一种防止太阳磁暴、核脉冲对电网危害的方法
【专利摘要】本发明公开了一种防止太阳磁暴、核脉冲对电网危害的方法，包括以下步骤：1)发电厂电网侧输电线路中性点的接地网独立于全厂接地网，且与全厂地网保持距离；2)变电站主变压器两侧需要中性点接地的，其接地网保证各自独立，且保持距离；本发明通过将目前交流同步电网中的变压器中性点与发电厂或变电站的公共接地网直接相连的方式改为独立接地的方式，阻断了地磁感应电流GIC的金属性连接通道，因而使地磁感应电流局部吸收，避免了GIC集中到一处释放而造成破坏的危险。
【专利说明】-种防止太阳磁暴、核脉冲对电网危害的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种防止太阳磁暴、核脉冲对电网危害的方法。
【背景技术】
[0002] 众所周知，电网分为同步电网和非同步电网。用交流输电线路连接构成的电网是 同步电网，用直流输电线路连接的两个电网之间如果除了直流联络线以外没有其他交流联 络线，则两个电网是非同步的。当然，如果两个电网之间没有任何联络线，则两个电网当然 各自独立，当然也是非同步的。随着我国特高压技术的发展，地区电网通过特高压交流线或 直流线实现了互联。以特高压交流连接的电网将构成规模更大的交流同步电网，同步电网 的安全性日益重要。我国之所以同时发展特高压交流和直流联网技术，实际上反映了对特 大同步交流电网安全的担心。
[0003] 虽然电网发展已经有一百多年的历史，各方面技术也已非常成熟，但随着电网规 模的扩大，也出现了一些非常复杂和难以解释的问题，如太阳磁暴和地磁感应电流（GIC) 对电网影响的问题，国家电网公司曾作为重大科技项目加以研究，但课题对GIC的成因和 传播机理并没有搞清楚，也未提出具体的解决办法。如果说2000年的美国大停电是电网关 键联络线过载引起的连锁事件的话，但1984年的加拿大和北美大停电事故，事件虽已过去 30年，研究报告也很多，但事故的原因一直没有结论。只查清了一系列跳闸事件的起源为一 台主变零序保护率先动作。零序保护动作的实质是电网经此处中性点流向大地的电流突然 增大。与我国的电网保护理念不同，西方的电网保护装置向来讲究简单可靠，因此，可以说， 此次事故零序电流突然增大是确定无疑的，至于电流为何突然增大则未见有深入分析和报 道。但根据众多相关研究资料，当年正值太阳黑子活动剧烈期，加拿大及北极地区极光极为 强烈，反应了太阳离子大规模冲击地球，虽然有地球磁场的屏蔽作用，但不免仍有大量离子 穿透地球磁场到达地表，而电网由于覆盖面广，距离长，其吸收的太阳离子必然要经泄流回 路流动。由于太阳离子是带正电荷的，在电网中形成的离子电流具有非周期、冲击性特点， 必然要经阻抗最小的路径泄漏到大地，而中性点接地网是直接接地的，因此，太阳磁暴引起 的电流（地磁感应电流GIC)通过变压器中性点流向了大地。核弹产生的脉冲辐射对电网 的影响机理也与此类似。
[0004] -个一直被业内忽视的、无可争辩的事实是，中性点直接接地的同步电网上任意 两个接地网之间的直流电阻其实是很小的，其大小是输电线路导线的内阻和接地网内阻， 大大小于土壤中任两点之间的电阻。因此，对太阳磁暴电流来说，电网其实是一个金属导 体，磁暴电流必然要在对地电阻最小的地方泄漏。
[0005] 事实上，加拿大靠北部地区存在着很深的冻土层，而冻土导电率极低，磁暴冲击电 流必然转移到南部地区寻找泄流点，如果恰巧南部某处中性点接地网接地效果很好，则该 处就是最大的受害点。因此，可以推断，1984年的加拿大和北美大停电事故很可能就是因为 太阳磁暴造成关键变压器零序电流动保护作而导致。
[0006] 在上述分析中，中性点的接地方式成为问题的关键。正是由于变压器高、低压侧的 中性点通过接地网连接到一起，才造成大电网的接地网产生了金属性互联。对于直流输电 线路来说，当发生单级运行时，其中一极为架空线，另一极则是接地网。由于接地网与周围 土壤存在着梯度电压，电流便在接地网与周围土壤中流动，如果这种直流电流走廊与变电 站较近，则大的直流电流必然流入变电站的接地网，并经交流线路继续向远处扩散。我国首 条直流输电线路的调试报告中也报道了这一现象。有论文曾报道粤岭核电站直流输电系统 单级运行时该厂主变噪声大增，中性点电流达30A。实际上，核电站由于接地网设计标准高、 又紧靠大海，因此，接地效果自然很好，自然就导致电网中的部分直流成分经过该点流向大 地。中性点电流流过变压器绕组的直接现象是变压器噪声加大。直流电流流经变压器，轻 者噪声增大，缩短变压器寿命，重者破坏绕组绝缘，造成重大事故。
