基于深层大地电阻率的直流偏磁电流特征分析

直流输电的入地电流在大地中分布会造成变压器直流偏磁和埋地金属管道腐蚀问题,从而对电网设备和直流极附近环境产生影响。基于复镜像法提出直流输电入地电流在多层水平大地中的分布模型,利用该模型计算了直流电流在大地中的分布规律,并通过与CDEGS仿真结果对比验证了模型的正确性。结果表明:中国不同地区浅层5 km范围内大地中分布的直流电流总量不超过总入地电流的40%;直流输电输送距离在数百km以上时,会有超过50%的入地直流电流进入100 km深层的大地;并从理论上证明了直流输电的入地电流倾向于在大地深处分布的现象。实测的湖北、青海、浙江和广东四省区大地电阻率数据表明,湖北大地电阻率总体较低,其余地区均存在地下高阻层。运用等效直流偏磁电流的概念分析湖北、浙江和广东三省区的直流偏磁风险,表明地下存在高阻层的地区风险较高。综上所述,只有考虑了深层大地电阻率分布,才能正确计算交流电网的直流电流分布,深层大地存在高电阻率的区域是导致变压器直流偏磁的主要原因。     

深层大地电阻率对交流电网直流电流分布的影响

深层大地电阻率过高可能导致直流输电入地电流在交流电网中大量分布,诱发变压器直流偏磁危害。有鉴于此,通过大地电磁法测量深层大地电阻率分布从而取得水平多层大地电阻率结构参数,再利用复镜像法计算直流输电入地电流在多层水平土壤中的电位和电流密度,以评估深层大地电阻率对交流电网直流电流分布的影响。结果表明,只要离开直流极超过3倍直流极尺寸区域,点源可以代替具体的直流极进行电场/电位分布的计算。如果要分析直流电流在交流电网中的分布,必须要按实际大范围的大地电阻率参数来进行分析。最后以湖北电网的直流电流分布仿真结果与变压器中性点直流电流测量为例说明准确的深层大地电阻率对正确计算交流电网直流电流分布的重要性。     

高压直流圆环形接地极电位数值模拟及影响因素分析

在远距离高压直流输电系统中,强大的直流电流流经接地极注入大地时,会在极址土壤中形成一个恒定的直流电流场,因此会出现大地电位升高。进而,当地面跨步电压和接触电势等超过允许值的情况下会带来一系列危害。因此,了解接地极在三维地电环境下产生的电位分布十分有必要。计算了水平圆环形接地极在均匀半空间条件下的电位解析解,并采用有限差分法实现三维复杂地电模型下接地极电位数值模拟。最后,通过建立简化的大地三维电阻率数学模型,如高低阻水平层状或半层状模型、与源距离不同三维高低阻长方体模型、下边界不断延伸的三维低阻长方体模型、高低阻倾斜或直立断裂构造模型等带入程序模拟得到相应的电位分布,从而分析各种模型对电位分布的影响,以期对极址的选择提供参考。     

高压直流输电接地极电流场相关问题研究

介绍了高压直流接地电流场相关概念,主要阐述了接地、入地电流和跨步电压及其相关指标;指出在接地极设计过程中,应考虑接地极周围土壤电阻率、相关接地参数的计算以及接地极型式选择等方面的问题;阐述了高压直流输电接地极入地电流产生的电流场对变压器和系统交流电网的偏磁影响、接地极装置及地下金属管网的腐蚀以及对电气化铁路的电磁影响,并概述了相应的抑制措施,包括进行变压器及交流电网直流偏磁的治理,地下金属管网及接地装置腐蚀的防护,同时也探讨了共用接地极模式的可行性;最后指出了建立大地二维乃至三维电场模型的重要性,指出只有考虑大地横、纵向差异,更精确地了解大地电性结构,进而准确地计算直流接地极周围地电流场分布,才能更好地满足我国建设超特高压直流输电工程的要求。     

