直流接地極對(duì)交流電網(wǎng)和油氣管道影響的統(tǒng)一計(jì)算方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及高壓技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種直流接地極對(duì)交流電網(wǎng)和油氣管道影響的統(tǒng)一計(jì)算方法。本發(fā)明公開(kāi)的所述統(tǒng)一計(jì)算方法，通過(guò)創(chuàng)建輸電線路、交流電網(wǎng)中各變電站變壓器的電阻以及直流換流站換流變壓器的電阻構(gòu)成的變電站網(wǎng)絡(luò)模型和管道模型，在計(jì)算交流電網(wǎng)中各個(gè)變電站的地電位時(shí)，考慮到金屬埋地管道泄漏電流在變電站網(wǎng)絡(luò)模型中產(chǎn)生的第一附加電位的影響；同時(shí)，在計(jì)算管道的地電位時(shí)，也考慮到交流電網(wǎng)中性點(diǎn)接地處的入地電流在金屬埋地管道模型中產(chǎn)生的第二附加電位的影響。因此，解決了現(xiàn)階段在分析直流輸電線路接地極入地電流對(duì)交流電網(wǎng)或金屬埋地管道的影響時(shí)，忽略了交流電網(wǎng)與金屬埋地管道之間相互影響的問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
直流接地極對(duì)交流電網(wǎng)和油氣管道影響的統(tǒng)一計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及高壓技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，設(shè)及一種直流接地極對(duì)交流電網(wǎng)和油氣管 道影響的統(tǒng)一計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 直流輸電系統(tǒng)在單極大地方式下運(yùn)行時(shí)，會(huì)有很大的直流電流從接地極流入或流 出大地。尤其是在特高壓直流系統(tǒng)中，接地極處注入或抽出的直流電流可W高達(dá)幾千安培。 運(yùn)一電流在±壤中形成電位分布，對(duì)附近的交流電力系統(tǒng)和埋地油氣管道產(chǎn)生影響。
[0003] 首先，直流輸電線路接地極入地電流導(dǎo)致中性點(diǎn)直接接地的變壓器中有直流電流 流過(guò)，變壓器直流偏磁現(xiàn)象嚴(yán)重，進(jìn)一步出現(xiàn)變壓器繞組發(fā)熱增加、運(yùn)行噪聲大幅度上升等 一系列嚴(yán)重問(wèn)題。
[0004] 其次，直流接地極與金屬埋地管道，尤其是長(zhǎng)距離輸油輸氣管道的相互接近不可 避免。而長(zhǎng)距離金屬埋地管道外表面防腐層不可避免地存在破損點(diǎn)。當(dāng)管道防腐層破損點(diǎn) 的兩端存在電位差時(shí)，電流就會(huì)在金屬管道中流動(dòng)，產(chǎn)生管地電位和分段管道之間的電位 差。電流由管道流入大地時(shí)產(chǎn)生陽(yáng)極反應(yīng)，形成腐蝕點(diǎn)，管地電位、分段管道之間的電位差 會(huì)影響管道絕緣及人身安全。
[0005] 因此，直流輸電線路接地極入地電流分布及其對(duì)交流電網(wǎng)和埋地油氣管道的影響 可W提前采取預(yù)防措施，減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失。
[0006] 但是，現(xiàn)在的仿真預(yù)測(cè)方法在分析直流輸電線路接地極入地電流對(duì)交流電網(wǎng)的影 響時(shí)忽略了管道的存在;而在分析直流輸電線路接地極入地電流對(duì)管道的影響時(shí)忽略了交 流電網(wǎng)的存在。而事實(shí)上，電流在通過(guò)交流電網(wǎng)和管道流散時(shí)均會(huì)改變周?chē)牡仉娢环植迹?從而產(chǎn)生相互的影響，改變交流電網(wǎng)和管道上的電流分布。在中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快的東部沿 海地區(qū)能源消耗量大，廣東、上海等區(qū)域不但作為很多直流輸電工程的受端，是直流接地極 分布集中的區(qū)域，同時(shí)還是交流電網(wǎng)和油氣管道等的密集地區(qū)。因此現(xiàn)在的仿真預(yù)測(cè)方法 在實(shí)際應(yīng)用中存在很多的不適用情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種直流接地極對(duì)交流電網(wǎng)和油氣管道影響的統(tǒng)一計(jì)算 方法，W解決現(xiàn)階段在分析直流輸電線路接地極入地電流對(duì)交流電網(wǎng)或金屬埋地管道的影 響時(shí)，忽略了交流電網(wǎng)與金屬埋地管道之間相互影響的問(wèn)題。
