_800kV天_中直流对哈密电网变压器直流偏磁的影响

_800kV天_中直流对哈密电网变压器直流偏磁的影响

第37卷第4期2014年8月四川电力技术

SichuanElectricPowerTechnologyVol．37，No．4Aug．，2014

±800kV天—中直流对哈密电网

变压器直流偏磁的影响

王

112

马勤勇，常喜强，张建，

1

媛，金

111

铭，范旭华，刘依梅

（1．国网新疆电力公司电力科学研究院，新疆乌鲁木齐830011；

2．国网新疆电力调度控制中心，新疆乌鲁木齐830006）

摘

要：±800kV天—中特高压直流工程在调试期间，为研究天中直流在单极大地方式运行时对新疆电网变压器直

流偏磁的影响，新疆电网进行了变压器直流偏磁带电测量工作，尤其是对天山换流站所在的哈密地区电网直流偏磁进行了多点测量，并通过交流电网直流电流分布计算软件仿真计算分析新疆哈密电网变压器直流分布的情况。仿真表明，在天中直流大功率单极大地运行时，天山换流站周边近区的变电站中性点接地的变压器直流电流较大，实测发现某些天山换流站接地极周边近区变压器中性点的偏磁电流较大，与仿真结果基本相符合，严重威胁主变压器偏磁运行，后期通过在直流电流过大的主要变压器加装了直流偏磁抑制装置，大大降低了变压器中性点的偏磁电流，提高了哈密地区电网的安全性和可靠性。

关键词：天—中直流；直流偏磁；仿真计算；偏磁抑制

Abstract：Duringthecommissioningof±800kVTian－ZhongHVDCproject，inordertostudyitsimpactsonDCmagneticbiasoftransformersinHamiPowerGrid，thelivedetectionforDCmagneticbiasoftransformersiscarriedoutinXinJiangPowerGrid，especiallythemulti－pointmeasurementisdoneinHamiPowerGridwheretheTianshanDCconverterstationis，andthecalculationsoftwareforDCcurrentdistributionsimulationanalysisinacpowergridisusedtosimulatethedistributionoftheDCcurrentoftransformersinHamiPowerGrid．Thesimulationshowsthat，whenTian－ZhongHVDCprojecttransportshighpowerwithmonopoleearthmode，theDCcurrentofneutralgroundingtransformerswhichareneartoTianshanDCcon-verterstationislarger，andthemeasuredresultsalsogivethatthegroundingtransformerinsomestationswhicharenotfarfromTianshanDCconverterstationhasalargermagneticbiascurrentinneutralpoint，whichisconsistentwiththesimulationresults．Atlast，DCmagneticbiassuppressiondevicesareaddedtothestationwherehasthelargeneutralDCcurrent．TheproposedmethodgreatlyreducestheDCmagneticbiascurrentoftransformers，whichwillimprovethesecurityandreliabilityofpowergridinHamidistrict．

Keywords：Tian－ZhongHVDCproject；DCmagneticbias；simulationcalculation；DCmagneticbiassuppression中图分类号：TM732

文献标志码：A

文章编号：1003－6954（2014）04－0046－07

心饱和，导致电流波形畸变，产生高次谐波，危害变

0引言

压器和电力系统的安全运行

［3－6］

。高压直流输电单

极大地回线运行方式容易导致周围交流变电站变压

直流偏磁是变压器的一种非正常工作状态。由于变压器的原边等效阻抗对直流分量只呈现电阻特性，且电阻很小，因此，很小的直流分量就会在绕组中形成很大的直流激磁磁势。该直流磁势与交流磁势一起作用于变压器原边，造成变压器铁心的工作磁化曲线发生偏移，出现关于原点不对称，即变压器偏磁现象

［1，2］

器出现直流偏磁现象，换流变压器也多发直流偏磁危害

［7］

。目前中国特高压直流输电的入地电流比

普通的直流输电工程更大：一般±500kV直流输电入地电流为3000A，云广特高压为3125A，向家坝—上海和溪落渡—浙西特高压为4000A，锦屏—苏南为4500A。大量的入地电流将导致更加严重的直流偏磁危害，危及交流电网安全运行，因此需要开展直流电流分布预测和监测、直流偏磁预防和治理方面的研究。

。

流过变压大型电力变压器的励磁电流比较小，器的少量的直流电流就可能导致直流偏磁，引起铁

·46·

第37卷第4期2014年8月四川电力技术

SichuanElectricPowerTechnologyVol．37，No．4Aug．，2014

目前对变压器直流偏磁电磁学方面的研究尚不就连确定具体参数的变压器绕组允许通过的成熟，

直流电流也不能单纯通过仿真来确定，而是需要变压器生产厂家通过试验来确定。针对这种情况，必须对天中直流在新疆电网产生的影响进行实测评估。天—中±800kV特高压直流工程西起哈密东至郑州，工程的换流站侧接地极位于新疆哈密地区，“疆电外而哈密地区不仅有3座750kV变电站作为送”枢纽站，还有众多的风电场和光伏电站并网，连同本地的220kV和110kV电网一起，与天山换流站形成了复杂的电网结构。就天山换流站的运行对新疆电网变压器直流偏磁的影响进行了仿真、测量和挖掘研究，提出并实施了偏磁治理的方案，取得了较好的效果。

