直流偏磁的資料

直流偏磁的資料第1頁/共43頁

*XXXXXXXXXXXXXXXXXX目錄1特高壓直流輸電概述2直流偏磁概述3變壓器直流偏磁研究第2頁/共43頁3

特高壓直流輸電概述1第一部分第3頁/共43頁

*XXXXXXXXXXXXXXXXXX目錄1發(fā)展歷史2研究現(xiàn)狀3技術(shù)特點

特高壓直流輸電概述4主要問題第4頁/共43頁

*XXXXXXXXXXXXXXXXXX1.1發(fā)展歷史特高壓輸電是在超高壓輸電的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，國外研究特高壓輸電至今已有將近四十年的歷史。美國、日本、前蘇聯(lián)、意大利和巴西等國于20世紀60年代末和70年代初相繼開始了特高壓交、直流輸電技術(shù)的研究，并建設(shè)了相應(yīng)的試驗室及短距離試驗線路。國際電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE）和國際大電網(wǎng)會議（Cigre）均在80年代末得出結(jié)論：根據(jù)已有技術(shù)和運行經(jīng)驗，±800kV是合適的直流輸電電壓等級，2002年Cigre又重申了這一觀點。第5頁/共43頁

*XXXXXXXXXXXXXXXXXX1.1發(fā)展歷史20世紀80年代前蘇聯(lián)曾動工建設(shè)哈薩克斯坦—俄羅斯的長距離直流輸電工程，輸送距離為2400km，電壓等級為±750kV，輸電容量為6GW。但由于80年代末到90年代前蘇聯(lián)政局動蕩，加上其晶閘管技術(shù)不夠成熟，該工程最終沒有投入運行。在特高壓直流輸電方面，之前世界上運行電壓等級最高的是巴西伊泰普±600kV級直流輸電工程，第一期工程已于1984年完成，1990年竣工，運行正常。伊泰普水電站全貌第6頁/共43頁

*XXXXXXXXXXXXXXXXXX1.2研究現(xiàn)狀我國特高壓輸電技術(shù)研究始于1986年，在過去的20多年里，我國的科研機構(gòu)在特高壓交、直流輸電領(lǐng)域相繼開展了“遠距離輸電方式和電壓等級論證”、“特高壓輸電前期論證”和“采用交流百萬伏特高壓輸電的可行性”等研究。2006年8月，國家電網(wǎng)公司特高壓直流試驗基地奠基于北京中關(guān)村科技園區(qū)昌平園東區(qū)。第7頁/共43頁

*XXXXXXXXXXXXXXXXXX1.2研究現(xiàn)狀向家壩-上海±800kV特高壓直流輸電示范工程是我國首個特高壓直流輸電示范工程。工程由我國自主研發(fā)、設(shè)計、建設(shè)和運行，是目前世界上運行直流電壓最高、技術(shù)水平最先進的直流輸電工程。國家發(fā)改委于2007年4月以發(fā)改能源【2007】871號文件核準，2008年5月開工建設(shè)，2009年12月12日通過竣工驗收并單極投入運行，2010年整體工程完成試運行，投入商業(yè)運行。第8頁/共43頁

*XXXXXXXXXXXXXXXXXX1.3技術(shù)特點在我國特高壓電網(wǎng)建設(shè)中，將以1000kV交流特高壓輸電為主形成特高壓電網(wǎng)骨干網(wǎng)架，實現(xiàn)各大區(qū)電網(wǎng)的同步互聯(lián)；±800kV特高壓直流輸電則主要用于遠距離、中間無落點、無電壓支撐的大功率輸電工程。特高壓直流輸電的主要技術(shù)特點。與特高壓交流輸電技術(shù)相比，UHVDC的主要技術(shù)特點為：（1）UHVDC系統(tǒng)中間不落點，可點對點、大功率、遠距離直接將電力輸送至負荷中心；（2）UHVDC控制方式靈活、快速；（3）UHVDC的電壓高、輸送容量大、線路走廊窄。第9頁/共43頁

*XXXXXXXXXXXXXXXXXX1.4主要問題我國±800kV特高壓直流輸電面臨以下問題：(1)電磁環(huán)境(2)過電壓與絕緣配合(3)直流偏磁(4)控制保護系統(tǒng)(5)特高壓交直流混合電網(wǎng)的穩(wěn)定性第10頁/共43頁11直流偏磁研究概述2第二部分第11頁/共43頁

