一種直流系統(tǒng)單極運(yùn)行時(shí)直流偏磁抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種直流輸電的技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，是一種直流系統(tǒng)單極運(yùn)行時(shí)直 流偏磁抑制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在系統(tǒng)調(diào)試、檢修或發(fā)生故障時(shí)，特高壓直流將會(huì)出現(xiàn)單極大地運(yùn)行，在接地變壓 器中可能產(chǎn)生直流電流，該使得直流輸電單極大地運(yùn)行時(shí)，有巨大的直流電流入地，部分直 流電流通過變壓器中性點(diǎn)注入變壓器，使得變壓器鐵巧被直流磁化，磁工作點(diǎn)發(fā)生偏移，弓I 起鐵巧的單方向飽和，引起直流偏磁。直流偏磁會(huì)在變壓器勵(lì)磁電流中，立生諧波，諧波流 入系統(tǒng)將會(huì)造成系統(tǒng)電壓波形崎變、繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作等危害。
[0003] 直流偏磁是造成變壓器振動(dòng)加劇的主要原因。雖然人們對(duì)直流單極大地回路運(yùn) 行方式的負(fù)面影響有所認(rèn)識(shí)，然而在發(fā)生的變壓器振動(dòng)加劇事件表明該種"影響"比預(yù)期 大。從現(xiàn)場監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)可W知道，變壓器的振動(dòng)噪聲與諧波隨著中性點(diǎn)直流電流的增加而 增大，當(dāng)電網(wǎng)中存在直流偏磁電流的時(shí)候，電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行會(huì)受到很大影響和危害。容 易導(dǎo)致電力系統(tǒng)電壓下降；電容器組過載；繼電保護(hù)誤動(dòng)作；電力系統(tǒng)W及變壓器遭受一 定程度的破壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] -種直流系統(tǒng)單極運(yùn)行時(shí)直流偏磁抑制方法，通過對(duì)直流偏磁現(xiàn)象的分析W及對(duì) 直流接地極與交流變壓器接地點(diǎn)間的等效阻抗計(jì)算和對(duì)變壓器模型的分析求解，從而獲得 直流單極運(yùn)行時(shí)的直流偏磁。
[0005] 直流輸電系統(tǒng)在單極大地返回運(yùn)行方式下，大地相當(dāng)于直流輸電的一根導(dǎo)線，流 通的電流為直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行電流，該將引起換流站附近地表電位發(fā)生較大的變化，使 周邊中性點(diǎn)接地變壓器在中性點(diǎn)產(chǎn)生直流分量。其中流經(jīng)兩臺(tái)中性點(diǎn)接地的變壓器的直流 電流分量，取決于兩臺(tái)變壓器所在點(diǎn)的電位，變電站接地電阻、變壓器繞組直流電阻和線路 的直流電阻等因素，當(dāng)流過變壓器每相繞組的直流電流增大達(dá)到一定程度時(shí)，必然會(huì)引起 鐵屯、磁飽和，從而導(dǎo)致勵(lì)磁電流波形發(fā)生崎變，從而引起變壓器發(fā)生直流偏磁。
[0006] 變壓器在空載運(yùn)行時(shí)，電網(wǎng)電壓是正弦波，鐵屯、中的磁通為正弦波。若鐵屯、不飽 和，空載電流也是正弦波。對(duì)于電力變壓器，變壓器在交流過勵(lì)磁的工況下鐵屯、磁通密度 增加，勵(lì)磁電流崎變?cè)黾印Ｕｋ妷夯瘎?lì)磁狀態(tài)下的鐵屯、磁通密度為化，由于鐵屯、勵(lì)磁 特性的非線性，勵(lì)磁電流波形稍有崎變。在交流過電壓U勵(lì)磁狀態(tài)下的鐵屯、磁通密度為 B炬〉化），鐵屯、飽和，工作在更加非線性的區(qū)域，勵(lì)磁電流波形尖峰更加突出，不過此時(shí)正負(fù) 半波是對(duì)稱的。勵(lì)磁電流中除了基波部分，只含有其他高次奇次諧波分量，不含有偶次諧波 分量。
[0007] 由于直流輸電的地電流和GIC存在，變壓器中性點(diǎn)有直流電流的流過，變壓器中 主磁鏈出現(xiàn)直流分量，變壓器在直流偏磁下，直流和交流勵(lì)磁磁通相疊加，形成偏磁時(shí)的總 磁通密度B。與直流偏磁方向一致的半個(gè)周波的磁通密度大大增加，另外半個(gè)周邊的磁通密 度反而減小，所對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁電流波形呈現(xiàn)正負(fù)半波極不對(duì)稱的形狀。
