一种直流输电系统中接地极处最大注入电流的获取方法
【专利摘要】本发明提供一种直流输电系统中接地极处最大注入电流的获取方法，收集用于计算接地极处的最大注入电流的数据资料；获取变压器的最大直流入侵电流值；建立交流系统直流分布的电路模型，并计算各变电站的接地体电位；建立土壤电阻网络模型，计算在各变电站的接地体电位升高时，需注入接地极处的电流值；得到直流输电系统中接地极处的最大注入电流值。本发明提出的方法实现了在不改变交流系统运行方式的情况下保证系统整体的安全稳定运行；此外，本方法还可在交直流混联电网的设计规划、运行方式确定以及接地极设计方式等方面提供设计依据，为直流偏磁治理设备的配置、治理效果的评估以及高压直流输电控制策略的设计提供数据支撑。
【专利说明】
一种直流输电系统中接地极处最大注入电流的获取方法
技术领域
[0001] 本发明涉及交直流混联输电领域，具体涉及一种直流输电系统中接地极处最大注 入电流的获取方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国高压直流输电的迅速发展，由直流输电单极运行方式导致的交流系统变 压器直流偏磁问题也越来越严重。通过变压器中性点接地侵入变压器的直流电流会引起变 压器铁芯饱和，导致变压器局部油温和铁心的温度升高，增加额外的振动和噪声，从而对变 压器内部绕组、绝缘材料以及其他附件造成伤害，影响变压器的使用寿命。变压器的直流偏 磁还会引发励磁电流畸变，增加变压器的漏磁通，引起交流电网电压电流波形畸变，增加系 统谐波含量，严重时还有可能引起继电保护误动作，最终危及整个电网的安全稳定运行。 [0003]目前针对变压器是否需要进行直流偏磁治理的分析方法主要是通过计算直流接 地极入地电流在交流系统内产生的直流分布，得出变压器中性点可能注入的直流电流大 小，判断变压器是否可能发生偏磁。由于交直流大地系统结构复杂，上述分析方法计算精度 无法保证，不能为直流偏磁的治理提供准确的数据支撑。因此，在实际操作过程中各变电站 大多是在直流系统投入运行后，通过实地量测变压器中性点直流电流，判断变压器是否需 要进行直流偏磁治理。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明提供的一种直流输电系统中接地极处最大注入电流的获取方 法，该方法实现了在不改变交流系统运行方式的情况下保证系统整体的安全稳定运行。此 外，本方法还可在交直流混联电网的设计规划、运行方式确定以及接地极设计方式等方面 提供设计依据，为直流偏磁治理设备的配置、治理效果的评估以及高压直流输电控制策略 的设计提供数据支撑。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006] -种直流输电系统中接地极处最大注入电流的获取方法，所述方法基于变压器运 行方式，获取直流输电系统处于单极运行方式下的接地极处的最大注入电流，所述方法包 括如下步骤：
[0007] 步骤1.收集用于计算所述接地极处的最大注入电流的数据资料；
[0008] 步骤2.获取变压器的最大直流入侵电流值；
[0009] 步骤3.根据所述最大直流入侵电流值建立交流系统直流分布的电路模型，并计算 各所述变电站的接地体电位；
[0010] 步骤4.建立土壤电阻网络模型，计算在各所述变电站的所述接地体电位升高时， 需注入接地极处的电流值；
[0011] 步骤5.对各所述注入接地极处的电流值求和，得到所述直流输电系统中接地极处 的最大注入电流值。
[0012] 优选的，所述步骤1包括：
[0013] 收集用于计算所述接地极处的最大注入电流的数据资料；
[0014] 所述数据资料包括交流电力系统数据、变电站接地设备数据、环境数据及接地极 设计资料；
[0015]其中，所述交流电力系统数据包括:交流电力系统的网架结构及线路运行参数，且 所述线路运行参数中包括线路能够承受的最大谐波含量；
[0016] 所述变电站接地设备数据包括:指定范围内变电站中全部存在接地可能的电力设 备参数及设备布点情况资料，且所述电力设备参数中包括:变电站位置参数、接地电阻及变 压器铭牌参数；
