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直流输电和磁暴引起变压器直流偏磁的相关研究

肖冬  
【摘要】: 我国交直流输电建设加快,电网联结日趋紧密,网架结构也越来越坚强,传统上认为,网络并联越紧密,它的稳定性、经济性就越好。但国内外经验教训表明:面对直流输电地电流和的地磁感应电流威胁时,联结紧密的电网反而更加脆弱。 直流输电采用单极大地回路方式运行时,一部分大地回路电流从一端的变压器接地的中性点流入电网,再从另一端变压器接地点流出。磁暴发生时,变化的地球磁场在土壤电阻率较高地区可引发每公里几伏到十几伏的电势差(Earth Surface Potential, ESP),这个电势差也会在电网中形成一个频率为0.001~0.1Hz的交流(准直流)地磁感应电流。流经变压器中性点的直流或准直流电流会引起变压器直流偏磁,导致变压器不正常工作、损坏,甚至威胁电力系统的安全运行。 直流输电和磁暴已经给国内外交流电网的安全运行带来威胁,故分析它们引起的地表电位分布和可能流过变压器中性点电流的大小很有必要。本文采用有限元方法,分析了直流输电单极运行时接地极附近的地表电位分布的特征,并通过简化的大地电阻率数学模型,定性地分析了多种情况(地形、大地各层电阻率、接地极设计和多个接地极共同作用)对地表电位分布的影响。另外由于大地导电条件复杂,传统方法很难计算出有实际价值意义的可能流过变压器中性点的电流值。文中根据等效阻抗的概念和逆向求解的思路,提出一种计算流过变压器中性点直流电流的新方法。本文总结了已有的磁暴引起的ESP计算模型,而且探讨了计算磁暴引起的ESP的有限元模型。 变压器直流偏磁是直流输电和磁暴对电力系统最主要、最直接的影响。本文利用有限元方法仿真了变压器的直流偏磁现象,计算分析了直流偏磁下空载励磁电流的波形,磁通分布。比较了单相三柱和三相三柱变压器抗直流偏磁的能力。 最后总结了现在电力系统中已有的抑制变压器中性点电流的措施,以及磁暴时电网中降低GIC影响的电力系统的调度操作。


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