特高压直流接地极选址及受端电网结构偏磁电流抑制策略研究

常规的特高压直流接地极选址及受端电网结构偏磁电流抑制方法主要使用CDEGS软件确定电流抑制修正关系,易受接地极电位差变化影响,导致不同测点的偏磁电流过高,因此需设计一种特高压直流接地极选址及受端电网结构偏磁电流抑制策略。根据地质构造及断裂关系生成特高压直流接地极选址流程,设计受端电网结构偏磁电流抑制算法,从而完成特高压直流接地极选址及受端电网结构偏磁电流抑制。实验结果显示设计的直流接地极选址及电网结构偏磁电流抑制策略的各个测点的偏磁电流较小,表明该策略抑制效果较好、可靠性高,有一定的应用价值。     

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。     

特高压直流接地极线路内部过电压机理及特性分析

接地极线路是特高压直流输电系统的重要组成部分,为对特高压直流接地极内部过电压机理及特性进行分析,介绍了接地极线路电压响应传递函数,使用电力系统分析软件MATLAB Sim Power System建立了±800 k V宾金直流工程过电压计算模型,对紧急停运、接地极线路单侧接地、直流系统高压侧接地3种情况下接地极线路的内部过电压进行了比较,重点分析了高压侧接地点位置、直流滤波器、高压直流线路长度、接地极线路长度对单极故障下接地极线路内部过电压的影响。分析表明高压侧接地所导致的接地极线路内部过电压最严重;接地极线路长度、直流线路长度和高压侧故障点位置影响接地极线路内部过电压幅值和频率,直流滤波器则决定了过电压振荡频率;直流接地极线路绝缘水平应根据直流工程具体情况确定。     

特高压直流单极故障引发送端接地极引线过电压计算方法及影响因素分析EI北大核心CSCD

接地极引线是特高压直流输电系统的重要组成部分,其运行状态与特高压直流输电工程运行的可靠性密切相关。针对特高压直流单极故障后接地极引线所出现的过电压风险,研究了过电压幅值及振荡频率的计算方法,并基于仿真算例探讨了影响过电压幅值及振荡频率的影响因素。首先,计及特高压直流一次系统以及控制系统行为,推导了特高压直流单极故障后接地极引线首端电压扰动的传递函数,提出了基于传递函数求解过电压峰值及电压振荡频率的方法。其次,利用西南某实际±800k V特高压直流系统实际录波,验证了传递函数的有效性。最后,基于仿真算例分析了直流线路故障位置、接地极引线的长度、电流控制器参数以及故障前直流的正常运行电压等因素对故障后接地极引线过电压峰值及振荡频率的影响。     

特高压直流保护动作策略优化

特高压直流输送容量大,一极停运对两端交流系统的冲击很大,且导致单极大地回线运行,很大的入地直流电流对交流系统及附近的金属件产生不利影响,尤其对在运的换流变以及换流站近端的变压器产生直流偏磁,威胁换流变及变压器的安全运行。文中对特高压直流保护中的换流器差动保护、接地极线过负荷保护、接地极线不平衡保护以及线路重启逻辑的动作策略进行了优化,可大大缩短上述保护动作一极闭锁后单极大地回线运行的时间,减少流入大地的直流电流对交流系统、金属件、换流变及变压器的影响;并针对接地极引线增加了接地极线差动保护和接地极线差动监视报警功能,提高了接地极线的保护水平。文中的策略已应用于哈郑、灵绍直流工程,现场试验效果良好。     

特高压直流单极故障引发送端接地极引线过电压计算方法及影响因素分析

接地极引线是特高压直流输电系统的重要组成部分,其运行状态与特高压直流输电工程运行的可靠性密切相关。针对特高压直流单极故障后接地极引线所出现的过电压风险,研究了过电压幅值及振荡频率的计算方法,并基于仿真算例探讨了影响过电压幅值及振荡频率的影响因素。首先,计及特高压直流一次系统以及控制系统行为,推导了特高压直流单极故障后接地极引线首端电压扰动的传递函数,提出了基于传递函数求解过电压峰值及电压振荡频率的方法。其次,利用西南某实际±800k V特高压直流系统实际录波,验证了传递函数的有效性。最后,基于仿真算例分析了直流线路故障位置、接地极引线的长度、电流控制器参数以及故障前直流的正常运行电压等因素对故障后接地极引线过电压峰值及振荡频率的影响。     

