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直流偏磁_图文_百度文库

发布时间:2019-07-25 13:33 来源:未知 编辑:admin

  直流偏磁_能源/化工_工程科技_专业资料。西南交通大学 特高压直流换流站直流偏磁 问题研究 王璐伽 张讥培 刘桓成 刘伟迪 刘源 朱少波 何健 目录 1 特高压直流输电概述 2 直流偏磁概述 3 变压器直流偏磁研究 * XXX

  西南交通大学 特高压直流换流站直流偏磁 问题研究 王璐伽 张讥培 刘桓成 刘伟迪 刘源 朱少波 何健 目录 1 特高压直流输电概述 2 直流偏磁概述 3 变压器直流偏磁研究 * XXXXXXXXXXXXXXXXXX 1 第一部分 特高压直流输电概述 3 特高压直流输电概述 目录 1 发展历史 2 研究现状 3 技术特点 4 主要问题 * XXXXXXXXXXXXXXXXXX 1.1 发展历史 特高压输电是在超高压输电的基础上发展起来的,国外研究特 高压输电至今已有将近四十年的历史。 美国、日本、前苏联、意大利和巴西等国于20世纪60年代末和 70年代初相继开始了特高压交、直流输电技术的研究,并建设了相 应的试验室及短距离试验线路。 国际电气与电子工程师协会(IEEE)和国际大电网会议(Cigre) 均在80 年代末得出结论:根据已有技术和运行经验,±800kV是 合适的直流输电电压等级,2002年Cigre又重申了这一观点。 * XXXXXXXXXXXXXXXXXX 1.1 发展历史 20 世纪 80 年代前苏联曾动工建设哈萨克 斯坦—俄罗斯的长距离直流输电工程,输送 距离为 2400km ,电压等级为±750kV ,输 电容量为 6GW 。但由于 80 年代末到 90 年代 前苏联政局动荡,加上其晶闸管技术不够成 熟,该工程最终没有投入运行。 在特高压直流输电方面,之前世界上运行 电压等级最高的是巴西伊泰普±600kV 级直 流输电工程,第一期工程已于1984年完成, 1990年竣工,运行正常。 * 伊泰普水电站全貌 XXXXXXXXXXXXXXXXXX 1.2 研究现状 我国特高压输电技术研究始于 1986 年,在过去的20多年里,我国的科研机 构在特高压交、直流输电领域相继开展 了“远距离输电方式和电压等级论证”、 “特高压输电前期论证”和“采用交流 百万伏特高压输电的可行性”等研究。 2006 年 8 月,国家电网公司特高压 直流试验基地奠基于北京中关村科技园 区昌平园东区。 * XXXXXXXXXXXXXXXXXX 1.2 研究现状 向家坝 - 上海±800kV 特高压直流输 电示范工程是我国首个特高压直流输电 示范工程。工程由我国自主研发、设计、 建设和运行,是目前世界上运行直流电 压最高、技术水平最先进的直流输电工 程。国家发改委于2007年4月以发改能 源【2007】871 号文件核准, 2008 年 5 月开工建设, 2009 年 12 月 12 日通过 竣工验收并单极投入运行, 2010 年整 体工程完成试运行,投入商业运行。 * XXXXXXXXXXXXXXXXXX 1.3 技术特点 在我国特高压电网建设中,将以1000kV交流特高压输电为主形成特 高压电网骨干网架,实现各大区电网的同步互联;±800kV特高压直流 输电则主要用于远距离、中间无落点、无电压支撑的大功率输电工程。 特高压直流输电的主要技术特点。与特高压交流输电技术相比 , UHVDC的主要技术特点为: (1)UHVDC系统中间不落点,可点对点、大功率、远距离直接将电 力输送至负荷中心; (2)UHVDC控制方式灵活、快速; (3)UHVDC的电压高、输送容量大、线路走廊窄。 * XXXXXXXXXXXXXXXXXX 1.4 主要问题 我国±800kV 特高压直流输电面临以下问题: (1)电磁环境 (2)过电压与绝缘配合 (3)直流偏磁 (4)控制保护系统 (5)特高压交直流混合电网的稳定性 * XXXXXXXXXXXXXXXXXX 2 第二部分 直流偏磁研究概述 11 直流偏磁概述 目录 1 直流偏磁成因 2 直流偏磁的影响 3 国内外研究现状 * XXXXXXXXXXXXXXXXXX 2.1 直流偏磁成因 定义:特高压直流输电换流站中的换流变压器“直流偏磁”是指由于某种原因导致 的直流磁势或磁通,以及由此引起的一系列电磁效应。 直流偏磁电流的产生原因主要有: 换流站中性点电位升高所产生的流经变压器中性点的直流电流 在单极大地回路运行方式时,大地作为直流输电回路,流通的电流为直流输电系统的运 行电流,在其换流站周围一定区域内会产生地表电位,使周边中性点接地变压器在中性点产生 直流分量。 2017/2/23 2.1 直流偏磁成因 太阳表面黑子物质产生的太阳风和射线流袭击地球产生的磁暴 地磁场的变化在地球表面诱发电位 梯度,在地面电导率较小的地区,这一 低频且具有一定持续时间的电场作用于 输电系统中中性点接地的变压器时,地 表电位梯度将在其绕组中诱发地磁感应 电流。 该电流频率在0.001~1Hz之间,可 看作近似的直流,其值可达80~100A。 2017/2/23 2.1 直流偏磁成因 此外,产生直流偏磁电流的其他原因还有: ? 触发角不平衡 ? 换流器交流母线上的正序二次谐波电压 ? 在稳态运行时由并行的交流电流感应到直流线路上的基频电流 ? 存在于交流网络中电压和电流关系曲线不对称的负载产生的直流分量 2017/2/23 2.2 直流偏磁的影响 磁通曲线 变压器典型Φ-i曲线 虚线—有直流分量时的情况 实线—无直流分量时的情况 励磁电流曲线 变压器直流偏磁原理图 由图可见,有直流分量时 励磁电流发生了畸变,并且 是由变压器Φ-i曲线端部的非 线性引起的。 XXXXXXXXXXXXXXXXXX * 直流偏磁对变压器的影响 由于特高压直流输电系统采用大地作回路,加上地磁“风暴”引起的地 磁感应电流的作用,产生的直流偏磁对整个系统的影响如下,主要是针对 换流变压器而言的。 直流偏磁造成 励磁电流增大 变压器振动增 大 噪音加剧 变压器损耗增 加 引起局部过热 系统电压下降, 电压波形畸变 继电保护误动 作 * XXXXXXXXXXXXXXXXXX 2.3 国内外研究现状 目前,国内外在该领域的 研究主要在于分析变压器中 性点直流电流入侵后的变压 器本体运行特性以及中性点 直流电流的隔离措施。 国外十分重视GIC对直流 偏磁的影响研究,而国外对由 直流输电单极运行引起变压器 直流偏磁的研究较少。 国内对GIC的研究较少, 但直流输电系统引起的变压 器直流偏磁相关的研究较多。 * XXXXXXXXXXXXXXXXXX 2.3 国内外研究现状 美国国家航空和宇宙航行局发射了 名为ACE(Advaneed Composition Explorer)的卫星对 太空气象进行监测,卫星捕捉到带 电粒子运动情况。从这些数据预估 电力系统所处区域的GIC的分布情 况、地磁扰动的剧烈程度、广度等 ,取得了一定进展。 芬兰对中性点串电阻抑制变压器直 流偏磁取得一些成果并应用与实际 工程中。加拿大魁北克电力公司于 1996 年对芯式变压器允许直流电 流进行了相关研究。 * XXXXXXXXXXXXXXXXXX 2.3 国内外研究现状 国内南方电网技术中心的赵杰等论证了在变压器中性 点串接电阻器限制地中直流流入的可行性,并从抑制效 果和继电保护角度分析校核了中性点电阻器对系统造成 的影响。 华北电力大学的马玉龙等在分析直流网络的基础上提 出了基于伴随网络的接地电阻优化配置方法。 国网武汉高压研究院的杜忠东等人提出了直流电位补 偿法原理,并进行了试验验证。 * XXXXXXXXXXXXXXXXXX 2.3 国内外研究现状 综上所述,直流偏磁现象还有不少问题需要深入研究。例如: ? 中性点直流量的大小; ? 