中性点直流电流过大而造成直流偏磁问题显得极为迫切。

2

天—中直流运行时哈密地区变压器

中性点直流电流的仿真计算与初步测量

仿真建模应用

为了仿真计算天—中特高压直流投入运行后对

2．1

新疆电网变压器直流偏磁的影响，使用了基于电流分布理论的《交流电网直流电流分布计算软件》进行计算。该软件程序从入地电流的恒流场进行分析，推导出场路耦合模型。在2007年至今，直流电流分布计算软件一直关注广东电网的直流电流分布，成功预报了大量存在直流偏磁风险的变电站，并积极地参与了抑制措施选型的工作，有较高的准确性

［8－10］

1±800kV天—中特高压直流系统基本情况

±800kV天—中特高压直流工程，起点在新疆

。

2．2场路耦合模型的推导

b个母线节点，若交流电网总共有m个变电站，

哈密南部能源基地，落点河南郑州，途经新疆、甘肃、宁夏、陕西、山西、河南6省（区）。额定输电电压±800kV，额定电流5kA，输电能力将达8000MW，成。为连接西部边疆与中原地区的“电力丝绸之路”哈密南换流站芨芨台接地极站位于哈密市东南部，距哈密市约60km，乌拉台乡政府北侧约22km，隶属哈密市的乌拉台乡。芨芨台接地极站距离换流站直线距离约为62．09km，周围各电压等级的变电站均有。距离较近的变电站有750kV哈密变电站、750kV烟墩变电站、220kV东疆变电站，220kV烟110kV兴业变电站等多个变电站。众墩西变电站、

多的不同电压等级的变电站汇集在接地极半径100km以内，容易因直流输电接地极入地流过大电流而引起变压器偏磁现象。

随着天—中直流工程的投运，直流输电入地电流在新疆交流电网分布的研究越发紧迫。根据初步实验结果，当在直流极注入时，采用东疆变电站220kV侧、烟墩西边220kV侧接地刀闸分闸，骆驼圈子变电站110kV、兴业变电站110kV、雅矿变电站110kV侧接地刀闸分闸运行方式时，此时烟墩变电站220kV侧中性点的直流电流为12．61A。而在单极运行接地极注入电流最大值—5000A时，烟墩变电站中性点的直流电流最大可能达到126．1A。因此重点研究和治理天—中直流投运对新疆电网变压器

有

n个独立中性点，则由节点电压法有

YV=J

（1）

，V为电网节点电压列向量，V=［VS；VN；VB］式中，

VS、VN、VB分别为变电站节点电压（V），独立中性点电压（V），母线电压列向量（V）。若中性点与变电则在模型中删去该站的中性点，仅保留站节点短接，变电站节点。

Y为电网节点电导矩阵，Y=HTG+Q；H为变

T

电站节点与所有节点间的关联矩阵；H为H的转

Hm×（m置，

+n+b）

，Em为m阶单位=［Em0m×n0m×b］

Ｒ=diagG=Ｒ－1，阵；G为变电站接地电导阵，

（ＲG1，ＲG2，…，ＲGm）；ＲGi为第i个变电站直流接地电阻，Ω；Q为交流电网地上网络节点电导矩阵。

J为电网节点注入电流列向量GP；0；0］=HTGPJ=［JS；JN；JB］=［

A；线节点注入电流列向量，

P为变电站的感应电位列向量，V，由接地理论

P=MID+NIA

（3）（2）

JN、JB分别为变电站节点、JS、式中，独立中性点、母

A；IA为注入变电站接ID为直流极入地电流，式中，

A；M为直流极与变电站间互阻矩地网的直流电流，

阵，Ω；N为变电站间（不包括自身作用）的互阻矩

·47·

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SichuanElectricPowerTechnologyVol．37，No．4Aug．，2014

指中性点与零位点间阵，Ω；P为变电站感应电位，V。的入口电位，

变电站接地电阻和感应电位的定义可以称为在。此时注入变电站接中性点进行的“戴维南等效”地网的直流电流为

IA=G（VA－P）

VA为变电站节点电压，V，其定义为式中，

VA=HV

联立公式（1）～（5）有

（Ｒ－ZN）IA=ZMID

（6）

Z=HY－1HTG–E。HY－1HT相当于取出式中，

了节点电阻矩阵关于变电站节点的部分。从式Ｒ、N和M均为（6）可以看出，除去电流量IA和ID，Z矩阵是一个场路耦合的量。令变电纯粹的场量，

－1T

i）=F（i，i）/故Z（i，站节点电阻矩阵F=HYH，

测量时的量程由现场测试人员根据现场电流的具体幅值而随时切换量程，保证最终选择高精度的量程测得直流电流数据

。

（4）（5）

Z（i，j）=F（i，j）/Ｒgi，i≠j。在直流分布的模Ｒgi－1，

i）若变电站中性点处于分闸状态，则有Z（i，型中，

i）/Ｒgi≈1=0，IA（i）=0；若变电站接地电阻F（i，Ｒgi远小于线（此情况为极限情况，即土壤为良导体，路和变压器电阻；或者是线路和变压器电阻远大于i）≈0，IA（i）≈0。事实上土则有Z（i，接地电阻时），

壤不是良导体，线路和变压器电阻较小，这两种因素造成了交流电网的直流分布。从另一个角度看，这也说明了如果一个变电站的进出线较多，该站直流偏磁的风险也较大。

根据电流分布理论分析，直流电流要形成耦合通道，需变电站接地。而对于变压器63kV侧采用三角形接法，与输电线路无法形成耦合通道，因此只需关注110kV及以上电网。利用哈密地区电网结构图，并根据各个变电站参数和线路信息，建立哈密地区电网结构仿真模型进行仿真分析，如图1所示。2．3

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