一种直流系统单极运行时直流偏磁抑制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种直流输电的技术领域，具体的说，是一种直流系统单极运行时直 流偏磁抑制方法。
【背景技术】
[0002] 在系统调试、检修或发生故障时，特高压直流将会出现单极大地运行，在接地变压 器中可能产生直流电流，该使得直流输电单极大地运行时，有巨大的直流电流入地，部分直 流电流通过变压器中性点注入变压器，使得变压器铁巧被直流磁化，磁工作点发生偏移，弓I 起铁巧的单方向饱和，引起直流偏磁。直流偏磁会在变压器励磁电流中，立生谐波，谐波流 入系统将会造成系统电压波形崎变、继电保护装置误动作等危害。
[0003] 直流偏磁是造成变压器振动加剧的主要原因。虽然人们对直流单极大地回路运 行方式的负面影响有所认识，然而在发生的变压器振动加剧事件表明该种"影响"比预期 大。从现场监测的数据可W知道，变压器的振动噪声与谐波随着中性点直流电流的增加而 增大，当电网中存在直流偏磁电流的时候，电力系统的正常运行会受到很大影响和危害。容 易导致电力系统电压下降；电容器组过载；继电保护误动作；电力系统W及变压器遭受一 定程度的破坏。
【发明内容】
[0004] -种直流系统单极运行时直流偏磁抑制方法，通过对直流偏磁现象的分析W及对 直流接地极与交流变压器接地点间的等效阻抗计算和对变压器模型的分析求解，从而获得 直流单极运行时的直流偏磁。
[0005] 直流输电系统在单极大地返回运行方式下，大地相当于直流输电的一根导线，流 通的电流为直流输电系统的运行电流，该将引起换流站附近地表电位发生较大的变化，使 周边中性点接地变压器在中性点产生直流分量。其中流经两台中性点接地的变压器的直流 电流分量，取决于两台变压器所在点的电位，变电站接地电阻、变压器绕组直流电阻和线路 的直流电阻等因素，当流过变压器每相绕组的直流电流增大达到一定程度时，必然会引起 铁屯、磁饱和，从而导致励磁电流波形发生崎变，从而引起变压器发生直流偏磁。
[0006] 变压器在空载运行时，电网电压是正弦波，铁屯、中的磁通为正弦波。若铁屯、不饱 和，空载电流也是正弦波。对于电力变压器，变压器在交流过励磁的工况下铁屯、磁通密度 增加，励磁电流崎变增加。正常电压化励磁状态下的铁屯、磁通密度为化，由于铁屯、励磁 特性的非线性，励磁电流波形稍有崎变。在交流过电压U励磁状态下的铁屯、磁通密度为 B炬〉化），铁屯、饱和，工作在更加非线性的区域，励磁电流波形尖峰更加突出，不过此时正负 半波是对称的。励磁电流中除了基波部分，只含有其他高次奇次谐波分量，不含有偶次谐波 分量。
[0007] 由于直流输电的地电流和GIC存在，变压器中性点有直流电流的流过，变压器中 主磁链出现直流分量，变压器在直流偏磁下，直流和交流励磁磁通相叠加，形成偏磁时的总 磁通密度B。与直流偏磁方向一致的半个周波的磁通密度大大增加，另外半个周边的磁通密 度反而减小，所对应的励磁电流波形呈现正负半波极不对称的形状。
[0008] 直流偏磁效应并不是直接由流入变压器的直流电流产生的直流磁通与原来的交 流磁通相叠加产生的。进入变压器的直流电流产生的直流磁通，由于电工钢片的磁非线性 特性，交直流磁通叠加后的总磁通会使电流因崎变形成电流平均值，与此平均电流相对应 的直流磁通，而不是与直流电流直接对应的磁通。再者，由于一般将变压器设计成正常工作 于磁化曲线的膝点，也就是交流磁通已经足够大，因此对于现代的各种电工钢片尤其是性 能较好的钢片来说，能够存在的直流磁通实际上不大。该说明，虽然系统中有该样那样的原 因会在变压器绕组中产生直流电流，但由于铁磁的非线性，在铁屯、中可能存在的直流磁通 却不会很大。
[0009] 基于直流偏磁效应的产生机理，因而需要分析接地极附近地表电位的分布和可能 流过变压器中性点电流的大小。
[0010] 对于处于无限大均匀地P中的接地极，接地极导体直径为d=2a，接地极的直径 D=2b，经接地极流入地中的电流为I。由于接地极的对称性，电流I必然沿接地极的周长均 匀流散。
[0011] 当b〉〉a时，电流集中由原导体的轴线散出， 因此沿轴线流散的电流密度天
【主权项】
1. 一种直流系统单极运行时直流偏磁抑制方法，其特征在于，通过对直流偏磁现象的 分析以及对直流接地极与交流变压器接地点间的等效阻抗计算和对变压器模型的分析求 解，从而获得直流单极运行时的直流偏磁。
2. 如权利要求1所述的直流系统单极运行时直流偏磁抑制方法，其特征在于，对于处 于无限大均勾地P中的接地极，接地极导体直径为d=2a，接地极的直径D=2b，经接地极流 入地中的电流为I，沿轴线流散的电流密度为
3. 如权利要求2所述的直流系统单极运行时直流偏磁抑制方法，其特征在于，接地极 周围空间任一点N(r，Θ，Ζ)的电位为
4. 如权利要求3所述的直流系统单极运行时直流偏磁抑制方法，其特征在于，取 Z=a, r=b，则可得接地极的电位为
由此可得处于无限大且均匀地中的接地极的接地电阻为
当接地极深度为h时，接地极的对称电阻系数为
5. 如权利要求4所述的直流系统单极运行时直流偏磁抑制方法，其特征在于，由接地 极的周长? = 2#，可得，
由此可以计算出接地极的等效对地阻抗。
6. 如权利要求5所述的直流系统单极运行时直流偏磁抑制方法，其特征在于，变压器 的电路方程为
为一次侧线圈的匝数；A为通过一次侧铁心的磁通；毳为引线电感与电源电感之 和；R为引线电阻与电源电阻之和；4为一次侧的励磁电流；&为一次侧加入的直流电压， 流过每相变压器绕组的直流电流用下式进行计算：
f/d-&、b两台中性点接间的直流电位差； I?、A -变压器a、b的接地电阻； 卑一a、b两变压器间线路的每相电阻， 变压器的一次侧端电压为
-为磁通，Nl为一次侧匝数
炉n为直流磁通 磁路方程为
1为铁心中磁路的平均长度，H为磁场强度，N2为二次侧匝数，i*为直流电流。
【专利摘要】一种直流系统单极运行时直流偏磁抑制方法，通过对直流系统单极运行时，变压器发生的直流偏磁产生机理以及单极运行时接地电阻的计算和变压器模型的分析，从而获得直流系统单极运行的仿真数据，以抑制在直流单极运行中发生的直流偏磁现象等。
【IPC分类】H02H9-02
【公开号】CN104753052
【申请号】CN201510179823
【发明人】马新攀
【申请人】河南行知专利服务有限公司
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年4月16日