[000引本發(fā)明提供了一種直流接地極對(duì)交流電網(wǎng)和油氣管道影響的統(tǒng)一計(jì)算方法，其包 括：
[0009] 建立變電站網(wǎng)絡(luò)模型，所述變電站網(wǎng)絡(luò)模型包括:輸電線路、交流電網(wǎng)中各變電站 內(nèi)變壓器的直流電阻W及直流換流站內(nèi)變壓器的電阻；
[0010] 建立由金屬埋地管道構(gòu)成的管道模型；
[0011] 確定金屬埋地管道泄漏電流在所述變電站網(wǎng)絡(luò)模型中產(chǎn)生的第一附加電位，結(jié)合 所述第一附加電位計(jì)算所述變電站網(wǎng)絡(luò)模型中所有變電站的地電位；
[0012] 確定交流電網(wǎng)中性點(diǎn)接地處的入地電流在所述管道模型中產(chǎn)生的第二附加電位， 結(jié)合所述第二附加電位計(jì)算所述管道模型中管道的地電位；
[0013] 所有變電站的地電位和管道的地電位聯(lián)合求解，得到所述變電站網(wǎng)絡(luò)模型和所述 管道模型的電流分布；
[0014] 根據(jù)所述電流分布，獲得流入變電站內(nèi)變壓器的直流電流、W及金屬埋地管道上 的電壓分布。
[0015] 在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述變電站網(wǎng)絡(luò)模型中，每個(gè)變電站與直流接地極形成 一個(gè)W上第一回路，所述第一回路還包括:相互串聯(lián)的直流接地極和變電站之間的轉(zhuǎn)移電 阻、變電站的接地電阻W及變電站和其他任一變電站之間的轉(zhuǎn)移電阻。所述建立由金屬埋 地管道構(gòu)成的管道模型包括:將管道分為若干小段管道。在所述管道模型中，每個(gè)小段管道 與地面連接構(gòu)成一個(gè)第二回路，所述第二回路還包括:相互串聯(lián)的防腐層電阻、直流接地極 和小段管道之間的轉(zhuǎn)移電阻W及互電阻，所述互電阻為小段管道和其他任一小段管道之間 的轉(zhuǎn)移電阻。
[0016] 第一回路還包括任一小段管道和所述第一回路中變電站之間的轉(zhuǎn)移電阻。第二回 路還包括任一變電站和所述第二回路中小段管道之間的轉(zhuǎn)移電阻。
[0017] 在所述聯(lián)合求解中采用節(jié)點(diǎn)電位法。
[0018] 本發(fā)明實(shí)施例提供的直流接地極對(duì)交流電網(wǎng)和油氣管道影響的統(tǒng)一計(jì)算方法，與 現(xiàn)有技術(shù)相比，通過(guò)創(chuàng)建輸電線路和交流電網(wǎng)中各個(gè)變電站變壓器的直流電阻構(gòu)成的變電 站網(wǎng)絡(luò)模型和管道模型，在計(jì)算交流電網(wǎng)中各個(gè)變電站的地電位時(shí)，考慮到金屬埋地管道 泄漏電流在變電站網(wǎng)絡(luò)模型中產(chǎn)生的第一附加電位的影響；同時(shí)，在計(jì)算管道的地電位時(shí)， 同時(shí)考慮到交流電網(wǎng)中性點(diǎn)接地處的入地電流在金屬埋地管道模型中產(chǎn)生的第二附加電 位的影響。進(jìn)而，無(wú)論分析直流接地極入地電流在交流電網(wǎng)中的分布，還是分析直流接地極 入地電流在油氣管道的分布，考慮到交流電網(wǎng)和油氣管道上入地電流的相互影響，結(jié)果都 會(huì)更加準(zhǔn)確。因此，解決了現(xiàn)階段在分析直流輸電線路接地極入地電流對(duì)交流電網(wǎng)或金屬 埋地管道的影響時(shí)，忽略了交流電網(wǎng)與金屬埋地管道之間相互影響的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中地上電阻網(wǎng)絡(luò)與地下電壓源的示意圖；
[0020] 圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中管道模型示意圖；
