直流偏磁影響的評(píng)估與治理技術(shù).

1、1直流偏磁影響的評(píng)估與治理技術(shù)上海電科院 評(píng)價(jià)中心2016年6月2主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、站在跨越的新起點(diǎn) 二、直流偏磁的危害三、直流偏磁的評(píng)估一、直流偏磁產(chǎn)生原因四、直流偏磁的抑制3一、直流偏磁產(chǎn)生原因一、直流偏磁產(chǎn)生原因4主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、直流偏磁產(chǎn)生原因三、直流偏磁的評(píng)估二、直流偏磁的危害四、直流偏磁的抑制5 產(chǎn)生諧波 增加無(wú)功損耗 局部過(guò)熱 振動(dòng)、噪聲加劇 影響互感器特性 繼電保護(hù)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 %諧波次數(shù)諧波次數(shù)1A1A2A2A3A3A4A4A2 20.4980.4981.2811.2811.3661.3660.1080.1083 34.5

2、504.5505.8485.8489.2559.25576.09076.0904 40.1000.1001.3261.3262.6392.6390.2720.2725 50.0550.0552.8922.8922.7742.77432.45432.454總諧波總諧波4.5804.5806.8836.88310.94610.94683.94783.947二、直流偏磁的危害二、直流偏磁的危害7測(cè)點(diǎn)0A1A2A3A4A16781.986.890.791.6266.980.487.588.788.6365.880.485.489.191.0466.979.885.687.787.1平均值66.680.

3、686.389.189.6噪聲測(cè)量值噪聲測(cè)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(duì)電磁環(huán)境的影響對(duì)地埋設(shè)施的影響 地鐵、輸油管、輸氣管、水管對(duì)大地測(cè)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(nèi)容主要內(nèi)容一、直流偏磁產(chǎn)生原因二、直流偏磁的危害三、直流偏磁的評(píng)估三、直流偏磁的仿真計(jì)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(fù)奉線、500kV宜華、荊楓和葛南線。上海境內(nèi)直流接地極3處，其中荊楓和葛南共用1個(gè)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(píng)估三、直流偏磁的評(píng)估面臨問(wèn)題治理之本交直流特高壓同

4、步落地的直流輸電落點(diǎn)多，容量大，與交流電網(wǎng)距離近直流輸電落點(diǎn)多，容量大，與交流電網(wǎng)距離近涉及多電壓等級(jí)，直流偏磁影響嚴(yán)重，影響電網(wǎng)運(yùn)行涉及多電壓等級(jí)，直流偏磁影響嚴(yán)重，影響電網(wǎng)運(yùn)行統(tǒng)籌兼顧，綜合治理協(xié)調(diào)規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行與改造各階段的不同需求規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行與改造各階段的不同需求11上海電科院對(duì)長(zhǎng)三角地區(qū)已開(kāi)展了10多年的直流偏磁影響方面的研究，通過(guò)仿真計(jì)算和實(shí)測(cè)，掌握了上海地區(qū)直流偏磁的影響情況。三、直流偏磁的評(píng)估三、直流偏磁的評(píng)估 概 況直流地電位分布圖 12三、直流偏磁的評(píng)估三、直流偏磁的評(píng)估 影響因素 土壤-結(jié)構(gòu)、厚度、電阻率 接地極 交流網(wǎng)絡(luò)-接地網(wǎng)、繞組、線路13三、直流偏磁的評(píng)估三

5、、直流偏磁的評(píng)估 幾種主要方法 直接解法 建立在表征恒流源場(chǎng)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(jì)算區(qū)域的巨大規(guī)模，計(jì)算效率較低，單次計(jì)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(wú)法滿足區(qū)域電網(wǎng)抑制措施優(yōu)化計(jì)算中動(dòng)輒上千個(gè)方案的優(yōu)選需要14三、直流偏磁的評(píng)估三、直流偏磁的評(píng)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(dāng)區(qū)域內(nèi)有新站建設(shè)或地埋工程時(shí)，必須重新形成矩陣，計(jì)算效率較低；2）該方法主要反映電網(wǎng)內(nèi)電流分布，地下電流的走向通過(guò)互阻抗間接體現(xiàn)，當(dāng)需要對(duì)某地埋工程進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)困難重重，且結(jié)果不夠直觀15三、直流偏磁的評(píng)估三、直流偏磁的