考虑深层大地电阻率的交流系统直流网络模型

直流输电入地电流在大型交流电网中的分布因素复杂,从交流电网元件的直流模型出发,详细论述了输电线路、变压器、变电站/换流站、杆塔-避雷线系统的建模要素,并给出了交流电网直流电流分布的求解方法。以一个两站系统对比了该求解方法和其他标准软件的计算结果,表明了该方法的正确性。以湖北电网的直流电流分布建模和求解为案例,给出在考虑深层大地电阻率参数情况下,地表电位分布和变电站间相互电位耦合的计算公式,并结合湖北电网的变压器中性点直流电流的现场测量数据,说明考虑深层大地电阻率参数情况下直流电流分布的计算结果较过往的经典模型具有更高精度。     

直流接地极入地电流对交流变压器的影响

为了确定直流接地极入地电流对交流电网中有效接地的变压器运行产生的影响程度,通过采用物探法和电流注入法相结合的方法,或根据接地极实际入地电流在地面产生的电位分布测量结果经反演拟合的方法,建立了能够真实反映大地特性的极址电性模型并仿真计算了流入各变压器直流电流值;在直流工程接地极调试期间,对典型电站有效接地变压器测试获得主变中性点最大直流电流达22 A;分析了直流电流对变压器运行影响的机理及因素后确定流入变压器的直流电流≤2倍的空载电流。研究结果为直流接地极入地电流对变压器影响的评估提供了方法和依据。     

考虑海洋影响的直流输电单极大地运行时变压器中性点直流电流研究

考虑海洋影响的直流输电单极大地运行时变压器中性点流过的直流电流与陆地土壤模型计算的结果有很大不同。海洋介质的面积大于陆地而电阻率远小于陆地土壤，它对附近大地电位的分布有影响，离海洋越近，陆地电位降得越快，进入海洋层后电位迅速降到零电位附近。根据500 kV电网实际模型，考虑土壤模型和海洋影响后对直流电流的分布进行仿真比较表明，处于距离接地极较远的海边厂站变压器中性点会流过较大的直流电流。这是由于海洋造成电站电位降低，而导致进入交流电网中的直流电流较多地从低电位的厂站流出交流系统。仿真结果很好地解释了岭澳、大亚湾核电站变压器中性点流过较大直流电流的现象。     

土壤结构对流入变压器中性点直流电流的影响

当直流输电系统单极大地回路运行时，会在直流接地极附近的中性点接地变压器中流过较大直流电流，从而导致变压器直流偏磁等一系列后果。采用复合分层土壤结构模型，基于特定的计算模型，对直流接地极流入直流电流时引起的地中电流场分布和地电位分布进行计算，分析流入变压器中性点的直流电流。同时通过改变土壤结构模型参数，分析不同土壤结构配置下流入变压器中性点直流电流的变化。研究表明，土壤结构对流入变压器中性点的直流电流影响较大，因此在精确计算流入变压器中性点的直流电流时应考虑土壤情况的复杂性。研究结果为实际工程中直流接地极附近变电站选址提供理论参考。     

交流电网直流电流分布仿真软件的开发

为量化分析高压直流输电入地电流(简称直流电流)在交流电网内的分布,提出了直流分布的完整理论分析模型,实现了变电站地下网络的Thevenin等效;借助潮流计算数据取得交流电网的接线信息,开发了潮流计算接口,解决了现代大型交流电网接线运行方式的数据输入问题。运用随机模拟试验方法探讨交流电网直流分布的机理,分析了交流电网内的直流电流的分布规律:交流电网规模越大直流电流分布越广;杆塔-避雷线系统的存在会使交流电网直流电流分布密集;采用抑制措施后交流电网局部直流电流分布可能更加密集,但直流电流分布总量下降。仿真软件适用于大型交流电网直流电流分布的预测计算和抑制措施的仿真评估,可以为更好地分析、预报和抑制直流电流分布及其不良影响提供参考。     