[0021] 圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中直流接地極對(duì)交流電網(wǎng)和油氣管道影響的統(tǒng)一計(jì)算方 法步驟圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例 中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是 本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0023] 針對(duì)現(xiàn)階段在分析直流輸電線路接地極入地電流對(duì)交流電網(wǎng)或金屬埋地管道的 影響時(shí)，忽略了交流電網(wǎng)與金屬埋地管道之間相互影響的問(wèn)題，本發(fā)明從交流電網(wǎng)和埋地 油氣管道的相互作用機(jī)理出發(fā)，提出了一種直流接地極對(duì)交流電網(wǎng)和油氣管道影響的統(tǒng)一 計(jì)算方法，在研究直流輸電線路接地極入地電流對(duì)交流電網(wǎng)和埋地油氣管道的影響時(shí)，將 接地極、交流電網(wǎng)、管道等一塊統(tǒng)一分析，得到較為準(zhǔn)確的結(jié)果。如圖1、圖2和圖3所示，其具 體包括：
[0024] 建立變電站網(wǎng)絡(luò)模型，變電站網(wǎng)絡(luò)模型包括:輸電線路、交流電網(wǎng)中各變電站內(nèi)變 壓器的直流電阻W及直流換流站內(nèi)變壓器的電阻；
[0025] 建立由金屬埋地管道構(gòu)成的管道模型；
[0026] 確定金屬埋地管道泄漏電流在變電站網(wǎng)絡(luò)模型中產(chǎn)生的第一附加電位，計(jì)算變電 站網(wǎng)絡(luò)模型中所有變電站的地電位；
[0027] 確定交流電網(wǎng)中性點(diǎn)接地處的入地電流在金屬埋地管道模型中產(chǎn)生的第二附加 電位，計(jì)算金屬埋地管道模型中管道的地電位；
[0028] 所有變電站的地電位和管道的地電位聯(lián)合求解，采用節(jié)點(diǎn)電位法，得到變電站網(wǎng) 絡(luò)模型和管道模型的電流分布；
[0029] 獲得流入變電站變壓器的直流電流和管道上的電壓分布。
[0030] 管道本體是包覆了絕緣防腐層的空屯、圓柱導(dǎo)體，管道表面涂防腐層的作用就是將 管道金屬和腐蝕介質(zhì)隔離，W保護(hù)管道金屬不受腐蝕。但是，管道的防腐層有很高的電阻 率，創(chuàng)建管道模型時(shí)，將管道分為若干小段管道，每一小段管道的防腐層相當(dāng)于連接管道與 近地之間的一個(gè)電阻，管道泄漏電流會(huì)在所有小段管道的表面產(chǎn)生電位，運(yùn)就是管道之間 的互電阻，所W每一小段管道與絕對(duì)地之間都連接了一個(gè)防腐層電阻和一串互電阻。在管 道模型中，第k段管道與管道近地之間構(gòu)成一個(gè)第二回路。在第k段管道與管道近地之間構(gòu) 成的第二回路中，還包括相互串聯(lián)的第k段管道的防腐層電阻Rk-cnat、第k段管道與第t(t = 1,2,3,……，n)段管道之間的互電阻化t、直流接地極和第k管道之間的轉(zhuǎn)移電阻化d。在本發(fā) 明公開(kāi)的方法中，計(jì)算管道各處的地電位升時(shí)，考慮交流電網(wǎng)中性點(diǎn)接地處的入地電流在 管道處產(chǎn)生的附加電位的影響，因而上述第二回路還包括第k段管道與變電站s(s = l，2， 3,……，n)之間的轉(zhuǎn)移電阻化S。所W，管道的地電位是由直流接地極入地的直流電流、所有 變電站入地的直流電流、W及所有管道上流進(jìn)和流出的電流共同產(chǎn)生的：
[0031]
[0032] 其中，Id為直流接地極的入地電流，Ik為第k段管道上流進(jìn)或流出的電流，It為第t 段管道上流進(jìn)或流出的電流，IS為流過(guò)變電站S (S = 1，2，3，……，n)的直流電流。
[0033] 在原來(lái)的方法中，由于不考慮變電站入地電流的影響，因此，各段管道的地電位僅 僅是由直流接地極入地的直流電流和所有管道段入地的直流電流共同產(chǎn)生的，即：
[0034]
[00巧]符號(hào)所表示意義的同上。