*XXXXXXXXXXXXXXXXXX目錄1直流偏磁成因2直流偏磁的影響3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

直流偏磁概述3第12頁/共43頁2023/4/202.1直流偏磁成因定義：特高壓直流輸電換流站中的換流變壓器“直流偏磁”是指由于某種原因?qū)е碌闹绷鞔艅莼虼磐?，以及由此引起的一系列電磁效?yīng)。直流偏磁電流的產(chǎn)生原因主要有：換流站中性點電位升高所產(chǎn)生的流經(jīng)變壓器中性點的直流電流在單極大地回路運行方式時，大地作為直流輸電回路，流通的電流為直流輸電系統(tǒng)的運行電流,在其換流站周圍一定區(qū)域內(nèi)會產(chǎn)生地表電位，使周邊中性點接地變壓器在中性點產(chǎn)生直流分量。第13頁/共43頁2023/4/20太陽表面黑子物質(zhì)產(chǎn)生的太陽風和射線流襲擊地球產(chǎn)生的磁暴2.1直流偏磁成因

地磁場的變化在地球表面誘發(fā)電位梯度，在地面電導率較小的地區(qū)，這一低頻且具有一定持續(xù)時間的電場作用于輸電系統(tǒng)中中性點接地的變壓器時，地表電位梯度將在其繞組中誘發(fā)地磁感應(yīng)電流。該電流頻率在0.001~1Hz之間，可看作近似的直流，其值可達80~100A。第14頁/共43頁2023/4/20此外，產(chǎn)生直流偏磁電流的其他原因還有：觸發(fā)角不平衡換流器交流母線上的正序二次諧波電壓在穩(wěn)態(tài)運行時由并行的交流電流感應(yīng)到直流線路上的基頻電流存在于交流網(wǎng)絡(luò)中電壓和電流關(guān)系曲線不對稱的負載產(chǎn)生的直流分量2.1直流偏磁成因第15頁/共43頁

*XXXXXXXXXXXXXXXXXX2.2直流偏磁的影響變壓器直流偏磁原理圖虛線—有直流分量時的情況實線—無直流分量時的情況磁通曲線勵磁電流曲線變壓器典型Φ-i曲線

由圖可見，有直流分量時勵磁電流發(fā)生了畸變，并且是由變壓器Φ-i曲線端部的非線性引起的。第16頁/共43頁

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直流偏磁對變壓器的影響

由于特高壓直流輸電系統(tǒng)采用大地作回路，加上地磁“風暴”引起的地磁感應(yīng)電流的作用，產(chǎn)生的直流偏磁對整個系統(tǒng)的影響如下，主要是針對換流變壓器而言的。直流偏磁造成勵磁電流增大變壓器振動增大噪音加劇變壓器損耗增加繼電保護誤動作系統(tǒng)電壓下降，電壓波形畸變引起局部過熱第17頁/共43頁

*XXXXXXXXXXXXXXXXXX2.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外十分重視GIC對直流偏磁的影響研究，而國外對由直流輸電單極運行引起變壓器直流偏磁的研究較少。

國內(nèi)對GIC的研究較少,但直流輸電系統(tǒng)引起的變壓器直流偏磁相關(guān)的研究較多。目前，國內(nèi)外在該領(lǐng)域的研究主要在于分析變壓器中性點直流電流入侵后的變壓器本體運行特性以及中性點直流電流的隔離措施。第18頁/共43頁

*XXXXXXXXXXXXXXXXXX2.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

美國國家航空和宇宙航行局發(fā)射了名為ACE(AdvaneedCompositionExplorer)的衛(wèi)星對太空氣象進行監(jiān)測,衛(wèi)星捕捉到帶電粒子運動情況。從這些數(shù)據(jù)預估電力系統(tǒng)所處區(qū)域的GIC的分布情況、地磁擾動的劇烈程度、廣度等,取得了一定進展。芬蘭對中性點串電阻抑制變壓器直流偏磁取得一些成果并應(yīng)用與實際工程中。加拿大魁北克電力公司于1996年對芯式變壓器允許直流電流進行了相關(guān)研究。第19頁/共43頁