[0017] 所述环境数据包括:指定范围内的土壤结构、土壤电阻率及土壤热容率的测量数 值；
[0018] 所述接地极设计资料包括:接地极位置、类型、尺寸、填埋深度及采用材料。
[0019] 优选的，所述步骤2包括：
[0020] 2-1.根据所述数据资料及磁化曲线，结合变压器在电网中的运行状态及参考因 素，对各变电站内中性点接地变压器的最大直流偏磁量进行估计；
[0021] 其中，所述磁化曲线为中性点流入变压器的直流电流与原有交流励磁电流共同作 用于变压器磁通时的磁化曲线；
[0022] 2-2.根据所述最大直流偏磁量，得到所述变压器最大直流入侵电流。
[0023] 优选的，所述步骤2-1中的所述对各变电站内中性点接地变压器的最大直流偏磁 量进行估计，包括：
[0024] 根据变压器容量、铁心参数、铁心材料性能、铁心叠片缝隙及负载程度，在变压器 材料的B-I曲线查取变压器正常工频工作点的磁通及励磁电流、饱和点的磁通及励磁电流， 得出所述变压器的所述最大直流偏磁量鱗
[0025] 优选的，所述步骤2-1中的所述参考因素包括：
[0026] 绕组和铁心的发热限制、结构件局部过热限制、振动及噪声的运行和环境要求、电 网总电压电流的畸变标准、直流偏磁引起的无功要求不超过相应的行业标准及直流偏磁引 起的电压电流变化不影响保护动作。
[0027]优选的，所述步骤2-2包括：
[0028] a.根据安培环路定律得到磁动势平衡方程，经傅氏变换得到变压器中性点允许的 入侵直流电流Id。：
(1)
[0030]式（1)中，Id。为中性点入侵直流电流；1为铁心中磁路的平均长度;x，y为与铁心材 料磁化曲线有关的参数;A为铁心的等效截面积;他为直流电流的等效绕组匝数;K为漏磁系 数;ao(m)为系数，且ao(m)的计算方程为：
(2)
[0032] 式(2)中，％?为交流磁通；
[0033] b.计算所述入侵直流电流Id。作用下的变压器磁场、变压器直流响应时间、绕组损 耗和结构件中的附加损耗的变压器油温升及油面温升情况，判断在直流量Id。下变压器是否 正常工作，并对入侵直流电流Idc做出修正，得到所述变压器最大直流入侵电流。
[0034] 优选的，所述步骤3包括：
[0035] 3-1.根据所述最大直流入侵电流值及各变电站设计的接地电阻值，结合交流电网 线路运行参数，构建交流系统直流分布的电路模型；
[0036] 3-2.根据所述交流系统直流分布的电路模型，计算得到各所述变电站的接地体电 位。
[0037]优选的，所述步骤4包括：
[0038] 4-1.根据收集的所述环境数据中的土壤结构和土壤电阻率测量参数，建立所述土 壤电阻网络模型；
[0039] 4-2.根据所述土壤电阻网络模型，计算在各所述变电站的所述接地体电位升高 时，需注入所述地极处的电流值。
[0040] 优选的，所述步骤4-1包括：
[0041]根据收集的所述环境数据中的土壤结构和土壤电阻率测量参数，建立所述土壤电 阻网络模型，并得到整个网络的节点导纳矩阵。
[0042]优选的，所述4-2包括：
[0043 ] c.计算各所述变电站接地体所允许电位升高的极限值：
[0044] Vd = I[E+GR]G-1 (3)
[0045] 式(3)中，Vd为直流极的入地电流在相应变电站产生的地电位；I为流过变电站的 直流电流;G为nXn的矩阵;其元素 Gij可以由各段线路的电阻求得;R为变电站的接地电阻 矩阵;E为单位阵;上角标-1表示求逆阵；
[0046] d.根据所述土壤电阻网络模型及接地极的设计情况列电阻网络方程，计算在各所 述变电站的所述接地体允许的电位升高时，需注入接地极处的电流值；
[0047]即将所述节点导纳矩阵的电阻网络方程YU = J进行分块处理，分为电极极点和非 电极极点，计算得到由所述需注入接地极处的电流值作为元素组成的电极节点的注入电流 矩阵Jm: _ ￡ ⑷
[0049] 式(4)中，Yn和Y22分别为电极节点和非电极节点的自导纳矩阵;Y12和Y21分别为电 极节点与非电极节点之间的互导纳矩阵;山和1] 2分别为电极节点和非电极节点的电压矩阵； 非电极节点注入电流为〇;
[0050] e.根据各变电站的地电位升高情况和直流电流的分布情况，得到各电极节点的电 压山和非电极节点的电压U2,并将结果代入所述节点导纳矩阵，计算得到电极节点的注入电 流矩阵九；