直流接地极近区三维大地电阻率模型建立方法

大地电阻率模型不准确是造成对直流输电接地极极址周边地面、地下导电体以及交流电网影响评估不准确的主要原因。根据接地极电流产生的地表电位(earth surface potential,ESP)具有以接地极为中心类同心圆分布的特点,利用地壳/上地幔历史电磁测深数据、资料和直流接地极工程选址设计电磁测深数据、资料,提出评估接地极近区ESP分布的大地电阻率三维模型建立方法。利用?800 k V天中直流输电工程哈密接地极周边交流电网直流偏磁电流(DC biasing current,DCBC)的实测数据,证明利用大地电阻率三维模型计算的电网DCBC准确、可靠,所建模型对接地极选址设计和电网DCBC治理方案优化都有重要意义。     

HVDC单极大地运行时土壤结构对地电位和地中电流分布的影响

推导了复合分层土壤结构模型的格林函数，计算了HVDC以大地为回路单极运行所致的入地直流电流引起的土壤地电位分布和地中电流分布，分析了不同土壤结构配置下流入变压器中性点直流电流的变化。研究结果表明，土壤结构对流入地电位分布和地中电流分布影响较大。此外，当直流极靠近海岸时，海水是一个要加以考虑的重要因素。     

锦屏—苏南特高压直流输电入地电流在四川电网内分布的预测分析

为探讨交流电网直流电流分布的机理,在理论分析基础上建立了直流电流分布的计算模型。以2014年规划运行方式为基准,预报和分析锦屏－苏南±800 kV特高压直流输电工程4 950 A入地电流在四川电网内的分布规律和各变电站遭受直流偏磁的风险。计算结果表明四川电网受影响的站点主要是分布在直流极附近方圆120 km范围内。最后还特别探讨了锦屏－苏南±800 kV特高压直流输电对四川电网待建的特高压变电站的影响和后续抑制方案,分析表明这方面的问题并不突出。     

特高压混合三端直流输电系统换流站电流转移抑制策略

特高压混合多端直流输电系统需要具备有效的换流站电流转移抑制策略,尤其针对阀组投退过程,应避免因过流而触发暂时性闭锁。基于特高压混合三端直流输电系统,提出了2种采用受端直流电流作为控制量的电流转移抑制策略：基于直流电流-直流电压偏差量的电流转移抑制策略控制对象为阀组的直流电压;基于直流电流-直流功率偏差量的电流转移抑制策略控制对象为交流有功功率。然后基于PSCAD/EMTDC搭建了特高压混合三端直流输电系统的仿真模型,通过对比采用策略前、后系统的动态特性验证了所提抑制策略的有效性,并对比了2种电流转移抑制策略性能的优劣。仿真结果表明,投阀时基于直流电流-直流电压偏差量策略的抑制过流性能更为优越,退阀时基于直流电流-直流功率偏差量策略的抑制效果更为优越。     

考虑深层大地电阻率的广域电流场数值计算

我国直流输电发展迅速,直流输电单极大地回线运行时入地的直流电流引发了严重的电磁兼容危害。从问题的普遍性出发,提出了考虑深层大地电阻率的广域电流场数值计算方案,开展了基于自适应采样的复镜像法进行复杂结构的水平多层大地格林函数的高精度计算。所提供的实用新思路有助于深入分析入地直流电流引发的电磁兼容危害。     

酒—湖线对湖南电网变压器的直流偏磁影响研究

为分析酒—湖特高压直流输电工程产生的直流偏磁对湖南电网的影响,本文基于场路耦合方法,建立湖南交流电网直流电流分布模型,实测获得湖南地区典型土壤电阻模型;通过建立测试模型,验证建模方法的有效性;计算直流接地极注入5 000 A入地电流后湖南电网220kV及以上变电站的直流偏磁情况,并对计算结果进行讨论。     

