直流偏磁影响评估与治理技术

直流偏磁影响的评估与治理技术,上海电科院 评价中心 2016年6月,主要内容,一、站在跨越的新起点,二、直流偏磁的危害,三、直流偏磁的评估,一、直流偏磁产生原因,四、直流偏磁的抑制,一、直流偏磁产生原因,主要内容,一、直流偏磁产生原因,三、直流偏磁的评估,二、直流偏磁的危害,四、直流偏磁的抑制,产生谐波 增加无功损耗 局部过热 振动、噪声加剧 影响互感器特性 继电保护系统故障,二、直流偏磁的危害,谐波电流含有率 %,二、直流偏磁的危害,噪声测量值,二、直流偏磁的危害,地电流其他对电磁环境的影响 对地埋设施的影响 地铁、输油管、输气管、水管 对大地测量的影响 地震、天文,二、直流偏磁的危害,主要内容,一、直流偏磁产生原因,二、直流偏磁的危害,三、直流偏磁的评估,三、直流偏磁的仿真计算,四、直流偏磁的抑制,目前上海地区拥有直流输电工程4条，800kV复奉线、±500kV宜华、荆枫和葛南线。 上海境内直流接地极3处，其中荆枫和葛南共用1个接地极。 上海周边距离较近的还有±800kV锦苏直流和±500kV龙政直流。,三、直流偏磁的评估,面临 问题,治理 之本,交直流特高压 同步落地的,直流输电落点多，容量大，与交流电网距离近 涉及多电压等级，直流偏磁影响严重，影响电网运行,统筹兼顾，综合治理 协调规划、建设、运行与改造各阶段的不同需求,上海电科院对长三角地区已开展了10多年的直流偏磁影响方面的研究，通过仿真计算和实测，掌握了上海地区直流偏磁的影响情况。,三、直流偏磁的评估,概 况,直流地电位分布图,三、直流偏磁的评估,影响因素,土壤-结构、厚度、电阻率 接地极 交流网络-接地网、绕组、线路,三、直流偏磁的评估,几种主要方法,直接解法 建立在表征恒流源场的泊松方程上，利用有限元、有限差分、边界元等方法求解，限于计算区域的巨大规模，计算效率较低，单次计算即需要1520分钟左右，特别是每次求解均需重新形成元素矩阵，完全无法满足区域电网抑制措施优化计算中动辄上千个方案的优选需要,三、直流偏磁的评估,几种主要方法,互阻矩阵法,1）互阻抗矩阵的形成工作量巨大，当区域内有新站建设或地埋工程时，必须重新形成矩阵，计算效率较低； 2）该方法主要反映电网内电流分布，地下电流的走向通过互阻抗间接体现，当需要对某地埋工程进行评价时困难重重，且结果不够直观,三、直流偏磁的评估,几种主要方法,基于有限元的场路解法,三、直流偏磁的评估,几种主要方法,基于有限元的场路解法 计算资源：国家超算中心或高校 大地电阻网路的元件个数为径向2000*12=24000个，幅向2000*12=24000个，共48000个 ansys+matlab+pspice,土壤直流地电位分布研究的关键,三、直流偏磁的评估,数理模型,交流系统建模等效原则 包括了变压器的直流电阻和输电线路的直流电阻。 应考虑自耦变,三、直流偏磁的评估,数理模型,三、直流偏磁的评估,评估结果,2010年，上海地区主要500kV变电站在各直流单极大地满负荷运行情况下的直流偏磁评估情况：,三、直流偏磁的评估,实测,实测变压器直流偏磁影响情况,仿真计算和实测值比较,测试日期分别为2010年3月2日和5月4日,三、直流偏磁的评估,案例,主要内容,一、直流偏磁产生原因,二、直流偏磁的危害,三、直流偏磁的评估,四、直流偏磁的监控,四、直流偏磁的抑制,多回直流输电落点于华东地区 直流单极运行造成的电磁设备饱和后果非常严重，一方面直接威胁到设备的安全运行，另一方面影响到大电网的稳定运行。 