6、評(píng)估 幾種主要方法 基于有限元的場(chǎng)路解法 16三、直流偏磁的評(píng)估三、直流偏磁的評(píng)估 幾種主要方法 基于有限元的場(chǎng)路解法 計(jì)算資源：國(guó)家超算中心或高校 大地電阻網(wǎng)路的元件個(gè)數(shù)為徑向2000*12=24000個(gè)，幅向2000*12=24000個(gè)，共48000個(gè) ansys+matlab+pspice17 土壤直流地電位分布研究的關(guān)鍵三、直流偏磁的評(píng)估三、直流偏磁的評(píng)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(yīng)考慮自耦變?nèi)?、直流偏磁的評(píng)估三、直流偏磁的評(píng)估 數(shù)理模型19三、直流偏磁的評(píng)估三、直流偏磁的評(píng)估 評(píng)估結(jié)果復(fù)奉復(fù)奉4000A宜華宜華3000A葛南葛

7、南1200A錦蘇錦蘇4500A練塘（未投運(yùn)練塘（未投運(yùn)）15.17 58.46 4.46 7.30 南橋南橋2.19 3.67 3.20 2.13 楊高楊高3.53 2.56 0.35 1.50 顧路顧路5.32 3.80 1.52 2.25 外高橋外高橋3.59 2.58 1.22 1.51 楊行楊行2.67 1.49 1.40 0.56 徐行徐行6.02 4.23 1.82 1.35 黃渡黃渡3.05 1.32 0.82 0.12 泗涇泗涇1.76 3.04 0.19 1.28 亭衛(wèi)亭衛(wèi)18.59 7.89 4.52 2.50 遠(yuǎn)東遠(yuǎn)東4.72 4.26 3.43 2.37 靜安靜安3.7

8、8 0.71 3.00 0.31 2010年，上海地區(qū)主要500kV變電站在各直流單極大地滿負(fù)荷運(yùn)行情況下的直流偏磁評(píng)估情況：20三、直流偏磁的評(píng)估三、直流偏磁的評(píng)估 實(shí)測(cè) 設(shè)備名稱設(shè)備名稱復(fù)奉輸送復(fù)奉輸送電流電流主變中性點(diǎn)直主變中性點(diǎn)直流電流流電流噪音噪音最大振動(dòng)最大振動(dòng)亭衛(wèi)亭衛(wèi)1號(hào)主變號(hào)主變4000A20.4A91.1dB11.69m/s2亭衛(wèi)亭衛(wèi)3號(hào)主變號(hào)主變20.6A90.8dB10.42 m/s2合興合興1號(hào)主變號(hào)主變15.2A89.4dB2.32 m/s2亭衛(wèi)亭衛(wèi)1號(hào)主變號(hào)主變800A4.75A90dB亭衛(wèi)亭衛(wèi)3號(hào)主變號(hào)主變4.65A90dB特高壓直流電流（特高壓直流電流（A）南橋

9、變南橋變亭衛(wèi)變亭衛(wèi)變計(jì)算計(jì)算值值實(shí)測(cè)平均實(shí)測(cè)平均值值計(jì)算計(jì)算值值實(shí)測(cè)平均值實(shí)測(cè)平均值27502.101.7213.014.040003.012.5018.820.3實(shí)測(cè)變壓器直流偏磁影響情況仿真計(jì)算和實(shí)測(cè)值比較測(cè)試日期分別為測(cè)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(píng)估三、直流偏磁的評(píng)估 案例 22主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、直流偏磁產(chǎn)生原因二、直流偏磁的危害三、直流偏磁的評(píng)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(diǎn)于華東地區(qū)直流單極運(yùn)行造成的電磁設(shè)備飽和后果非常嚴(yán)重，一方面直接威脅到設(shè)備的安全運(yùn)行，另一方面影響到大電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