[0036] 直流輸電系統(tǒng)W大地為回路的運(yùn)行時(shí)，巨大的電流由直流接地極流入大地，運(yùn)些 電流在地中形成的電流場(chǎng)在很大范圍內(nèi)造成了地電位明顯的差異。由于各交流變電站的地 電位不同，各變電站之間存在電位差，當(dāng)變電站變壓器中性點(diǎn)接地時(shí)，交流系統(tǒng)中便會(huì)有直 流電流流過(guò)。因此，對(duì)于由輸電線路和變壓器的直流電阻構(gòu)成的地上電阻網(wǎng)絡(luò)，各變電站的 地電位相當(dāng)于與其相連的電壓源。上述變壓器不僅僅包括了交流電網(wǎng)中各變電站內(nèi)變壓 器，還包括了直流換流站內(nèi)的各變壓器。根據(jù)上述原理，建立輸電線路和交流電網(wǎng)中各個(gè)變 電站變壓器的直流電阻構(gòu)成的變電站網(wǎng)絡(luò)模型，如圖1所示，每個(gè)變電站與直流接地極形成 一個(gè)W上第一回路，第一回路還包括相互串聯(lián)的直流接地極和變電站之間的轉(zhuǎn)移電阻、變 電站的接地電阻W及變電站和其他任一變電站之間的轉(zhuǎn)移電阻。
[0037] 在圖1中，vgi、ygj和ygk分別為變電站i、變電站j、變電站k的地電位，護(hù)ij和聽(tīng)k分別 分別為線路ij和線路化的直流電阻，其值為相應(yīng)線路各回路=相所有子導(dǎo)線的直流電阻并 聯(lián)值，Rgi、Rgj和A分別為變電站i、變電站巧日變電站k的接地電阻。
[0038] 由于所有流入地下的電流都會(huì)在地中產(chǎn)生電位，且管道上流進(jìn)和流出的電流也會(huì) 在各變電站產(chǎn)生地電位的地電位，本發(fā)明公開(kāi)的方法中變電站的地電位是由直流接地極入 地的直流電流、所有變電站入地的直流電流、W及所有管道上流進(jìn)和流出的電流共同產(chǎn)生 的，則變電站i的地電位表示為：
[0039]
[0040] 其中，Id、Ii和Is分別為直流接地極的入地電流、流過(guò)變電站i和變電站S的直流電 流，Ii和Is也就是流過(guò)相應(yīng)變電站變壓器的直流電流，It為第t(t = l，2,3,……，n)段管道上 流進(jìn)或流出的電流;Rgi為變電站i的接地電阻；Rid為直流接地極和變電站i之間的轉(zhuǎn)移電 阻;Ris為變電站s(s = l，2,3,……，n，s聲i)和變電站i之間的轉(zhuǎn)移電阻，也就是當(dāng)單位電流 由直流接地極或變電站S入地時(shí)在變電站i產(chǎn)生的地電位;Rit為第t段管道和變電站i之間的 轉(zhuǎn)移電阻，也就是當(dāng)單位電流由第t段管道入地時(shí)在變電站i產(chǎn)生的地電位。
[0041] 現(xiàn)階段方法中由于不考慮管道的影響，因此，各變電站的地電位僅僅是由直流極 入地的直流電流和所有變電站入地的直流電流共同產(chǎn)生的：
[0042]
[0043] 符號(hào)表示同上。
[0044] 通過(guò)上述過(guò)程，可W表示出變電站網(wǎng)絡(luò)模型中所有變電站的地電位，W及管道模 型中所有小段管道的地電位，聯(lián)立所有的地電位表示方程，采用節(jié)點(diǎn)電位法，則可W得到交 流電網(wǎng)和管道共同存在時(shí)的交流電網(wǎng)和管道上的電流分布，再由該電流分布獲得流入交流 變壓器的直流電流和管道上的電壓分布等。
[0045] 為更清楚的理解本發(fā)明公開(kāi)的方法，W及了解本發(fā)明公開(kāi)的方法與現(xiàn)階段方法的 差別，下面提供一個(gè)具體的實(shí)施例:廣東魚(yú)龍嶺接地極50km內(nèi)電網(wǎng)和管道為例對(duì)比分析計(jì) 算。
[0046] 魚(yú)龍嶺接地極注入電流3000A，管道考慮已有的西氣東輸和廣東管網(wǎng)管道，最遠(yuǎn)離 魚(yú)龍嶺接地極200km?！廊绤?shù)如下表所示： r00471
[0048]經(jīng)過(guò)計(jì)算，考慮和忽略管道影響的變電站偏磁電流如表1所示。由表1可看出，在運(yùn) 些數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中，平均誤差達(dá)到8.7 %，更甚者兩者之間誤差最大能達(dá)到25%，進(jìn)而從此數(shù)據(jù) 分析可知，管道的存在對(duì)電網(wǎng)變電站偏磁電流的影響是較大的。電網(wǎng)的存在對(duì)管道管地電 位分布影響不大，但因此針對(duì)變電站偏磁電流分析，統(tǒng)一考慮電網(wǎng)和管道進(jìn)行計(jì)算是必要 的。