现有技术缺乏体系，偏磁机理、电流分布模型、区域内抑制措施综合优选等研究严重不足，无法支持统一规划、建设、运行与改造各阶段的不同需求。,意义,四、直流偏磁的抑制,直流地电位及偏磁影响评估 仿真与实测、监测 直流偏磁抑制方案选择 适用性、可靠性、经济性 直流偏磁抑制装置关键参数研究 工程实施及效果评估,四、直流偏磁的抑制,一般思路,四、直流偏磁的抑制,基本要求,电阻型直流抑制装置的应用是通过在变压器中性点串联小电阻，将直流电流限制到偏磁电流限制值以下的方案。,电阻的要求： 阻值一般在几个欧姆左右； 并联放电间隙、避雷器进行保护,四、直流偏磁的抑制,基本装置,电容型直流抑制装置的应用是通过在变压器中性点处串联大电容，将直流电流完全隔绝的方案。,电容装置的要求： 电容容抗要足够小； 电容两端应有旁路保护装置； 电容隔直装置应有间隙等备用保护； 变压器运行期间电容应被旁路,四、直流偏磁的抑制,基本装置,反向注入抑制装置是通过在变压器中性点注入反向的直流，以限制偏磁电流的方案。,反向注入装置的要求： 建造良好的接地点，作为补偿接地极； 增加整流和滤波元件； 需注意补偿的电流大小，避免过度补偿,四、直流偏磁的抑制,基本装置,受直流抑制装置受影响的保护主要包括： 变压器高压侧后备保护中性点零序方向过流保护； 线路零序电流方向保护； 接地距离保护；,单台主变中性点接入偏磁抑制装置的等效图,四、直流偏磁的抑制,保护影响,四、直流偏磁的抑制,差异比较,2010年世博会前，上海受直流偏磁影响较大的500kV交流变电站主要为亭卫变，因此对其开展了限制直流偏磁影响的工程治理。,选点,四、直流偏磁的抑制,上海地区限制直流偏磁影响全部采用电阻型直流抑制装置。,作用原理,装置原理,四、直流偏磁的抑制,原理,电阻型直流抑制装置的思路较为简单，在回路中串联电阻后，流过变压器的直流电流就会减小，由于特高压和超高压输电系统的直流电阻很小，所以仅仅需要一个很小的电阻就能达到良好的抑制效果。,从理论上而言小电阻只要机械和电气参数满足要求，就能够长期使用不需任何保护，但是从经济、占地等各方面权衡，可以考虑在小电阻两端并联保护球隙，从而能够减少瞬时电流对小电阻的冲击。,特点2,阻值较小，利于制造，对系统影响小。,为减少短路时电阻温升过高的危险，电阻两端可配有保护装置（放电间隙）进行保护。,特点1,装置特点,四、直流偏磁的抑制,亭卫变加装的中性点小电阻技术参数,装置参数,电阻的阻值应该综合考虑变电站直流偏磁影响程度、变压器直流偏磁耐受能力、对周边站影响以及经济性等多个因素而确定,五、直流偏磁的抑制,2010年，6月27日，在亭卫变加装了小电阻后，进行了直流偏磁影响复测,治理效果,五、直流偏磁的抑制,亭卫变安装了中性点小电阻后，其直流偏磁电流从20A降到了不足1A，治理效果明显。对于周边220kV合兴变的直流偏磁有一定影响，但不大。 中性点小电阻装置，目前在上海的1000kV练塘变、500kV亭卫变、练塘变、新余变和220kV合兴变、金阳变已成功应用。投运多年来，运行稳定，无故障发生。 成果拥有自主知识产权，并被收入国家电网公司基建新技术推广应用实施目录。,推广应用,五、直流偏磁的抑制,谢谢！,