[0051] f.将注入电流矩阵九各元素之和相加，得到在不改变当前系统运行方式的情况下 的接地极最大允许注入电流。
[0052] 从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种直流输电系统中接地极处最大注 入电流的获取方法，收集用于计算接地极处的最大注入电流的数据资料;获取变压器的最 大直流入侵电流值;建立交流系统直流分布的电路模型，并计算各变电站的接地体电位;建 立土壤电阻网络模型，计算在各变电站的接地体电位升高时，需注入接地极处的电流值;得 到直流输电系统中接地极处的最大注入电流值。本发明提出的方法实现了在不改变交流系 统运行方式的情况下保证系统整体的安全稳定运行;此外，本方法还在交直流混联电网的 设计规划、运行方式确定以及接地极设计方式等方面提供设计依据，为直流偏磁治理设备 的配置、治理效果的评估以及高压直流输电控制策略的设计提供数据支撑。
[0053] 与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：
[0054] 1、本发明所提供的技术方案中，为交直流混联系统在单极大地运行方式下接地极 的设计、直流运行方式调整等提供了定量参考依据，为直流系统的控制策略设计提供了数 据支撑；同时为直流偏磁的治理规模预测、治理方式选择以及治理水平评估提供了一种新 的思路，提高了直流输电接地系统的可靠性。
[0055] 2、本发明所提供的技术方案，利用交流系统变压器自身的运行裕度来最大限度的 容纳消解直流入地电流对交流系统的影响，提高设备资源的利用率，降低了直流偏磁治理 的投入，同时保证了交直流混联系统的安全稳定运行。
[0056] 3、本发明提供的技术方案，应用广泛，具有显著的社会效益和经济效益。
【附图说明】
[0057]图1是本发明的一种直流输电系统中接地极处最大注入电流的获取方法的流程 图；
[0058]图2是本发明的方法中步骤2的流程示意图；
[0059] 图3是本发明的方法中步骤3的流程示意图；
[0060] 图4是本发明的方法中步骤4的流程示意图；
[0061] 图5是本发明的具体应用中的基本流程示意图；
[0062] 图6是本发明的具体应用中的当交直流磁通同时作用时铁心的磁通密度位于磁化 曲线的未饱和区时的直流偏磁时的磁化曲线；
[0063] 图7是本发明的具体应用中的当磁通密度位于磁化曲线的饱和区时的直流偏磁时 的磁化曲线；
[0064] 图8是本发明的具体应用中的交流系统直流分布的电路模型。
【具体实施方式】
[0065] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施 例，都属于本发明保护的范围。
[0066] 如图1所示，本发明提供一种直流输电系统中接地极处最大注入电流的获取方法， 方法基于变压器运行方式，获取直流输电系统处于单极运行方式下的接地极处的最大注入 电流；
[0067] 包括如下步骤：
[0068] 步骤1.收集用于计算接地极处的最大注入电流的数据资料；
[0069] 步骤2.获取变压器的最大直流入侵电流值；
[0070] 步骤3.根据最大直流入侵电流值建立交流系统直流分布的电路模型，并计算各变 电站的接地体电位；
[0071] 步骤4.建立土壤电阻网络模型，计算在各变电站的所述接地体电位升高时，需注 入接地极处的电流值；
[0072] 步骤5.对各注入接地极处的电流值求和，得到直流输电系统中接地极处的最大注 入电流值。
[0073] 其中，步骤1包括：
[0074] 收集用于计算接地极处的最大注入电流的数据资料；
[0075] 数据资料包括交流电力系统数据、变电站接地设备数据、环境数据及接地极设计 资料；
[0076]其中，交流电力系统数据包括:交流电力系统的网架结构及线路运行参数，且线路 运行参数中包括线路能够承受的最大谐波含量；
[0077]变电站接地设备数据包括:指定范围内变电站中全部存在接地可能的电力设备参 数及设备布点情况资料，且电力设备参数中包括:变电站位置参数、接地电阻及变压器铭牌 参数；