10、現(xiàn)有技術(shù)缺乏體系，偏磁機(jī)理、電流分布模型、區(qū)域內(nèi)抑制措施綜合優(yōu)選等研究嚴(yán)重不足，無(wú)法支持統(tǒng)一規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)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 直流地電位及偏磁影響評(píng)估 仿真與實(shí)測(cè)、監(jiān)測(cè) 直流偏磁抑制方案選擇 適用性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性 直流偏磁抑制裝置關(guān)鍵參數(shù)研究 工程實(shí)施及效果評(píng)估四、直流偏磁的抑制四、直流偏磁的抑制 一般思路 25研究機(jī)構(gòu)可接受的直流偏磁電流指標(biāo)加拿大Teshmont公司1.5倍的勵(lì)磁電流（0.450.55%額定電流）Cigre0.45%額定電流(高導(dǎo)磁材料)中南設(shè)計(jì)院噪音增量不大于1015dBDL 437-1991高壓直流接地極技術(shù)導(dǎo)

11、則7的額定電流有效值四、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(yīng)用是通電阻型直流抑制裝置的應(yīng)用是通過(guò)在變壓器中性點(diǎn)串聯(lián)小電阻，過(guò)在變壓器中性點(diǎn)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(gè)歐姆左右；l并聯(lián)放電間隙、避雷器進(jìn)行保護(hù)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(yīng)用是通過(guò)電容型直流抑制裝置的應(yīng)用是通過(guò)在變壓器中性點(diǎn)處串聯(lián)大電容，將在變壓器中性點(diǎn)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(yīng)

12、有旁路保護(hù)裝置；l電容隔直裝置應(yīng)有間隙等備用保護(hù)；l變壓器運(yùn)行期間電容應(yīng)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(guò)反向注入抑制裝置是通過(guò)在變壓器中性點(diǎn)注入反向的直在變壓器中性點(diǎn)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(diǎn)，作為補(bǔ)償接地極；l增加整流和濾波元件；l需注意補(bǔ)償?shù)碾娏鞔笮?，避免過(guò)度補(bǔ)償四、直流偏磁的抑制四、直流偏磁的抑制 基本裝置29受直流抑制裝置受影響的保護(hù)主要包括：l變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)中性點(diǎn)零序方向過(guò)流保護(hù)；l線路零序電流方向保護(hù)；l接地距離保護(hù)； 單臺(tái)主變中性點(diǎn)接入偏磁抑制裝置的等

13、效圖單臺(tái)主變中性點(diǎn)接入偏磁抑制裝置的等效圖 保護(hù)類型串接電阻可能帶來(lái)的影響串接電容可能帶來(lái)的影響零序過(guò)流保護(hù)零序電流變小造成保護(hù)拒動(dòng)零序電流變大造成保護(hù)誤動(dòng)距離保護(hù)距離保護(hù)拒動(dòng)零序方向保護(hù)線路單相接地故障，本側(cè)零序電壓閉鎖保護(hù)動(dòng)作線路兩相接地故障，對(duì)側(cè)零序電壓閉鎖保護(hù)動(dòng)作不影響零序方向元件判別零序方向元件判別會(huì)受影響四、直流偏磁的抑制四、直流偏磁的抑制 保護(hù)影響30四、直流偏磁的抑制四、直流偏磁的抑制 差異比較對(duì)比類別對(duì)比內(nèi)容電容型直流抑制裝置電阻型直流抑制裝置備注對(duì)一次設(shè)備的影響直流抑制情況完全阻塞直流，影響相關(guān)臨近設(shè)備存在殘余直流，疏導(dǎo)為主均滿足變壓器運(yùn)行要求過(guò)電壓水平較高較低均滿足中性點(diǎn)

