直流偏磁影響的評估與治理技術

1、1直流偏磁影響的評估與治理技術上海電科院 評價中心2016年6月2主要內容主要內容一、站在跨越的新起點 二、直流偏磁的危害三、直流偏磁的評估一、直流偏磁產生原因四、直流偏磁的抑制3一、直流偏磁產生原因一、直流偏磁產生原因4主要內容主要內容一、直流偏磁產生原因三、直流偏磁的評估二、直流偏磁的危害四、直流偏磁的抑制5 產生諧波 增加無功損耗 局部過熱 振動、噪聲加劇 影響互感器特性 繼電保護系統(tǒng)故障二、直流偏磁的危害二、直流偏磁的危害6諧波電流含有率 %二、直流偏磁的危害二、直流偏磁的危害7噪聲測量值噪聲測量值二、直流偏磁的危害二、直流偏磁的危害8地電流其他對電磁環(huán)境的影響對地埋設施的影響 地鐵、

2、輸油管、輸氣管、水管對大地測量的影響 地震、天文二、直流偏磁的危害二、直流偏磁的危害9主要內容主要內容一、直流偏磁產生原因二、直流偏磁的危害三、直流偏磁的評估三、直流偏磁的仿真計算四、直流偏磁的抑制10目前上海地區(qū)擁有直流輸電工程4條，800kV復奉線、500kV宜華、荊楓和葛南線。上海境內直流接地極3處，其中荊楓和葛南共用1個接地極。上海周邊距離較近的還有800kV錦蘇直流和500kV龍政直流。三、直流偏磁的評估三、直流偏磁的評估面臨問題治理之本交直流特高壓同步落地的直流輸電落點多，容量大，與交流電網(wǎng)距離近直流輸電落點多，容量大，與交流電網(wǎng)距離近涉及多電壓等級，直流偏磁影響嚴重，影響電網(wǎng)運行

3、涉及多電壓等級，直流偏磁影響嚴重，影響電網(wǎng)運行統(tǒng)籌兼顧，綜合治理協(xié)調規(guī)劃、建設、運行與改造各階段的不同需求規(guī)劃、建設、運行與改造各階段的不同需求11上海電科院對長三角地區(qū)已開展了10多年的直流偏磁影響方面的研究，通過仿真計算和實測，掌握了上海地區(qū)直流偏磁的影響情況。三、直流偏磁的評估三、直流偏磁的評估 概 況直流地電位分布圖 12三、直流偏磁的評估三、直流偏磁的評估 影響因素 土壤-結構、厚度、電阻率 接地極 交流網(wǎng)絡-接地網(wǎng)、繞組、線路13三、直流偏磁的評估三、直流偏磁的評估 幾種主要方法 直接解法 建立在表征恒流源場的泊松方程上，利用有限元、有限差分、邊界元等方法求解，限于計算區(qū)域的巨大規(guī)

4、模，計算效率較低，單次計算即需要1520分鐘左右，特別是每次求解均需重新形成元素矩陣，完全無法滿足區(qū)域電網(wǎng)抑制措施優(yōu)化計算中動輒上千個方案的優(yōu)選需要14三、直流偏磁的評估三、直流偏磁的評估 幾種主要方法 互阻矩陣法1）互阻抗矩陣的形成工作量巨大，當區(qū)域內有新站建設或地埋工程時，必須重新形成矩陣，計算效率較低；2）該方法主要反映電網(wǎng)內電流分布，地下電流的走向通過互阻抗間接體現(xiàn)，當需要對某地埋工程進行評價時困難重重，且結果不夠直觀15三、直流偏磁的評估三、直流偏磁的評估 幾種主要方法 基于有限元的場路解法 16三、直流偏磁的評估三、直流偏磁的評估 幾種主要方法 基于有限元的場路解法 計算資源：國家

5、超算中心或高校 大地電阻網(wǎng)路的元件個數(shù)為徑向2000*12=24000個，幅向2000*12=24000個，共48000個 ansys+matlab+pspice17 土壤直流地電位分布研究的關鍵三、直流偏磁的評估三、直流偏磁的評估 數(shù)理模型18 交流系統(tǒng)建模等效原則 包括了變壓器的直流電阻和輸電線路的直流電阻。 應考慮自耦變三、直流偏磁的評估三、直流偏磁的評估 數(shù)理模型19三、直流偏磁的評估三、直流偏磁的評估 評估結果2010年，上海地區(qū)主要500kV變電站在各直流單極大地滿負荷運行情況下的直流偏磁評估情況：20三、直流偏磁的評估三、直流偏磁的評估 實測 實測變壓器直流偏磁影響情況仿真計算和