特高压直流接地极周边地表电位分布计算与敏感性参数研究

特高压直流输电工程单极大地运行时产生的地表电位分布对交流系统存在不利影响,为确保其安全稳定运行。文中对特高压直流接地极周边实际的土壤分布情况进行建模,采用行波法与镜像法对周边地表电位的分布进行计算。在MATLAB编写计算程序,比较水平分层和复合高山土壤模型地表电位分布规律;同时通过改变复合高山土壤模型参数,分析研究影响地表电位的敏感性参数。研究表明,以复合高山土壤模型计算地表电位后得到的电流分布基本与实测电流值相符;在距离直流接地极较近的复合高山土壤模型中浅层土壤厚度与电阻率、高山电阻率对地表电位的影响最为敏感,深层土壤电阻率影响次之,直流接地极埋深、高山宽度影响最小。     

基于ANSYS的陕北换流站直流接地极地电位分布计算

在特高压直流输电（UHVDC）工程规划设计阶段需要进行地表电位的分布计算,参考了陕北换流站工程中府谷大柳树墕村接地极大地电磁测深（MT）法实测的大地分层电阻率数据,建立了6层大地土壤分层模型,并应用ANSYS计算了在额定运行工况下接地极方圆100km范围内的大地电位分布。结果表明,接地极方圆2km范围内地电位下降迅速,不应规划建设电力、通信、铁道及管道等设施。所得陕北换流站地区已建及远景规划的各变电站及电厂的地电位分布结果,可对陕湖特高压直流输电工程单极运行调试提供参考。     

多回直流输电系统地下电流场对长三角地区电网的影响

直流输电线路在系统调试或发生故障情况下,会处于单极大地回路运行方式.从而可能造成部分交流输电系统中的变压器处于直流偏磁状态.针对长三角地区电网随后将有多条特高压直流落点的情况,提出了分析直流单极大地运行时流过交流系统的直流电流分布的数值计算方法,运用该计算方法分析了本区域直流线路以大地为回路运行时,对接地极周围500 kV及220 kV电网可能造成的影响,并提出了缓解直流偏磁的措施.     

直流接地极引起的电气化铁路牵引变压器直流电流计算

为研究直流接地极对电气化铁路的影响,基于CDEGS软件建立了云—广±800 kV特高压直流输电工程鱼龙岭接地极及临近京广电气化铁路的仿真模型,分析了牵引变电站供电臂沿线轨道电位分布,计算了流经电气化铁路牵引变压器的直流电流,并研究了影响该直流电流大小的各个因素。分析结果表明,在同极性单极大地返回运行工况下,流过牵引变压器的直流平均电流为19.7 A,已超过普通电力变压器允许限值;流经牵引变的直流电流与接地极入地电流同向变化,接地极离铁路轨道越近,引起的直流电流越大,且接地极位于供电臂中垂线上时引起的直流电流最小。研究结果为直流输电工程接地极及铁路轨道设计提供了参考。     

基于场路直接耦合模型的交流电网直流偏磁电流分布研究

直流输电系统单极大地方式运行会导致交流系统部分变压器处于直流偏磁状态。基于场路直接耦合方法,建立了±800 k V溪浙和±800 k V灵绍特高压输电工程的直流偏磁计算模型,确定了建模范围和地网参数,并对土壤模型进行了修正,将直流偏磁电流计算值与现场测试结果进行了对比,测试站点的总的相对平均误差≤5%,验证了计算模型的准确性。进一步计算分析了单极大地运行方式下,直流接地极周围110 k V及以上电压等级变电站中变压器的直流偏磁电流分布规律,结果表明:站点的直流电流随着站点与直流接地极之间距离的增加而减小;多台变压器并列运行时,流过每台变压器的直流电流将大幅度下降;首末站点间跨度增大时,流经两站点的电流将增大。研究可为大型交流电网直流电流分布计算和直流偏磁治理提供参考。