现主变中性点直接接地运行和经隔直电容接地运行的状态转换。
1 隔直装置的结构及工作原理
1.1 隔直装置的结构
某PAC-50K型的中性点隔直装置(见图1)由40第22卷(2020年第4期)电力安全技术
A1
G
A22MI
4MI
B
C
S
D
H
L
图1 隔直装置系统结构
当主变中性点霍尔电流传感器(2MI，4MI)检测到越限的直流电流时，控制系统将快速旁路开关断开，隔直电容投入；当直流电流消失时，延时将快速旁路开关闭合，隔直电容退出。可以根据电流电压定值确定装置正常情况下的运行方式。
隔直电容接地运行时，当交流系统发生不对称故障时，将会在电容器两端产生过电压。装置通过大功率晶闸管实现过电压旁路保护，瞬时闭合快速旁路开关，实现中性点直接接地，保护电容器组。
2 隔直装置电流的异常突变及处理
某500 kV变电站中性点隔直装置直流电流高门槛定值整定为0 A并延时2 s,电压低门槛定值整定为0 V并延时240 min，即隔直装置正常运行时电容处于常投状态。过电压定值为2 600 V，隔直装置经电容接地运行时，当电容两端过电压达该定值时，瞬时闭合快速旁路开关，实现中性点直接接地。
2.1 异常情况简介
2019-03-24，该500 kV变电站监控后台3号主变中性点隔直电流越限，10：37越限值-12.48 A，10:48越限值-13.18 A, 均10 s左右自动恢复正常。现场检查越限主变及相邻变压器无任何异常声音，钳形电流变测量中性点电流均在0 A左右，证明变压器运行正常，系统中无直流串入变压器。
现场调阅3号主变隔直装置历史曲线(3月24日10:00—11:59)， 确认10:48和10:37两个时间点有电流突变，中性点直流电流为-26.5 A，直流
辅助测量为-0.04 A，两个中性点直流采样值偏差较大。
2.2 异常原因分析
在隔直装置电容常投状态下，直流电流突变可
能的原因有：隔直电容短路故障；霍尔传感器故障；电流测量回路故障。根据现场两个霍尔传感器的测量电流以及钳形电流表实测电流判断，隔直电容无短路故障，异常原因在霍尔传感器或电流测量回路。
现场采用CHB-50SG/50P3型霍尔电流传感器，为闭环式霍尔电流传感器(也称磁平衡式霍尔电流传感器，见图2)。该传感器按照霍尔磁补偿原理制成，即原变主回路有一被测电流I1将产生磁通ϕ1，被副变补偿线圈通过的电流I2所产生的磁通ϕ2进行补偿后保持磁平衡状态。霍尔器件始终处于检测零磁通的状态，当补偿电流I2流过测量电阻Rm时，在Rm两端转换成电压,这种检测原理相比于霍尔效应直检原理,突出的优点是响应快和测量精度高,适用于弱小电流的检测。现场的输出电压为-4～+4 V。
图2 隔直装置霍尔电流传感器布置(上主、下辅)
主辅传感器输出如图3所示。主霍尔电流传感器共有两路输出，一路供隔直装置使用，另一路通过变送器、测控装置传输至监控后台。辅霍尔电流传感器只供隔直装置使用。
经上述分析，3号主变中性点直流电流突变，且同时发生在主霍尔电流传感器传输的隔直装置和测控装置中，从而判断引起电流突变的异常设备范围为主传感器至变送器及隔直装置采样插件的公共回路。
2019-04-02，该500 kV变电站监控后台3号
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电力安全技术
第22卷(2020年第4期)
主变中性点隔直电流越限再次出现，现场检查隔直装置显示主传感器电流为-96.53 A，与监控后台一致，辅助传感器为-0.11 A。现场将主辅传感器上的插拔式接线端子调换，隔直装置显示主传感器电流为-0.11 A，与监控后台一致，辅助传感器电流变为-96.53 A，确认主霍尔电流传感器故障。
隔直装置
主霍尔电流
传感器2MI
变送器
测控装置
监控后台
辅霍尔电流
传感器4MI
隔直装置
图3 主辅传感器输出
2.3 处理情况
由于该霍尔电流传感器为闭环结构，需要拆除中性点连接排方可更换，处理方案有如下两种。
(1) 结合主变停电更换该电流传感器。(2) 主变运行方式下，为避免主变中性点失去接地，须将该主变中性点隔直装置退出运行(中性点通过旁路直接接地)。隔直装置退出运行后，为保证变压器无直流偏磁影响，需要保证直流系统无单极大地运行。
该变电站采用方案(2)进行处理。结合附近换流站年检且天气良好，确保直流系统无单极大地运行的情况下，将该主变中性点隔直装置单独退出运行后(隔离刀闸A2分开，A1合闸，实现中性点旁路直接接地运行)，更换了霍尔电流传感器。
3 总结和建议
隔直装置一旦发生中性点直流电流越限告警，可现场查看隔直装置上的两路电流数值是否基本一致，如果一致，可使用钳形电流表测量中性点电流，判断隔直电容是否短路故障；如果相差较大，可以调换主辅霍尔电流传感器的插拔式接线端子，看电流是否同时发生对应变化，可判断传感器是否故障。
该霍尔电流传感器的输出电流既供运检人员监控使用，也为控制装置提供电流参数。鉴于该传感器的重要性，发生故障后必须快速更换，而隔直装置退出运行的前提条件是直流输电系统无直流单极
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大地运行，所以需要尽量减少更换的时间。
目前厂家已生产可拆卸结构的开环式霍尔电流传感器(见图4)，两端圆圈处用螺丝固定，螺丝松开后铁芯可分为两部分，实现不拆除连接排快速更换。该型传感器输出电压精度为±1 %，略低于使用中的闭环式传感器精度±0.5 %，但精度和可靠性能满足要求。因此，可以将该闭环式霍尔电流传感器改为上述可拆卸的开环式霍尔电流传感器，方便故障情况下快速更换。
图4 可拆卸结构的开环式霍尔电流传感器
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收稿日期：2019-10-18。作者简介：
温英才(1987—)，男，工程师，主要从事电网运行检修与管理工作，email：wenyingcai@163.com。
曾王杰(1987—)，男，工程师，主要从事电网运行检修与管理工作。
吴 斌(1988—)，男，工程师，主要从事电网运行检修与管理工作。
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