6、實測值比較測試日期分別為測試日期分別為20102010年年3 3月月2 2日和日和5 5月月4 4日日21三、直流偏磁的評估三、直流偏磁的評估 案例 22主要內容主要內容一、直流偏磁產生原因二、直流偏磁的危害三、直流偏磁的評估四、直流偏磁的監(jiān)控四、直流偏磁的抑制23多回直流輸電落點于華東地區(qū)直流單極運行造成的電磁設備飽和后果非常嚴重，一方面直接威脅到設備的安全運行，另一方面影響到大電網(wǎng)的穩(wěn)定運行?，F(xiàn)有技術缺乏體系，偏磁機理、電流分布模型、區(qū)域內抑制措施綜合優(yōu)選等研究嚴重不足，無法支持統(tǒng)一規(guī)劃、建設、運行與改造各階段的不同需求。 意義 四、直流偏磁的抑制四、直流偏磁的抑制 24 直流地電位及偏磁

7、影響評估 仿真與實測、監(jiān)測 直流偏磁抑制方案選擇 適用性、可靠性、經(jīng)濟性 直流偏磁抑制裝置關鍵參數(shù)研究 工程實施及效果評估四、直流偏磁的抑制四、直流偏磁的抑制 一般思路 25四、直流偏磁的抑制四、直流偏磁的抑制 基本要求26電阻型直流抑制裝置的應用是通電阻型直流抑制裝置的應用是通過在變壓器中性點串聯(lián)小電阻，過在變壓器中性點串聯(lián)小電阻，將直流電流限制到偏磁電流限制將直流電流限制到偏磁電流限制值以下的方案。值以下的方案。電阻的要求：l阻值一般在幾個歐姆左右；l并聯(lián)放電間隙、避雷器進行保護四、直流偏磁的抑制四、直流偏磁的抑制 基本裝置27電容型直流抑制裝置的應用是通過電容型直流抑制裝置的應用是通過在

8、變壓器中性點處串聯(lián)大電容，將在變壓器中性點處串聯(lián)大電容，將直流電流完全隔絕的方案。直流電流完全隔絕的方案。電容裝置的要求：l電容容抗要足夠??；l電容兩端應有旁路保護裝置；l電容隔直裝置應有間隙等備用保護；l變壓器運行期間電容應被旁路四、直流偏磁的抑制四、直流偏磁的抑制 基本裝置28 反向注入抑制裝置是通過反向注入抑制裝置是通過在變壓器中性點注入反向的直在變壓器中性點注入反向的直流，以限制偏磁電流的方案。流，以限制偏磁電流的方案。反向注入裝置的要求：l建造良好的接地點，作為補償接地極；l增加整流和濾波元件；l需注意補償?shù)碾娏鞔笮?，避免過度補償四、直流偏磁的抑制四、直流偏磁的抑制 基本裝置29受直

9、流抑制裝置受影響的保護主要包括：l變壓器高壓側后備保護中性點零序方向過流保護；l線路零序電流方向保護；l接地距離保護； 單臺主變中性點接入偏磁抑制裝置的等效圖單臺主變中性點接入偏磁抑制裝置的等效圖 四、直流偏磁的抑制四、直流偏磁的抑制 保護影響30四、直流偏磁的抑制四、直流偏磁的抑制 差異比較31 2010年世博會前，上海受直流偏磁影響較大的500kV交流變電站主要為亭衛(wèi)變，因此對其開展了限制直流偏磁影響的工程治理。選點 四、直流偏磁的抑制四、直流偏磁的抑制 32 上海地區(qū)限制直流偏磁影響全部采用電阻型直流抑制裝置。作用原理裝置原理四、直流偏磁的抑制四、直流偏磁的抑制 原理電阻型直流抑制裝置的

10、思路較為簡單，在回路中串聯(lián)電阻后，流過變壓器的直流電流就會減小，由于特高壓和超高壓輸電系統(tǒng)的直流電阻很小，所以僅僅需要一個很小的電阻就能達到良好的抑制效果。33從理論上而言小電阻只要機械和電氣參數(shù)滿足要求，就能夠長期使用不需任何保護，但是從經(jīng)濟、占地等各方面權衡，可以考慮在小電阻兩端并聯(lián)保護球隙，從而能夠減少瞬時電流對小電阻的沖擊。特點2阻值較小，利于制造，對系統(tǒng)影響小。為減少短路時電阻溫升過高的危險，電阻兩端可配有保護裝置（放電間隙）進行保護。特點1裝置特點 四、直流偏磁的抑制四、直流偏磁的抑制 34亭衛(wèi)變加裝的中性點小電阻技術參數(shù)裝置參數(shù) 電阻的阻值應該綜合考慮變電站直流偏磁影響程度、變壓器直流偏磁耐受能力、對周邊站影響以及經(jīng)濟性等多個因素而確定五、直流偏磁的抑制五、直流偏磁的抑制 352010年，6月27日，在亭衛(wèi)變加裝了小電阻后，進行了直流偏磁影響復測治理效果 五、直流偏磁的抑制五、直流偏磁的抑制 36亭衛(wèi)變安裝了中性點小電阻后，其直流偏磁電流從20A降到了不足1A，治理效果明顯。對于周邊