[0007] 因此，以上分析说明，直接接地交流电网的主变压器中性点的接地方式在太阳磁 暴灾害、直流输电单级运行时以及核弹爆炸时对电网的负面作用方面扮演了重要角色。本 发明就是针对以上问题提出的一个解决办法。
【发明内容】
[0008] 本发明为了解决上述问题，提出了一种防止太阳磁暴、核脉冲对电网危害的方法， 该方法通过将目前交流同步电网中的变压器中性点与发电厂或变电站的公共接地网直接 相连的方式改为独立接地的方式，阻断了地磁感应电流（GIC)的金属性连接通道，因而使 地磁感应电流局部吸收，避免了 GIC集中到一处释放而造成破坏的危险。
[0009] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0010] 一种防止太阳磁暴、核脉冲对电网危害的方法，包括以下步骤：
[0011] 1)发电厂电网侧输电线路中性点的接地网独立于全厂接地网，且与全厂地网保持 距离；
[0012] 2)变电站主变压器两侧需要中性点接地的，其接地网保证各自独立，且保持距离。
[0013] 所述步骤⑴中，其具体方法为：发电厂电网侧输电线路中性点的接地网独立于 全厂接地网，是埋设于土壤中的独立接地体，且与电厂公共接地网没有金属连接，二者距离 为10米以上，且独立接地体的特性参数符合目前国家标准。
[0014] 所述步骤（2)，其具体方法为：变电站主变压器两侧需要中性点接地的，其接地网 各自独立，且二者均为埋设于土壤中的独立接地体，二者之间距离为10米以上。
[0015] 本发明的工作原理为：将整个电网由一个大金属体分割为一段的孤立金属体，一 个地域内电网上的非周期冲击电流就再也不会扩散到其余地区，因此也就不会形成全局性 大电流，也就没有了冲击电流的危害。
[0016] 本发明的有益效果为：
[0017] 1.本发明提出的交流同步电网通过中性点接地网互连而构成了一个大金属导体 的观点解释了地磁感应电流大范围流动的原因，也解释了直流输电线路单极运行对交流电 网严重影响的原因。
[0018] 2.采用本发明提出的中性点接地网独立的方法解决了地磁感应电流在电网中通 过地网一架空线（或电缆）而大范围扩散的难题；
[0019] 3.采用本发明提出的中性点接地网独立的方法减轻了直流单极运行对交流电网 的影响
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1为本发明输电线路各环节中性点独立接地示意图；
[0021] 图2为本发明输电线路各环节中性点非独立接地示意图；
[0022] 图3为本发明磁暴感应电流通过主变中性点连接而传播的举例说明示意图。
[0023] 其中，1、发电机；2、升压变压器；3、输电线路；4、变电站主变压器。
【具体实施方式】：
[0024] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0025] 目前，国内外电网中性点接地方式采用图2所示方式。按照这种连接方式，一个同 步电网中的线路、主变压器绕组、金属接地网、各发电站主变压器绕组、发电站接地网均是 连接在一起的。也就是说，整个电网实际上是一个金属导体，当有太阳离子冲击某地区电网 时，这种正电位、非周期、直流性的电荷必然向电网这个大金属体上的其余部分扩散，而哪 个地方的土壤导电率高、扩散快，哪个地方的中性点电流就大，因此，接地效果最好的地方 中性点电流最大，受害也最严重。从我国目前电站和电源分布来看，靠近海边的核电站、电 站、以及地下有金属矿床的地点，中性点电流最大。因此，还可用通过检测中性点电流的方 法绘制出全国范围内的金属矿藏分布。为探矿领域提供了一种新方法。
[0026] 根据我们的研究成果，山东莱芜电厂三期工程KKKMW机组的主变压器中性点接 地网正按我们提供方案，按照图1所示方式进行改造，包括发电机1、升压变压器2、输电线 路3和变电站主变压器4。图1所示的接地网改造方案一旦全部完成，则整个电网就由一个 大金属体分割为一段的孤立金属体，一个地域内电网上的非周期冲击电流就再也不会扩散 到其余地区，因此也就不会形成全局性大电流，也就没有了冲击电流的危害。