接地电流引起的直流偏磁对变压器的影响; ? 对中性点直流量进行在线监测的装置设计; ? 变压器承受直流偏磁的能力; ? 导致变压器局部过热的机理和位置没有得到共识 * XXXXXXXXXXXXXXXXXX 3 第三部分 变压器直流偏磁研究介绍 22 变压器直流偏磁研究介绍 目录 1 研究方法概况 2 电路—磁路模型及结果分析 3 Ansoft有限元仿线 变压器允许直流量及直流偏磁抑制措施 * XXXXXXXXXXXXXXXXXX 3.1 研究方法概况 对变压器直流偏磁的研究一般是通过实测建立相应的计算模型,进行模拟 仿真计算。 详细计算了由于触发不平衡和交流系统正序二次谐波在换流变压器中产生的 直流偏磁电流。 ——马为民.换流变压器中直流偏磁电流的计算[J].高电压技术 利用EMTP软件计算出直流偏磁时变压器的励磁电流,以论证变压器允许通 ——钟连宏,陆培均.直流接地极电流对中性点直接接地变压器的影响[J].高电压技 过的最大直流电流。 术 通过网络分析计算得出,流过各变压器绕组的直流电流大小不仅与接地极 的距离相关,同时与极址土壤导电性能、电力系统网络接线及其参数有关。 ——曾连生.直流输电接地极电流对电力变压器的影响[J].高电压技 术 对变压器噪声、中性线直流电流及变压器高压侧谐波电压进行实测,分析 直流偏磁对变压器的影响。 ——黄成,吕金壮,刘艳村.广东电网变压器直流偏磁问题及其抑制措施[J].广东输电与变电技术 2017年2月23日 24 XXXXXXXXXXXXXXXXXX 3.1 研究方法概况 提出了一种在直流偏磁情况下研究变压器空载的二维瞬态场路直接耦合有限 元分析方法,分析了在不同直流偏磁情况下,变压器空载状态下的心磁感应强度、 励磁电流情况。结果表明,随着变压器直流电流的增加,变压器铁心饱和度愈高, 励磁电流畸变愈严重。 ——曾林锁, 杨松. 直流偏磁对换流变压器励磁电流的影响[J].沈阳工业大学学报 通过铁心的非线性磁化曲线Jiles-Atherton理论, 建立了变压器铁心的仿真 模型并利用该模型分析了直流偏磁大型变压器开路时励磁电流的波形特征。仿真结 果表明,随着流入变压器的直流电流增加,励磁电流畸变愈严重,并在励磁电流增 大到一定程度后严重半周饱和,其谐波分量越来越大且出现随直流电流增加而快速 增长的偶次(主要是2次)谐波。 ——李晓萍,文习山,陈慈萱.单相变压器直流偏磁励磁电流仿真分析[J].高电压技术 2017年2月23日 25 XXXXXXXXXXXXXXXXXX 3.2 电路—磁路模型及结果分析 (1)用电路与磁路相结合的方法求解系统微分方程组 图3.1 直流偏磁下的变压器的等效电路图 该电路模型满足的电路方程: 2017年2月23日 26 XXXXXXXXXXXXXXXXXX 3.2 电路—磁路模型及结果分析 三相组式变压器中单相变压器的铁心及其磁路如下图所示,其磁路方程可写 为: 图3.2 单相变压器的铁心及其磁路图 2017年2月23日 27 XXXXXXXXXXXXXXXXXX 3.2 电路—磁路模型及结果分析 (2)直流偏磁下的变压器励磁电流波形 在变压器额定电压下,分别在一次侧对变压器施加0、10、50、100、150、 200V的直流电压。 空载状态时单相变压器的励磁电流波形如图所示: 当变压器绕组中有直流电流经过时,由 于直流电流的偏磁影响,可能使得励磁电流 工作在铁芯磁化曲线的饱和区,导致励磁电 流的正半波出现尖顶,负半波为正弦波。