接地极选址方法研究

接地极作为高压直流输电系统的重要组成部分,当较大的直流电流经接地极注入大地时,会在极址土壤中形成一个恒定的直流电流场,出现大地电位升高,对周边环境带来不容忽视的影响。针对接地极的直流偏磁影响,研究了不同的土壤结构对接地极周边地表电位的影响,以及接地极周边变压器分布对变压器直流偏磁的影响。提出了降低接地极直流偏磁影响的接地极选址的优化方法 :在接地极选址过程中通过分析极址区域土壤电性结构及其周边电力系统分布,预估接地极对周边变压器的直流偏磁影响,为接地极选址提供参考意见,为后续直流工程接地极选址提供借鉴和参考。     

±1100 kV古泉换流站接地极对变压器直流偏磁的影响

文中对±1100 kV古泉换流站接地极周边变压器及变电站地网进行了直流偏磁影响研究,根据周边交流电网中变压器的直流偏磁电流分布进行分析,建立相应的直流电阻网络耦合模型,并结合变压器直流偏磁的耐受电流限值,提出相应的变压器直流偏磁治理范围及直流偏磁治理方案,为华东地区的接地极选址提供参考。     

变压器直流偏磁影响因素研究

为了有效地制定直流偏磁抑制措施,有必要对直流偏磁电流的影响因素进行全面的研究。基于场路直接耦合法,采用CDEGS软件建立了简化的交流网络模型,计算了不同变电站参数、线路参数和接地极形状下的变压器直流偏磁电流值。研究结果表明,接地电阻小、出线回数多、并联接地变压器台数少及含有较大地理跨度输电线路的站点具有较高的直流偏磁风险,而直流接地极的形状对交流电网的直流电流分布影响不大。研究结果可为直流接地极的选址和直流偏磁的治理提供参考。     

±1100 kV昌吉换流站与±800 kV天山换流站共同作用的直流偏磁问题研究

针对±800 kV天山—中洲特高压直流输电工程和±1 100 kV昌吉—古泉特高压直流输电工程同时以单极大地方式运行时,新疆电网内厂站面临的变压器直流偏磁风险,提出了研究方法和应对策略:首先,利用电磁测深对两接地极周边土壤进行了冬夏两季实测,在实测的土壤电阻率基础上构建了两接地极同时作用下的电网直流电流分布模型;其次,对新疆电网直流偏磁风险进行仿真计算分析,发现不同季节土壤电阻率不同,且冬季直流偏磁风险较大,两双接地极同时注入直流时,原本没有直流偏磁风险的厂站也会存在风险;最后,提出了直流偏磁治理的防范方法与策略。文中方法和研究结论可为同类工程提供参考,具有一定的理论和实际的借鉴意义。     

抑制变压器直流偏磁的电容隔直装置优化配置

高压直流输电单极运行时产生的接地极电流会导致其附近变压器出现直流偏磁,影响交流电网的安全运行。由于偏磁电流在电网中存在多条流通路径,在某变压器中性点安装电容隔直装置虽能明显抑制该变压器中的直流电流,但往往引起相邻变压器偏磁直流增大。为此,考虑自耦变压器接线特点和电网拓扑结构,引入有效偏磁电流来描述直流接地极电流对变压器的影响,提出以所有变压器的有效偏磁电流都小于允许限值为约束条件,以隔直装置的安装数量最少为优化目标的优化模型,应用基于改进轮盘赌选择法的遗传算法求解电容隔直装置的优化配置问题。以溪浙直流输电工程金丝接地极附近的受端电网为例,求解了不同有效偏磁电流限值下电容隔直装置的优化安装方案,与未优化的安装方案相比较,所需安装装置的数量可减少50%以上。     

直流接地极近区三维大地电阻率模型建立方法

大地电阻率模型不准确是造成对直流输电接地极极址周边地面、地下导电体以及交流电网影响评估不准确的主要原因。根据接地极电流产生的地表电位(earth surface potential,ESP)具有以接地极为中心类同心圆分布的特点,利用地壳/上地幔历史电磁测深数据、资料和直流接地极工程选址设计电磁测深数据、资料,提出评估接地极近区ESP分布的大地电阻率三维模型建立方法。利用?800 k V天中直流输电工程哈密接地极周边交流电网直流偏磁电流(DC biasing current,DCBC)的实测数据,证明利用大地电阻率三维模型计算的电网DCBC准确、可靠,所建模型对接地极选址设计和电网DCBC治理方案优化都有重要意义。     