[0078]环境数据包括:指定范围内的土壤结构、土壤电阻率及土壤热容率的测量数值； [0079]接地极设计资料包括:接地极位置、类型、尺寸、填埋深度及采用材料。
[0080] 如图2所示，步骤2包括：
[0081] 2-1.根据数据资料及磁化曲线，结合变压器在电网中的运行状态及参考因素，对 各变电站内中性点接地变压器的最大直流偏磁量进行估计；
[0082] 其中，磁化曲线为中性点流入变压器的直流电流与原有交流励磁电流共同作用于 变压器磁通时的磁化曲线；
[0083] 2-2.根据最大直流偏磁量，得到变压器最大直流入侵电流。
[0084] 其中，步骤2-1中的对各变电站内中性点接地变压器的最大直流偏磁量进行估计， 包括：
[0085] 根据变压器容量、铁心参数、铁心材料性能、铁心叠片缝隙及负载程度，在变压器 材料的B-I曲线查取变压器正常工频工作点的磁通及励磁电流、饱和点的磁通及励磁电流， 得出变压器的最大直流偏磁量攀&
[0086] 其中，步骤2-2中的参考因素包括：
[0087]绕组和铁心的发热限制、结构件局部过热限制、振动及噪声的运行和环境要求、电 网总电压电流的畸变标准、直流偏磁引起的无功要求不超过相应的行业标准及直流偏磁引 起的电压电流变化不影响保护动作。
[0088] 其中，步骤2-2包括：
[0089] a.根据安培环路定律得到磁动势平衡方程，经傅氏变换得到变压器中性点允许的 入侵直流电流Id。：
(1)
[0091]式（1)中，Id。为中性点入侵直流电流；1为铁心中磁路的平均长度;x，y为与铁心材 料磁化曲线有关的参数;A为铁心的等效截面积;他为直流电流的等效绕组匝数;K为漏磁系 数;ao(m)为系数，且ao(m)的计算方程为： (2)
[0093] 式(2)中，爭m为交流磁通；《为频率;t为时间；
[0094] b.计算入侵直流电流Id。作用下的变压器磁场、变压器直流响应时间、绕组损耗和 结构件中的附加损耗的变压器油温升及油面温升情况，判断在直流量Id。下变压器是否正常 工作，并对入侵直流电流I dc做出修正，得到变压器最大直流入侵电流。
[0095] 如图3所示，步骤3包括：
[0096] 3-1.根据最大直流入侵电流值及各变电站设计的接地电阻值，结合交流电网线路 运行参数，构建交流系统直流分布的电路模型；
[0097] 3-2.根据交流系统直流分布的电路模型，计算得到各变电站的接地体电位。
[0098] 如图4所示，步骤4包括：
[0099] 4-1.根据收集的环境数据中的土壤结构和土壤电阻率测量参数，建立土壤电阻网 络丰吴型；
[0100] 4-2.根据土壤电阻网络模型，计算在各所述变电站的所述接地体电位升高时，需 注入接地极处的电流值。
[0101] 其中，步骤4-1包括：
[0102] 根据收集的环境数据中的土壤结构和土壤电阻率测量参数，建立土壤电阻网络模 型，并得到整个网络的节点导纳矩阵。
[0103] 其中，4-2包括：
[0104] c.计算各变电站接地体所允许电位升高的极限值：
[0105] Vd = I[E+GR]G-1 (3)
[0106] 式(3)中，Vd为直流极的入地电流在相应变电站产生的地电位；I为流过变电站的 直流电流;G为nXn的矩阵;其元素 Gij可以由各段线路的电阻求得;R为变电站的接地电阻 矩阵;E为单位阵;上角标-1表示求逆阵；
[0107] d.根据土壤电阻网络模型及接地极的设计情况，计算在各变电站的接地体允许的 电位升高时，需注入接地极处的电流值；
[0108]即将节点导纳矩阵的电阻网络方程YU = J进行分块处理，分为电极极点和非电极 极点，得到需注入接地极处的电流值作为元素组成的注入电流矩阵Jm;
[0109] fc ⑷
[0110]式(4)中，Yn和Y22分别为电极节点和非电极节点的自导纳矩阵;Y12和Y 21分别为电 极节点与非电极节点之间的互导纳矩阵;山和1]2分别为电极节点和非电极节点的电压矩阵； 心为电极节点的注入电流矩阵;非电极节点注入电流为〇; e.根据各变电站的地电位升高情况和直流电流的分布情况，得到各电极节点的电 压山和非电极节点的电压U2,并将结果代入节点导纳矩阵，计算得到电极节点的注入电流矩 阵Jm;