[0008] 直流偏磁效應(yīng)并不是直接由流入變壓器的直流電流產(chǎn)生的直流磁通與原來的交 流磁通相疊加產(chǎn)生的。進(jìn)入變壓器的直流電流產(chǎn)生的直流磁通，由于電工鋼片的磁非線性 特性，交直流磁通疊加后的總磁通會(huì)使電流因崎變形成電流平均值，與此平均電流相對(duì)應(yīng) 的直流磁通，而不是與直流電流直接對(duì)應(yīng)的磁通。再者，由于一般將變壓器設(shè)計(jì)成正常工作 于磁化曲線的膝點(diǎn)，也就是交流磁通已經(jīng)足夠大，因此對(duì)于現(xiàn)代的各種電工鋼片尤其是性 能較好的鋼片來說，能夠存在的直流磁通實(shí)際上不大。該說明，雖然系統(tǒng)中有該樣那樣的原 因會(huì)在變壓器繞組中產(chǎn)生直流電流，但由于鐵磁的非線性，在鐵屯、中可能存在的直流磁通 卻不會(huì)很大。
[0009] 基于直流偏磁效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理，因而需要分析接地極附近地表電位的分布和可能 流過變壓器中性點(diǎn)電流的大小。
[0010] 對(duì)于處于無限大均勻地P中的接地極，接地極導(dǎo)體直徑為d=2a，接地極的直徑 D=2b，經(jīng)接地極流入地中的電流為I。由于接地極的對(duì)稱性，電流I必然沿接地極的周長均 勻流散。
[0011] 當(dāng)b〉〉a時(shí)，電流集中由原導(dǎo)體的軸線散出， 因此沿軸線流散的電流密度天
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種直流系統(tǒng)單極運(yùn)行時(shí)直流偏磁抑制方法，其特征在于，通過對(duì)直流偏磁現(xiàn)象的 分析以及對(duì)直流接地極與交流變壓器接地點(diǎn)間的等效阻抗計(jì)算和對(duì)變壓器模型的分析求 解，從而獲得直流單極運(yùn)行時(shí)的直流偏磁。
2. 如權(quán)利要求1所述的直流系統(tǒng)單極運(yùn)行時(shí)直流偏磁抑制方法，其特征在于，對(duì)于處 于無限大均勾地P中的接地極，接地極導(dǎo)體直徑為d=2a，接地極的直徑D=2b，經(jīng)接地極流 入地中的電流為I，沿軸線流散的電流密度為
3. 如權(quán)利要求2所述的直流系統(tǒng)單極運(yùn)行時(shí)直流偏磁抑制方法，其特征在于，接地極 周圍空間任一點(diǎn)N(r，Θ，Ζ)的電位為
4. 如權(quán)利要求3所述的直流系統(tǒng)單極運(yùn)行時(shí)直流偏磁抑制方法，其特征在于，取 Z=a, r=b，則可得接地極的電位為
由此可得處于無限大且均勻地中的接地極的接地電阻為
當(dāng)接地極深度為h時(shí)，接地極的對(duì)稱電阻系數(shù)為
5. 如權(quán)利要求4所述的直流系統(tǒng)單極運(yùn)行時(shí)直流偏磁抑制方法，其特征在于，由接地 極的周長? = 2#，可得，
由此可以計(jì)算出接地極的等效對(duì)地阻抗。
6. 如權(quán)利要求5所述的直流系統(tǒng)單極運(yùn)行時(shí)直流偏磁抑制方法，其特征在于，變壓器 的電路方程為
為一次側(cè)線圈的匝數(shù)；A為通過一次側(cè)鐵心的磁通；毳為引線電感與電源電感之 和；R為引線電阻與電源電阻之和；4為一次側(cè)的勵(lì)磁電流；&為一次側(cè)加入的直流電壓， 流過每相變壓器繞組的直流電流用下式進(jìn)行計(jì)算：
f/d-&、b兩臺(tái)中性點(diǎn)接間的直流電位差； I?、A -變壓器a、b的接地電阻； 卑一a、b兩變壓器間線路的每相電阻， 變壓器的一次側(cè)端電壓為
-為磁通，Nl為一次側(cè)匝數(shù)
爐n為直流磁通 磁路方程為
1為鐵心中磁路的平均長度，H為磁場強(qiáng)度，N2為二次側(cè)匝數(shù)，i*為直流電流。
【專利摘要】一種直流系統(tǒng)單極運(yùn)行時(shí)直流偏磁抑制方法，通過對(duì)直流系統(tǒng)單極運(yùn)行時(shí)，變壓器發(fā)生的直流偏磁產(chǎn)生機(jī)理以及單極運(yùn)行時(shí)接地電阻的計(jì)算和變壓器模型的分析，從而獲得直流系統(tǒng)單極運(yùn)行的仿真數(shù)據(jù)，以抑制在直流單極運(yùn)行中發(fā)生的直流偏磁現(xiàn)象等。
【IPC分類】H02H9-02
【公開號(hào)】CN104753052
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510179823
【發(fā)明人】馬新攀
【申請(qǐng)人】河南行知專利服務(wù)有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年4月16日