复杂土壤结构下直流接地极选址及直流偏磁风险评估

直流接地极作为直流输电工程的重要设施,其选址和设计一直是直流输电工程研究的重点.文章旨在探明复杂地质结构下计算广域层状大地格林函数的方法,完成直流接地极的选址工作并仿真建模评估交流电网直流偏磁风险:首先阐明了赣东北部地区复杂广域大地模型的特点;接着推导广域大地地表电位分布的格林函数,对比分析商用计算软件CDEGS和改进复镜像法计算地表电位分布的结果,发现改进复镜像法计算电位分布不受水平土壤层数的限制,具有更广阔的应用空间;最后文中建立实际大型复杂电网的直流分布模型,分析不同极址下变电站的直流偏磁风险,选择风险较小的接地极址作为最终选址方案.     

一种考虑接地极选址及受端电网结构的偏磁电流减小方法

基于受端电网的结构和接地极的位置对直流偏磁电流的影响,分别分析了交流电网各变电站不同联结方式下,换流站和相邻交流变电站在典型连接结构下的直流偏磁电流（DCBC）水平。分析了影响换流变压器和交流变压器DCBC值的因素,阐述了接地极选址及受端电网结构对变压器DCBC值的影响机理。考虑到受端电网结构和接地极的位置选择,提出了一种降低换流变压器和交流变压器的DCBC的方法。可从系统运行方式选择,接地极位置选择,电网结构规划设计等方面分析抑制DCBC的措施,建议在规划和设计阶段对换流变压器及交流变压器进行偏磁电流的防治。     

±800kV泰州换流站接地极入地电流对交流电网的直流偏磁影响

针对换流站直流接地极入地电流对交流电网的直流偏磁影响问题,以±800 kV泰州换流站接地极为例,分析了接地极直流电流对交流电网影响机理,对泰州换流站接地极土壤电阻率进行了实测,对电阻率实测结果进行了分层反演,并在此基础上建模仿真研究了锡盟—泰州±800 kV特高压直流输电工程受端换流站接地极对受端电网的直流偏磁影响。通过分析比较换流站试运行期间变电站偏磁情况,验证了建模分析的准确性和有效性,并得到部分站点变压器将存在严重的直流偏磁风险的结论,最后对偏磁电流超标站点进行了隔直治理,从而提升了电网整体安全稳定运行水平。     

多直流单极运行下的偏磁直流分布关键站点辨识方法

随着我国±1100kV特高压直流输电工程的建设,新疆电网在多个直流接地极共同影响下的直流偏磁风险也成为了电力部门需要解决的新问题。基于复杂网络理论,提出了多接地极共同作用下的偏磁直流关键站点辨识方法,研究了多接地极下偏磁直流站点间、站点与线路间的偏磁直流影响作用,提出了考虑影响因素不确定下的对偏磁直流分布有重要影响作用的关键度指标,以衡量多接地极作用特征最后,并给出了计算方法,以新疆750kV特高压交流系统为例,分析了在±1100kV准东特高压直流和±800kV天中直流共同作用下的影响偏磁直流分布的关键站点,与2018年10月期间实际测试数据对比,结果验证了方法的可行性和关键站点判据的有效性。论文研究成果可有效辨识对偏磁分布起到关键作用的变电站特征,为提高电网变压器直流偏磁的早期预警能力提供有用参考。     

基于多直流功率支援的直流偏磁治理策略

现有的直流偏磁治理均是从抑制设备的研发层面着手,无法实现从根源上治理直流偏磁。该文提出了一种基于多直流功率支援的直流偏磁抑制方法。首先在PSCAD/EMTDC平台上搭建了宜昌电网变压器中性点直流电流分布仿真模型,根据同一输电断面内多条直流输电线路可进行功率支援的特点,提出主动降低处于单极-大地运行方式的直流线路的输送功率,由同一输电断面中其他直流线路承担相应输送功率缺额,主动制造反向不平衡入地电流以中和单极-大地回线中的直流电流,以此降低交流电网中变压器中性点直流电流的幅值。最后,采用遗传算法对送端机组出力进行优化,并借助PSASP平台对功率转移后送端电网的静态稳定性及暂态稳定性进行了校验。     