[0049] 要1亦由社偏勵(lì)由、涼A管娃里 [(K)加 ]
[0化1 ]
[0052] 進(jìn)一步，通過(guò)對(duì)直流接地極50km范圍內(nèi)管道的地電位進(jìn)行計(jì)算分析，得出：在不考 慮交流電網(wǎng)的情況下，管道地電位計(jì)算結(jié)果最大169.3V;在考慮交流電網(wǎng)的情況下，管道地 電位計(jì)算結(jié)果最大僅為162.83V。由此可知，交流電網(wǎng)在分析直流輸電線路接地極入地電流 對(duì)管道的影響時(shí)，是具有一定作用的。
[0053] W上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可W有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、 等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種直流接地極對(duì)交流電網(wǎng)和油氣管道影響的統(tǒng)一計(jì)算方法，其特征在于，包括： 建立變電站網(wǎng)絡(luò)模型，所述變電站網(wǎng)絡(luò)模型包括:輸電線路、交流電網(wǎng)中各變電站內(nèi)變 壓器的直流電阻以及直流換流站內(nèi)各變壓器的電阻； 建立由金屬埋地管道構(gòu)成的管道模型； 確定金屬埋地管道泄漏電流在所述變電站網(wǎng)絡(luò)模型中產(chǎn)生的第一附加電位，結(jié)合所述 第一附加電位計(jì)算所述變電站網(wǎng)絡(luò)模型中所有變電站的地電位； 確定交流電網(wǎng)中性點(diǎn)接地處的入地電流在所述管道模型中產(chǎn)生的第二附加電位，結(jié)合 所述第二附加電位計(jì)算所述管道模型中金屬管道的地電位； 所有變電站的地電位和管道的地電位聯(lián)合求解，得到所述變電站網(wǎng)絡(luò)模型和所述管道 模型的電流分布； 根據(jù)所述電流分布，獲得流入變電站內(nèi)變壓器的直流電流、以及金屬埋地管道上的電 壓分布。2. 如權(quán)利要求1所述的直流接地極對(duì)交流電網(wǎng)和油氣管道影響的統(tǒng)一計(jì)算方法，其特 征在于，所述變電站網(wǎng)絡(luò)模型中，每個(gè)變電站與直流接地極形成一個(gè)以上第一回路，所述第 一回路還包括： 相互串聯(lián)的直流接地極和變電站之間的轉(zhuǎn)移電阻、變電站的接地電阻以及變電站和其 他任一變電站之間的轉(zhuǎn)移電阻。3. 如權(quán)利要求2所述的直流接地極對(duì)交流電網(wǎng)和油氣管道影響的統(tǒng)一計(jì)算方法，其特 征在于，所述建立由金屬埋地管道構(gòu)成的管道模型包括:將管道分為若干小段管道； 在所述管道模型中，每個(gè)小段管道與地面連接構(gòu)成一個(gè)第二回路，所述第二回路還包 括： 相互串聯(lián)的防腐層電阻、直流接地極和小段管道之間的轉(zhuǎn)移電阻以及互電阻，所述互 電阻為小段管道和其他任一小段管道之間的轉(zhuǎn)移電阻。4. 如權(quán)利要求3所述的直流接地極對(duì)交流電網(wǎng)和油氣管道影響的統(tǒng)一計(jì)算方法，其特 征在于，第一回路還包括任一小段管道和所述第一回路中變電站之間的轉(zhuǎn)移電阻。5. 如權(quán)利要求3所述的直流接地極對(duì)交流電網(wǎng)和油氣管道影響的統(tǒng)一計(jì)算方法，其特 征在于，第二回路還包括任一變電站和所述第二回路中小段管道之間的轉(zhuǎn)移電阻。6. 如權(quán)利要求1所述的直流接地極對(duì)交流電網(wǎng)和油氣管道影響的統(tǒng)一計(jì)算方法，其特 征在于，在所述聯(lián)合求解中采用節(jié)點(diǎn)電位法。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK106021866SQ201610305084
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月10日
【發(fā)明人】張波, 廖永力, 曹方圓, 李銳海, 何金良, 孟曉波, 莊池杰, 曾嶸
【申請(qǐng)人】清華大學(xué), 南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司