[0027] 如果说太阳磁暴是一种自然灾害无法预知，那么，如果未来发生核战争，一颗小小 的核弹爆炸产生的离子冲击完全可以击垮目前电网，如果采取本发明所提供的方法，可以 最大限度地将危害限制在很小的范围内，而不至于长生长距离、大面积的浪涌。因此，本方 法具有重大的现实意义。
[0028] 以下可以结合图1对分发明提出的方法做进一步说明。
[0029] 如图1所示，其中，G0为发电厂的公共接地网，G1为发电厂升压站主变压器电网 侧中性点独立接地网，G2和G3分别为变电站高低两侧中性点接地网，当然，根据现有标准， 如果低压侧为110kV以下则不需要中性点接地。图1中只画出了升压站变压器Z相铁芯接 G0,实际上是三相铁芯都接G0。在图1中，60、61、62、63各自为独立接地网，60、61虽然临 近，但由于土壤相隔，电气上可以认为已互不影响。因此，电网与发电厂没有了任何金属性 直接连接。中间输电线路在采取了 G1和G2的独立中性点接地网后，中间线路本身也与两 端的其他电站没有了金属连接，输电线路成了一个个电气孤岛，也就彻底割断了地磁感应 电流在电网中的传播通道。
[0030] 相反，如图2所示，目前的中性点接地方式。从图2可以看到，变电站的接地网G1 和发电厂的接地网G0是金属连接的。因此，来自于变电站左侧的GIC便可以直达电厂的接 地网。这也解释了为什么核电站中性点电流大的原因。因为靠近大海的核电站接地网的对 地电阻远比内陆变电站的对地电阻要小。
[0031] 如图3所示，磁暴感应电流传播原理，图3将三相线路简化为一个等效零序回路， 圆圈代表变压器，500kV环路代表一个典型的省级主网骨架，G1?G4代表了环网上的四个 关键联络点的变电站主接地网，gl、g2代表了 A处发电厂一条220联络线两头的中性点接 地网，g3、g4代表了 B处的一条220kV负荷线路两端的变压器中性点接地网。根据目前的 接地标准，G1?G4实际上是金属连接的，不仅如此，由于G1和gl也是相连的，G3和g3也 是相连的，因此,A点的接地网g2和B点的接地网g4是相连的，因此，整个网上的中性点电 流可以经G1?G4以及gl?g4流向大地。但由于各地接地网所处的地质条件不同，中性 点电流不可能在八个接地网上平均分布，而对地电阻最小的接地网处其电流必然最大，对 地电阻越小，其流经的电流便越大，越是磁暴电流的受害者。
[0032] 上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范 围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不 需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【权利要求】
1. 一种防止太阳磁暴、核脉冲对电网危害的方法，其特征是：包括以下步骤： 1) 发电厂电网侧输电线路中性点的接地网独立于全厂接地网，且与全厂地网保持距 离； 2) 变电站主变压器两侧需要中性点接地的，其接地网保证各自独立，且保持距离。
2. 如权利要求1所述的一种防止太阳磁暴、核脉冲对电网危害的方法，其特征是：所述 步骤⑴中，其具体方法为：发电厂电网侧输电线路中性点的接地网独立于全厂接地网，是 埋设于土壤中的独立接地体，且与电厂公共接地网没有金属连接，二者距离为10米以上， 且独立接地体的特性参数符合目前国家标准。
3. 如权利要求1所述的一种防止太阳磁暴、核脉冲对电网危害的方法，其特征是：所述 步骤（2)，其具体方法为：变电站主变压器两侧需要中性点接地的，其接地网各自独立，且 二者均为埋设于土壤中的独立接地体，二者之间距离为10米以上。
【文档编号】H02B1/16GK104064964SQ201410220125
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年5月22日 优先权日:2014年5月22日
【发明者】丁卫东, 苏文博 申请人:国家电网公司, 国网山东省电力公司电力科学研究院