[0112] f.将注入电流矩阵九各元素之和相加，得到在不改变当前系统运行方式的情况下 的接地极最大允许注入电流。
[0113] 如图5所示，本发明提供一种直流输电系统中接地极处最大注入电流的获取方法 的具体应用例，如下：
[0114] 1.相关资料收集，收集包括以下几个方面的资料：
[0115] i.对交流电力系统的网架结构、线路运行参数进行收集，尤其是线路所能够承受 的最大谐波含量；
[0116] ii.对指定范围内变电站所有有接地可能的电力设备参数及设备布点情况资料进 行收集，尤其是与变电站位置参数、接地电阻以及变压器铭牌参数等资料进行收集；
[0117] iii.对指定范围内的土壤结构、土壤电阻率以及土壤热容率的测量数值进行收 集；
[0118] iv.接地极设计资料收集:收集接地极位置、类型、尺寸及其他相关设计资料；
[0119] 2.确定各变电站内中性点接地变压器所能允许的最大直流偏磁量，如图6及7所 示。由中性点流入变压器的直流电流将与原有交流励磁电流共同作用于变压器磁通。
[0120] 3.如图6图所示，当交直流磁通同时作用时铁心的磁通密度位于磁化曲线的未饱 和区时，励磁电流不会发生畸变；
[0121] 4.否则，如图7所示，当磁通密度位于磁化曲线的饱和区时，励磁电流发生严重畸 变，影响交流电网安全稳定运行。
[0122] 变电站内中性点接地变压器所能允许的最大直流偏磁量的确定需要考虑以下几 方面内容：
[0123] i.绕组和铁心的发热限制
[0124] ii.结构件局部过热限制
[0125] i i i .振动及噪声需满足运行和环境要求
[0126] iv.电网总电压电流的畸变标准
[0127] v.直流偏磁引起的无功要求应不超过相应的行业标准
[0128] vi.直流偏磁引起的电压电流变化不影响保护动作
[0129] 考虑上述因素，结合变压器在电网中的运行状态，对变压器允许直流偏磁量进行 估算，得出变压器能够承受的最大直流入侵电流。
[0130] 5.根据变压器能够承受的最大直流入侵电流估算值和各变电站设计的接地电阻 值，结合交流电网线路运行参数，构建交流系统直流分布的电路模型，如图8所示，计算出各 变电站接地体所允许电位升高的极限值；
[0131] 6.根据所收集的土壤结构和土壤电阻率测量参数构造土壤电阻网络模型，并按接 地极的设计情况，通过对接地极电流场的反演计算，计算各变电站接地体所允许电位升高 在接地极处所需的接地极入地电流分布情况；
[0132] 通过接地极入地电流分布情况，按接地极设计参数计算直流输电单极运行接地极 最大允许注入电流。
[0133] 为实现本专利，变压器允许直流偏磁量受变压器容量、铁心参数、铁心材料性能、 铁心叠片缝隙以及负载程度等因素影响，对变压器允许直流偏磁量的估计需计及以上条 件。对变压器允许直流偏磁量的估算可分为两步进行:首先通过变压器材料的B-I曲线查取 变压器正常工频工作点的磁通与励磁电流以及饱和点的磁通与励磁电流，得出变压器所能 承受的最大直流磁通鐵5。由安培环路定律可得磁动势平衡方程，经过傅氏变换展开后经分 析可由式1得出变压器中性点允许的入侵直流电流：
⑴
[0135]其中：Id。为中性点入侵直流电流，1为铁心中磁路的平均长度，x，y为与铁心材料磁 化曲线有关的参数，A为铁心的等效截面积，犯为直流电流的等效绕组匝数，K为漏磁系数，ao (m)为系数，其值可由2式计算得出，其中%为交流磁通。
(2)
[0137] 在得出变压器中性点允许的入侵直流电流Idc后，计算该直流量作用下的变压器磁 场、变压器直流响应时间以及计及绕组损耗和结构件中的附加损耗的变压器油温升以及油 面温升情况，判断在直流量Id。下变压器能否正常工作，对入侵直流电流Id。做出修正。
[0138] 在收集相关资料后应先获得交直流混联系统中的交直流输电拓扑结构图以及运 行参数，之后各变电站接地体所允许电位升高的极限值的计算可如图8所示，按照以下步骤 进行:第一步:评估线路上所能够承受的最大直流电流值，按照线路上所能承受的最大波形 畸变率来衡量;第二步:按照式3计算各变电站接地体所允许电位升高的极限值：
[0139] Vd = I[E+GR]G-1 (3)