*XXXXXXXXXXXXXXXXXX2.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)南方電網(wǎng)技術(shù)中心的趙杰等論證了在變壓器中性點串接電阻器限制地中直流流入的可行性，并從抑制效果和繼電保護角度分析校核了中性點電阻器對系統(tǒng)造成的影響。華北電力大學的馬玉龍等在分析直流網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上提出了基于伴隨網(wǎng)絡(luò)的接地電阻優(yōu)化配置方法。國網(wǎng)武漢高壓研究院的杜忠東等人提出了直流電位補償法原理，并進行了試驗驗證。第20頁/共43頁

*XXXXXXXXXXXXXXXXXX2.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜上所述,直流偏磁現(xiàn)象還有不少問題需要深入研究。例如：中性點直流量的大小;接地電流引起的直流偏磁對變壓器的影響;對中性點直流量進行在線監(jiān)測的裝置設(shè)計;變壓器承受直流偏磁的能力;導致變壓器局部過熱的機理和位置沒有得到共識第21頁/共43頁22變壓器直流偏磁研究介紹3第三部分第22頁/共43頁

*XXXXXXXXXXXXXXXXXX目錄1研究方法概況2電路—磁路模型及結(jié)果分析3Ansoft有限元仿真

變壓器直流偏磁研究介紹4變壓器允許直流量及直流偏磁抑制措施3第23頁/共43頁XXXXXXXXXXXXXXXXXX2023年4月20日243.1研究方法概況對變壓器直流偏磁的研究一般是通過實測建立相應(yīng)的計算模型，進行模擬仿真計算。

詳細計算了由于觸發(fā)不平衡和交流系統(tǒng)正序二次諧波在換流變壓器中產(chǎn)生的直流偏磁電流?！R為民.換流變壓器中直流偏磁電流的計算[J].高電壓技術(shù)利用EMTP軟件計算出直流偏磁時變壓器的勵磁電流，以論證變壓器允許通過的最大直流電流?！娺B宏，陸培均.直流接地極電流對中性點直接接地變壓器的影響[J].高電壓技術(shù)通過網(wǎng)絡(luò)分析計算得出，流過各變壓器繞組的直流電流大小不僅與接地極的距離相關(guān)，同時與極址土壤導電性能、電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接線及其參數(shù)有關(guān)?！B生.直流輸電接地極電流對電力變壓器的影響[J].高電壓技術(shù)對變壓器噪聲、中性線直流電流及變壓器高壓側(cè)諧波電壓進行實測，分析直流偏磁對變壓器的影響。——黃成，呂金壯，劉艷村.廣東電網(wǎng)變壓器直流偏磁問題及其抑制措施[J].廣東輸電與變電技術(shù)第24頁/共43頁XXXXXXXXXXXXXXXXXX2023年4月20日253.1研究方法概況提出了一種在直流偏磁情況下研究變壓器空載的二維瞬態(tài)場路直接耦合有限元分析方法，分析了在不同直流偏磁情況下，變壓器空載狀態(tài)下的心磁感應(yīng)強度、勵磁電流情況。結(jié)果表明，隨著變壓器直流電流的增加，變壓器鐵心飽和度愈高，勵磁電流畸變愈嚴重?！宙i，楊松.直流偏磁對換流變壓器勵磁電流的影響[J].沈陽工業(yè)大學學報通過鐵心的非線性磁化曲線Jiles-Atherton理論，建立了變壓器鐵心的仿真模型并利用該模型分析了直流偏磁大型變壓器開路時勵磁電流的波形特征。仿真結(jié)果表明，隨著流入變壓器的直流電流增加，勵磁電流畸變愈嚴重，并在勵磁電流增大到一定程度后嚴重半周飽和，其諧波分量越來越大且出現(xiàn)隨直流電流增加而快速增長的偶次（主要是2次）諧波?！顣云迹牧暽?，陳慈萱.單相變壓器直流偏磁勵磁電流仿真分析[J].高電壓技術(shù)第25頁/共43頁XXXXXXXXXXXXXXXXXX2023年4月20日263.2電路—磁路模型及結(jié)果分析（1）用電路與磁路相結(jié)合的方法求解系統(tǒng)微分方程組該電路模型滿足的電路方程：圖3.1直流偏磁下的變壓器的等效電路圖第26頁/共43頁XXXXXXXXXXXXXXXXXX2023年4月20日273.2電路—磁路模型及結(jié)果分析三相組式變壓器中單相變壓器的鐵心及其磁路如下圖所示，其磁路方程可寫為：圖3.2單相變壓器的鐵心及其磁路圖第27頁/共43頁XXXXXXXXXXXXXXXXXX2023年4月20日283.2電路—磁路模型及結(jié)果分析（2）直流偏磁下的變壓器勵磁電流波形在變壓器額定電壓下,分別在一次側(cè)對變壓器施加0、10、50、100、150、200V的直流電壓?？蛰d狀態(tài)時單相變壓器的勵磁電流波形如圖所示：當變壓器繞組中有直流電流經(jīng)過時,由于直流電流的偏磁影響,可能使得勵磁電流工作在鐵芯磁化曲線的飽和區(qū),導致勵磁電流的正半波出現(xiàn)尖頂,負半波為正弦波。并且直流電流越大,勵磁電流波形畸變越嚴重,變壓器工作點越趨近于磁化曲線的飽和區(qū)第28頁/共43頁XXXXXXXXXXXXXXXXXX2023年4月20日293.2電路—磁路模型及結(jié)果分析（3）變壓器在不同直流偏磁下的磁鏈波形空載狀態(tài)時,變壓器在不同直流偏磁下的磁鏈波形如圖所示：從上面的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn):隨著直流電流的增加,直流磁通量增加,磁鏈向一側(cè)偏移,因此鐵心在隨時間交變的半個周期內(nèi)飽和程度增加,勵磁電流的畸變越來越嚴重,勵磁電流正半周越來越大,負半周減小至零第29頁/共43頁XXXXXXXXXXXXXXXXXX