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。     

基于薄壳理论的直流接地极电热动态耦合有限元模型

超/特高压直流输电工程中共用接地极技术的应用日趋普遍,单极大地运行方式下直流接地极承载的入地电流大幅增加。考虑直流接地极散流时土壤中温度场和电场的相互影响,准确计算其接地参数及电流场分布是直流接地极优化设计及后续相关课题研究的基础。提出了基于薄壳理论的直流接地极电热动态耦合有限元数值计算方法。在土壤中恒定电场与温度场耦合的基础上,分别通过将土壤电参数和热参数:电阻率、比热容和热导率设置为上一时刻该单元土壤温度的函数,实现由时变的温度分布控制土壤参数,准确地模拟散流过程中土壤电场、热场相互影响、相互耦合的动态过程;同时在数值计算过程引入"薄壳"理论,将接地导体用具有一定虚拟厚度的二维面代替,采用三角形单元离散,解决了直流接地极截面尺寸与求解区域差异巨大而带来的计算量大、求解困难的问题。最后,将数值计算结果与文献试验测量结果对比,验证了文中算法的有效性。并基于文中算法分析了土壤参数温度特性对接地极性能的影响,认为考虑土壤参数温度时变特性时,在一定范围内,较高土壤电阻率地区直流接地系统的接地电阻随运行时间有较明显的增大现象。     

特高压直流入地电流对附近杆塔地网腐蚀评估

为了有效开展直流入地电流对交流电网的影响评估,指导特高压直流接地极工程的选址建设,以国家电网公司正在建设的±800kV某特高压直流输电工程接地极(址)及邻近500kV交流输电线路杆塔实际参数为例,采用接地仿真计算软件建立了相应的极址土壤模型和线路电气模型,对流入输电线路各杆塔接地体的直流电流及分布特性进行了全面、系统的研究,根据接地极在设计寿命内的总安时数和运行方式计算得到了单基杆塔接地体的腐蚀量,分析表明杆塔地网腐蚀量与接地极运行的安时数、流出该基杆塔接地体的电流值以及使该基杆塔接地体电流流出时接地极的运行时间成正比,且主要集中在接地体的末端,建议应根据极址土壤电阻率参数和系统额定电流来确定接地极与输电线路的最小距离要求。该成果可用于指导直流接地极设计中类似问题的研究。     

金中直流马鞍山接地极对周边变压器的影响分析

分析金中直流输电工程马鞍山接地极对周边变压器的影响。提出了马鞍山接地极周边变压器中性点直流电流分布计算模型,并运用CDEGS软件对接地极周边变电站的地电位和流过变压器中性点的直流电流进行仿真计算。计算结果表明,接地极周边变压器的中性点直流偏磁电流均小于允许值,接地极对周边变压器无不利影响。     

直流大地运行时交流系统直流电流分布的预测方法

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电流运行方式。当直流输电系统的大地回流很大时,可能造成部分交流输电系统中的变压器处于偏磁状态。该文提出了分析直流大地运行时交流系统直流电流分布的数值方法。该方法使用矩量法分析复杂大地结构中由直流接地极、交流变电站接地网及其它埋地金属管道构成的多接地系统所产生的地中电流场。同时将电路理论与矩量法相结合,从而将多接地系统与地上交流输电网络联系起来。分析了贵广直流输电线路以大地为回路运行时,直流电流在广东春城变电站周围220kV及以上电网的分布,并与现场测试结果作了比较。     

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。     

直流接地极及杆塔接地网附近电磁场的有限元分析

高压直流输电系统处于单极大地回线运行方式时,有很大的直流电流通过直流接地极流入大地,这将造成接地极本身及附近输电杆塔接地网的腐蚀。在理论分析接地极和杆塔接地网电磁场的基础上,应用有限元分析软件COMSOL Multiphysics,以德宝直流输电工程千阳接地极为例,建立了多层大地土壤结构下的直流接地极和杆塔接地网数值模型,添加相关边界条件,进行网格划分处理,计算分析了接地极地表电位分布规律,并对杆塔接地网附近电位及泄漏电流密度进行了研究,结果发现:接地极地表电位沿径向距离逐渐降低;杆塔接地网本体上的电位最高,接地网的射线末端泄漏电流密度最大,射线首端的泄漏电流密度最小,接地网矩形与射线的连接处电流密度有突变。该研究对掌握直流接地极及杆塔接地网周围电场分布情况和腐蚀规律,具有重要的意义。     

直流电流密度对土壤电阻率的影响

高压直流输电系统的接地电流在1 000 A以上,为确保直流接地系统的安全运行,该文对直流电流密度与土壤电阻率的关系进行了研究。首先,利用多孔介质模型分析直流条件下土壤的导电机制,得出土壤电阻率的计算公式以及直流电流密度对土壤电阻率的影响规律。然后设计相应的实验进行定量分析,认为离子携带的总电荷数|zi|Ci以及离子迁移能力mi是影响土壤电阻率的主要因素,这种影响可以按直流电流密度的大小分为3个区段,第1个区段内土壤电阻率不随电流密度变化;第2个区段内土壤电阻率随电流密度增大而快速上升;在第3个区段,土壤电阻率随着电流密度的上升而快速下降。文中对造成这种现象的原因进行解释,并建立简化数学模型,该模型可以对不同直流电流密度下的土壤电阻率进行近似计算。     