特高压直流接地极周边断裂结构对地表电位分布的影响研究

为了提高复杂地质条件下接地极选址的合理性,避免直流系统单极大地运行时入地电流对交流电网产生不利影响,针对特高压直流接地极周边典型断裂结构建立复合土壤地质模型,将行波法与镜像法相结合推导地表电位计算公式。运用Matlab仿真平台比较了水平和复合两种土壤地质模型下的地表电位分布情况,研究断裂及其参数影响下的地表电位分布规律。结果表明:复合土壤地质模型下地表电位更接近实测值;大区域内断裂到接地极距离对地表电位影响较大;接地极近区应主要考虑断裂处电阻率的影响。该结论对接地极选址及预防直流偏磁都有重要意义。     

牛从直流翁源接地极入地电流对周边变压器直流偏磁的影响

根据牛从直流受端翁源接地极周边变电站情况,对牛从直流入地电流进行了实测和分析,并对牛从直流入地电流对周边交流变压器直流偏磁的影响进行了详细的仿真计算。结果表明,翁江站变压器220 k V侧中性点均不接地或装设隔直装置可减小流入交流系统的直流偏磁电流;翁江站110 k V供电片区优化接地方式,选择官渡、回龙站中性点接地,对交流系统直流偏磁的影响最小。     

土壤结构对直流入地电流分流特性的影响研究

高压直流输电系统单极大地回路运行时,从大地返回的直流电流通过接地网流入变压器中性点,从而引起变压器噪声增大、发热加剧等一系列不良后果。利用CDEGS软件对交直流互联系统进行建模仿真,直流输电系统以单极大地回线方式运行时,依据3种土壤分层结构分别计算了流经变压器中性点的直流电流量,得出了交流电网直流电流分布图。仿真结果表明:流经变压器中性点的直流电流因距离接地极的远近而变化,距离接地极越近,流经变压器中性点的直流电流量绝对值越大,近似呈对数函数形式分布;流经交流架空线路的直流电流值与土壤的分层结构、交流电网的拓扑结构以及距离直流接地极的远近相关。     

基于直流偏磁风险指标的变电站选址

以哈密-郑州±800 kV特高压直流(UHVDC)工程为背景,为使UHVDC接地极周边的交流变电站尽可能在设计之初免受直流偏磁干扰的危害,提出了基于直流偏磁风险指标对变电站选址。在复合高山土壤模型下考虑交流变电站极间耦合电阻计算直流电流分布,进一步选择正常、过流站点。在此基础上结合单、双UHVDC接地极的感应电势分布,分别建立等势线。依据电力系统的经济性采取就近原则:对于正常站点周边的新建站点应建在等势线上;对于过流站点周边的新建站点应与等势线径向分布,并以增大电势差为依据,适当地增加过流站点出线数量,在最大程度上规避直流偏磁风险。     

变压器中性点串小电阻抑制直流偏磁的研究

高压直流输电单极或双极不对称运行时,直流入地电流会使接地极附近的交流变电站地电位升高,从而导致直流电流侵入中性点接地的交流变压器,产生的直流偏磁将影响变压器正常运行。针对直流偏磁现象,提出了变压器中性点串接小电阻的方案,利用电力系统仿真软件PSCAD/EMTDC对接电阻后的交流输电网络进行建模,仿真分析了该方案的抑制效果,以及工频过电压和雷电过电压对中性点绝缘的影响,给出了串接电阻的建议值。研究结果表明:变压器中性点串接合适阻值的小电阻可以简单而有效地抑制直流偏磁电流,随着电阻值的不断增大,电流的衰减效果并不明显;故障情况下串接电阻后会抬高中性点的电压,建议取值的小电阻能够承受短时工频过电压和冲击过电压,不会对中性点的绝缘造成影响。     

交流电网主动防御直流偏磁体系

为了有效预防直流偏磁危害,提出交流电网主动防御直流偏磁体系,包括交流电网现阶段直流偏磁风险评估、治理以及电网扩建阶段的风险评估、优化。提出了基于等效绕组直流电流的变压器偏磁情况评价方法。以湖北电网为例,通过调整交流电网运行方式后,湖北电网各变电站的绕组等效直流电流均降为10 A以下,杨家湾站绕组等效直流电流下降62.4%,安福寺站绕组等效直流电流下降53.2%。运用遗传算法的交叉、变异模块,对湖北电网的直流偏磁措施进行优化布点,优化布点后系统绕组等效直流电流下降50.95%。运用人工蜂群优化算法,对新建变电站站址进行优化计算,使得新建变电站直流偏磁风险最小,对直流偏磁最严重的朝阳变电站站址进行重新规划后,朝阳站绕组等效直流电流下降了71.3%。