[0140] 其中：Vd为直流极的入地电流在相应变电站产生的地电位，I为流过变电站的直流 电流，G为nXn的矩阵，其元素可以由各段线路的电阻求得，R为变电站的接地电阻矩阵，E 为单位阵，上角标-1表示求逆阵。
[0141] 求得直流极的入地电流在相应变电站产生的地电位后，按照土壤电阻网络模型并 结合接地极的设计情况，计算出接地极入地电流的分布情况。土壤电阻网络模型可按水平 三层均匀土壤建立电阻网络模型，得到整个网络的节点导纳矩阵。可设土壤电阻网络模型 的电阻率数据如表1所示：
[0142] 表1三层土壤电阻率数据
[0144]可将电阻网络方程YU = J进行分块处理，分为电极极点和非电极极点，如式4所示： 陶UH七] ⑷
[0146] 式中，Yn和Y22分别为电极节点和非电极节点的自导纳矩阵;Y12和Y21分别为电极节 点与非电极节点之间的互导纳矩阵和1] 2分别为电极节点和非电极节点的电压矩阵;心为 电极节点的注入电流矩阵;非电极节点注入电流为〇。根据各变电站的地电位升高情况和直 流电流的分布情况，不难推出各电极节点的电压山和非电极节点的电压U 2,将结果代入矩阵 则可计算出电极节点的注入电流矩阵九，将注入电流矩阵心各元素之和相加，即得到在不改 变当前系统运行方式的情况下的接地极最大允许注入电流。
[0147] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对 本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的【具体实施方式】进 行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在 申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1. 一种直流输电系统中接地极处最大注入电流的获取方法，其特征在于，所述方法基 于变压器运行方式，获取直流输电系统处于单极运行方式下的接地极处的最大注入电流， 所述方法包括如下步骤： 步骤1.收集用于计算所述接地极处的最大注入电流的数据资料； 步骤2.获取变压器的最大直流入侵电流值； 步骤3.根据所述最大直流入侵电流值建立交流系统直流分布的电路模型，并计算各所 述变电站的接地体电位； 步骤4.建立±壤电阻网络模型，计算在各所述变电站的所述接地体电位升高时，需注 入接地极处的电流值； 步骤5.对各所述注入接地极处的电流值求和，得到所述直流输电系统中接地极处的最 大注入电流值。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括： 收集用于计算所述接地极处的最大注入电流的数据资料； 所述数据资料包括交流电力系统数据、变电站接地设备数据、环境数据及接地极设计 资料； 其中，所述交流电力系统数据包括:交流电力系统的网架结构及线路运行参数，且所述 线路运行参数中包括线路能够承受的最大谐波含量； 所述变电站接地设备数据包括:指定范围内变电站中全部存在接地可能的电力设备参 数及设备布点情况资料，且所述电力设备参数中包括:变电站位置参数、接地电阻及变压器 铭牌参数； 所述环境数据包括:指定范围内的±壤结构、±壤电阻率及±壤热容率的测量数值； 所述接地极设计资料包括:接地极位置、类型、尺寸、填埋深度及采用材料。3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括： 2-1.根据所述数据资料及磁化曲线，结合变压器在电网中的运行状态及参考因素，对 各变电站内中性点接地变压器的最大直流偏磁量进行估计； 其中，所述磁化曲线为中性点流入变压器的直流电流与原有交流励磁电流共同作用于 变压器磁通时的磁化曲线； 2-2.根据所述最大直流偏磁量，得到所述变压器最大直流入侵电流。4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤2-1中的所述对各变电站内中性点 接地变压器的最大直流偏磁量进行估计，包括： 根据变压器容量、铁屯、参数、铁屯、材料性能、铁屯、叠片缝隙及负载程度，在变压器材料 的B-I曲线查取变压器正常工频工作点的磁通及励磁电流、饱和点的磁通及励磁电流，得出 所述变压器的所述最大直流偏磁量觀。5. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤2-1中的所述参考因素包括： 绕组和铁屯、的发热限制、结构件局部过热限制、振动及噪声的运行和环境要求、电网总 电压电流的崎变标准、直流偏磁引起的无功要求不超过相应的行业标准及直流偏磁引起的 电压电流变化不影响保护动作。6. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤2-2包括： a.根据安培环路定律得到磁动势平衡方程，经傅氏变换得到变压器中性点允许的入侵 (1) 直流电流Idc : 式（1)中，Idc为中性点入侵直流电流；1为铁屯、中磁路的平均长度;X，y为与铁屯、材料磁 化曲线有关的参数;A为铁屯、的等效截面积;化为直流电流的等效绕组应数;K为漏磁系数;ao (m)为系数，n ' 山(2) 式(2)中，黎为交流磁通； b.计算所述入侵直流电流Id。作用下的变压器磁场、变压器直流响应时间、绕组损耗和 结构件中的附加损耗的变压器油溫升及油面溫升情况，判断在直流量Id。下变压器是否正常 工作，并对入侵直流电流Id。做出修正，得到所述变压器最大直流入侵电流。7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括： 3-1.根据所述最大直流入侵电流值及各变电站设计的接地电阻值，结合交流电网线路 运行参数，构建交流系统直流分布的电路模型； 3- 2.根据所述交流系统直流分布的电路模型，计算得到各所述变电站的接地体电位。8. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4包括： 4- 1.根据收集的所述环境数据中的±壤结构和±壤电阻率测量参数，建立所述±壤电 阻网络模型； 4-2 .根据所述±壤电阻网络模型，计算在各所述变电站的所述接地体电位升高时，需 注入所述地极处的电流值。9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤4-1包括： 根据收集的所述环境数据中的±壤结构和±壤电阻率测量参数，建立所述±壤电阻网 络模型，并得到整个网络的节点导纳矩阵。10. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述4-2包括： C.计算各所述变电站接地体所允许电位升高的极限值： Vd = I[E+GR]G_i (3) 式(3)中，Vd为直流极的入地电流在相应变电站产生的地电位;I为流过变电站的直流电 流;G为nXn的矩阵；其元素 Gij可W由各段线路的电阻求得;R为变电站的接地电阻矩阵;E 为单位阵;上角标-1表示求逆阵； d.根据所述±壤电阻网络模型及接地极的设计情况列电阻网络方程，计算在各所述变 电站的所述接地体允许的电位升高时，需注入接地极处的电流值； 即将所述节点导纳矩阵的电阻网络方程YU = J进行分块处理，分为电极极点和非电极 极点，计算得到由所述需注入接地极处的电流值作为元素组成的电极节点的注入电流矩阵Jm: (4) 式(4)中，Yll和Y22分别为电极节点和非电极节点的自导纳矩阵;Yi2和Y21分别为电极节 点与非电极节点之间的互导纳矩阵;Ui和化分别为电极节点和非电极节点的电压矩阵;非电 极节点注入电流为0; e. 根据各变电站的地电位升高情况和直流电流的分布情况，得到各电极节点的电压化 和非电极节点的电压化，并将结果代入所述节点导纳矩阵，计算得到电极节点的注入电流 矩阵Jm; f. 将注入电流矩阵Jm各元素之和相加，得到在不改变当前系统运行方式的情况下的接 地极最大允许注入电流。
【文档编号】G06F17/50GK105912774SQ201610219270
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月11日
【发明人】曹楠, 王天正, 王冬青, 王康宁, 俞华, 李冰, 王述仲, 陈翔宇, 郭文明, 马晓光, 侯鹏
【申请人】国家电网公司, 南京南瑞集团公司, 国网山西省电力公司电力科学研究院