14、絕緣要求，電容旁路裝置動(dòng)作短路電流水平較大較低電容器旁路會(huì)動(dòng)作，電阻器在長(zhǎng)時(shí)間故障時(shí)需要旁路諧振問(wèn)題存在不存在電容型裝置可能在較高頻率條件下出現(xiàn)諧振對(duì)二次系統(tǒng)的影響保護(hù)定值需重新整定校核需重新整定校核臺(tái)數(shù)較多時(shí)，不宜采用電容型抑制裝置抑制裝置復(fù)雜程度復(fù)雜簡(jiǎn)單造價(jià)高低對(duì)未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展的影響大量裝設(shè)的情況對(duì)系統(tǒng)整體的影響較為復(fù)雜，待研對(duì)系統(tǒng)影響可控中性點(diǎn)小電抗不能同時(shí)安裝可同時(shí)安裝31 2010年世博會(huì)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(duì)其開(kāi)展了限制直流偏磁影響的工程治理。選點(diǎn) 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

15、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思路較為簡(jiǎn)單，在回路中串聯(lián)電阻后，流過(guò)變壓器的直流電流就會(huì)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(gè)很小的電阻就能達(dá)到良好的抑制效果。33從理論上而言小電阻只要機(jī)械和電氣參數(shù)滿足要求，就能夠長(zhǎng)期使用不需任何保護(hù)，但是從經(jīng)濟(jì)、占地等各方面權(quán)衡，可以考慮在小電阻兩端并聯(lián)保護(hù)球隙，從而能夠減少瞬時(shí)電流對(duì)小電阻的沖擊。特點(diǎn)2阻值較小，利于制造，對(duì)系統(tǒng)影響小。為減少短路時(shí)電阻溫升過(guò)高的危險(xiǎn)，電阻兩端可配有保護(hù)裝置（放電間隙）進(jìn)行保護(hù)。特點(diǎn)1裝置特點(diǎn) 四、直流偏磁的抑制四、直流偏磁的抑制 34亭衛(wèi)變加

16、裝的中性點(diǎn)小電阻技術(shù)參數(shù)裝置參數(shù) 序序號(hào)號(hào)名稱名稱單位單位參數(shù)參數(shù)1額定電壓額定電壓kV35/32額定頻率額定頻率Hz503額定電阻額定電阻歐姆歐姆354額定發(fā)熱電流額定發(fā)熱電流IbkA/s10/1（rms）5動(dòng)穩(wěn)定電流動(dòng)穩(wěn)定電流kA2*Ib（峰值）（峰值）6長(zhǎng)時(shí)工作電流長(zhǎng)時(shí)工作電流IwA/h50/27最大短時(shí)端電壓最大短時(shí)端電壓kV30(有效值、有效值、1s)8整組電阻對(duì)外殼（地）工頻耐整組電阻對(duì)外殼（地）工頻耐壓壓kV60(有效值，有效值，1min)9雷電沖擊過(guò)電壓雷電沖擊過(guò)電壓(全波全波)kV125（峰值）（峰值）10電阻溫度系數(shù)電阻溫度系數(shù)/2.8703810-511有效爬電距離有效爬

17、電距離mm1256箱體尺寸箱體尺寸電阻的阻值應(yīng)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(duì)周邊站影響以及經(jīng)濟(jì)性等多個(gè)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(jìn)行了直流偏磁影響復(fù)測(cè)治理效果 序號(hào)序號(hào)變電站變電站變壓變壓器器直流接地極直流接地極3600A運(yùn)行工況運(yùn)行工況范圍范圍近似平均值近似平均值1上海上海500kV南橋南橋1#1.82.52.22上海上海500kV南橋南橋2#2.12.62.43上海上海500kV南橋南橋3#2.83.23.04上海上海500kV亭衛(wèi)亭衛(wèi)1#0.510.63（中性點(diǎn)帶（中性點(diǎn)帶小電阻）小電阻）0.575上海上海500kV亭衛(wèi)亭衛(wèi)3#0.520.63（中性點(diǎn)帶（中性點(diǎn)帶小電阻）小電阻）0.586上海上海500kV遠(yuǎn)東遠(yuǎn)東3#2.8-3.93.47上海上海500kV遠(yuǎn)東遠(yuǎn)東4#2.9-4.63.88上海上海220kV合興合興1#20.420.8-20.69上海上海220kV星火星火1#0.630.6310上海上海220kV星火星火2#0.440.4411上海上海220kV農(nóng)園農(nóng)園1#1.11.4-1.312上海上海