并 且直流电流越大,励磁电流波形畸变越严重, 变压器工作点越趋近于磁化曲线 XXXXXXXXXXXXXXXXXX 3.2 电路—磁路模型及结果分析 (3)变压器在不同直流偏磁下的磁链波形 空载状态时,变压器在不同直流偏磁下的磁链波形如图所示: 从上面的结果可以发现 : 随着直流电 流的增加, 直流磁通量增加 , 磁链向一侧偏 移 , 因此铁心在随时间交变的半个周期内 饱和程度增加 , 励磁电流的畸变越来越严 重,励磁电流正半周越来越大 , 负半周减小 至零 2017年2月23日 29 XXXXXXXXXXXXXXXXXX 3.2 电路—磁路模型及结果分析 (4)直流偏磁对励磁电流波形畸变的影响 通过对所得励磁波形进行傅里叶分析,得空载状态时,变压器在不同直流 偏磁下的谐波分布如图所示: 2017年2月23日 30 XXXXXXXXXXXXXXXXXX 3.2 电路—磁路模型及结果分析 在直流偏磁状态下 励磁电流畸变,直流量越 大,畸变程度也越大。将 含直流量的励磁电流波 形傅立叶分解就得到其 总谐波畸变率,谐波的 大小和次数均随直流量 的增加而增加。 2017年2月23日 31 XXXXXXXXXXXXXXXXXX 3.2 电路—磁路模型及结果分析 曲线表明组式变压器空载电流中各次谐波量随着直流电流的增加而增加 ,增 加幅度较大的主要是直流分量和二次谐波 ,但当直流电压超过一定值后 ,直流分 量的谐波幅值继续增加,其他谐波幅值减小,谐波畸变率减小,这是因为当直流量 很大时铁心高度饱和,其等效磁导率接近真空磁导率。当直流电压在150-200V之 间时达到最大值。 2017年2月23日 32 XXXXXXXXXXXXXXXXXX 3.3 Ansoft有限元仿真 * XXXXXXXXXXXXXXXXXX 3.3 Ansoft有限元仿真 * XXXXXXXXXXXXXXXXXX 3.3 Ansoft有限元仿真 * XXXXXXXXXXXXXXXXXX 3.3 Ansoft有限元仿真 由图可以看出变压器内部磁感应 强度的分布情况,变压器铁芯的磁感 应强度平均值随着直流量的增加明显 上升,其中在铁窗位置的铁扼磁 感应强度增加速率最快。当所加 直流量达到200A时磁感应强度的最大 值趋于稳定,变压器铁芯己经严重过 饱和。 随着直流偏磁电流的增加,铁心 损耗将会随之增加,这会导致铁心温 升上升。对于一般系统中运行的大型 换流变压器来说,铁心温升的增加, 必将会造成铁心的过热,影响变压器 的正常运行,应此应采取适当的措施, 来限制变压器中的直流偏磁量。 * XXXXXXXXXXXXXXXXXX 3.4 变压器允许直流量及直流偏磁抑制措施 (1) 确定变压器允许直流偏磁量的准则 变压器允许直流量的标准应从如下几个方面来考虑: (a)绕组的发热限制 GB1094.2一1996 (b)结构件局部过热限制 (c)其他要求 《电力系统谐波管理暂行规定》 工业供电标准(ESI35一1,ESI35一2) * XXXXXXXXXXXXXXXXXX 3.4 变压器允许直流量及直流偏磁抑制措施 (2) 直流偏磁抑制措施 ? 变压器中性点接电容 中性点串联电容器是将电容器串入变压器中 性点与地之间,隔断直流电流以消除直流对变 压器的影响。 有缺陷 直接接电容 在电容两端 旁接电路 XXXXXXXXXXXXXXXXXX * 3.4 变压器允许直流量及直流偏磁抑制措施 ? 反向电流法 在出现直流偏磁现象的变 压器中性点接一个直流发生 装置 , 一个与直流接地极电 流大小相等,方向相反的直流 来进行补偿,以此来抑制变压 器直流偏磁。 * XXXXXXXXXXXXXXXXXX 3.4 变压器允许直流量及直流偏磁抑制措施 ? 中性点串联电阻 流过变压器直流电流的大小取决于 直流输电大地回路所造成的中性点接地 电位差,以及变压器中性点接地电阻、 绕组和连接线路的等效电阻,因此,在 中性点接地线上串联限流电阻,可以有 效地抑制中性点的直流电流。 * XXXXXXXXXXXXXXXXXX 3.4 变压器允许直流量及直流偏磁抑制措施 其他措施: ? 输电线串联电容 ? 电位补偿法 ? 改善电网中直流分布 ? 降低变压器运行工作点 * XXXXXXXXXXXXXXXXXX 谢谢! 请对不足之处提宝贵意见!

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