多层水平土壤地表电位分布的仿真分析

直流输电入地电流可能在交流系统内分布,对变压器和电网安全运行造成一系列不良影响。地表电位（ESP）分布是直流分布的重要参数,为提高数值计算的精度,基于矩阵束方法提出了一种求解格林函数的高阶复镜像法。算例证明了接地标准软件CDEGS在求解奇异格林函数时存在缺陷,高阶复镜像法克服了过往方法的不足,可以精确求解任意参数多层水...     

采用有限体积法的特高压直流输电系统接地极稳态温度场仿真分析

在接地极计算中,需要计算的不仅仅是接地极附近的电流场,由电流场引发的温度场也需要同时计算。为此,介绍了采用有限体积法的特高压直流输电接地极稳态温度场计算方法。首先将场域在3维空间内划分为若干个互不重叠的单元,每个单元用中心点代替;然后根据热平衡方程,推导出描述温度场的离散方程组;最后求解方程,得到场域内所有节点的温度,从而获得稳态温度场中的最高温度。在对同1个模型的稳态温度场计算中,通过比较该算法以及MATLAB计算结果,验证了有限体积法的正确性。将该算法用于实际工程中接地极稳态温度场的计算,通过对比若干组计算结果,得到了土壤最高稳态温升与接地电阻的平方、入地电流的平方成正比,与土壤热导率成反相关的结论。最后对于实际工程的应用中,提出通过减小接地极的接地电阻来减小土壤最高稳态温升的合理建议。     

高压直流输电接地电极及相关问题综述

文中介绍了接地的基本概念,分析了入地电流、跨步电压、最大允许温升以及直流接地极寿命;指出在设计直流接地极时,应考虑土壤电阻率、接地极型式以及接地参数的计算等方面的问题;阐述了直流接地电流对变压器直流偏磁的影响,并提出了抑制措施,如采用深层接地技术,变压器交流出线串联电容器,在变压器中性点装设抑制直流电流的装置等;最后分析了高压直流输电系统的共用接地极模式.     

基于超定线性方程组模型的HVDC地电流计算方法研究

为进一步提高高压直流输电(HVDC)单极大地回路运行时接地极入地电流对周边交流系统影响的计算结果的准确性,提出了基于超定线性方程组模型的HVDC地电流计算方法。该方法充分利用已测量到的直流电流数据,将实测数据建立的附加方程与理论计算模型结合起来对HVDC引起的变压器中性点直流进行评估。推导了回路电流法和节点电压法的超定线性方程组模型,并使用最小二乘法对所得到的超定线性方程组数学模型进行求解从而得到流过变压器中性点直流电流。通过四网孔网络阻抗模型的算例对此方法进行了验证,并与传统模型方法的计算结果进行了比较,比较结果证明此方法简单实用、准确性高,尤其在受现实条件限制而无法获取准确原始数据的条件下,更能体现出此方法的优越性。     

直流电位补偿法抑制变压器直流偏磁的研究

根据直流系统单极大地回线方式运行时变压器的直流偏磁原理,分析比较了现有几种抑制变压器直流偏磁的措施,运用直流电位补偿法原理进行了正、负电位补偿的模拟试验。试验表明直流电位补偿法能在一定程度上抵消系统单极运行流过变压器中性点的直流电流,抑制直流偏磁。且同等条件下正电位补偿电流的利用率大于负电位,但负电位补偿能对地网起到阴极保护作用。此外,还分析了补偿装置的布置及其对周边设施的影响,分析表明直流电位补偿法在现场实施中具有可操作性。     

土壤结构对直流入地电流分流特性的影响研究

高压直流输电系统单极大地回路运行时,从大地返回的直流电流通过接地网流入变压器中性点,从而引起变压器噪声增大、发热加剧等一系列不良后果。利用CDEGS软件对交直流互联系统进行建模仿真,直流输电系统以单极大地回线方式运行时,依据3种土壤分层结构分别计算了流经变压器中性点的直流电流量,得出了交流电网直流电流分布图。仿真结果表明:流经变压器中性点的直流电流因距离接地极的远近而变化,距离接地极越近,流经变压器中性点的直流电流量绝对值越大,近似呈对数函数形式分布;流经交流架空线路的直流电流值与土壤的分层结构、交流电网的拓扑结构以及距离直流接地极的远近相关。