2023年4月20日30（4）直流偏磁對勵磁電流波形畸變的影響3.2電路—磁路模型及結(jié)果分析通過對所得勵磁波形進行傅里葉分析，得空載狀態(tài)時,變壓器在不同直流偏磁下的諧波分布如圖所示:第30頁/共43頁XXXXXXXXXXXXXXXXXX2023年4月20日313.2電路—磁路模型及結(jié)果分析在直流偏磁狀態(tài)下勵磁電流畸變,直流量越大,畸變程度也越大。將含直流量的勵磁電流波形傅立葉分解就得到其總諧波畸變率，諧波的大小和次數(shù)均隨直流量的增加而增加。第31頁/共43頁XXXXXXXXXXXXXXXXXX2023年4月20日323.2電路—磁路模型及結(jié)果分析曲線表明組式變壓器空載電流中各次諧波量隨著直流電流的增加而增加,增加幅度較大的主要是直流分量和二次諧波,但當直流電壓超過一定值后,直流分量的諧波幅值繼續(xù)增加,其他諧波幅值減小,諧波畸變率減小,這是因為當直流量很大時鐵心高度飽和,其等效磁導率接近真空磁導率。當直流電壓在150-200V之間時達到最大值。第32頁/共43頁

*XXXXXXXXXXXXXXXXXX3.3Ansoft有限元仿真第33頁/共43頁

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*XXXXXXXXXXXXXXXXXX3.3Ansoft有限元仿真

由圖可以看出變壓器內(nèi)部磁感應(yīng)強度的分布情況，變壓器鐵芯的磁感應(yīng)強度平均值隨著直流量的增加明顯上升，其中在鐵窗位置的鐵扼磁感應(yīng)強度增加速率最快。當所加直流量達到200A時磁感應(yīng)強度的最大值趨于穩(wěn)定，變壓器鐵芯己經(jīng)嚴重過飽和。隨著直流偏磁電流的增加，鐵心損耗將會隨之增加，這會導致鐵心溫升上升。對于一般系統(tǒng)中運行的大型換流變壓器來說，鐵心溫升的增加，必將會造成鐵心的過熱，影響變壓器的正常運行，應(yīng)此應(yīng)采取適當?shù)拇胧?，來限制變壓器中的直流偏磁量?/p>

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*XXXXXXXXXXXXXXXXXX3.4變壓器允許直流量及直流偏磁抑制措施

變壓器允許直流量的標準應(yīng)從如下幾個方面來考慮:(a)繞組的發(fā)熱限制GB1094.2一1996(b)結(jié)構(gòu)件局部過熱限制(c)其他要求《電力系統(tǒng)諧