文档介绍：直流接地极对交流接地装置影响的研究
摘要:直流输电系统的运行结构方式采用大地回路可能会带来一系列问题与不利影响。当变压器中性点流人直流电流后,在变压器中形成直流偏磁,导致变压器励磁电流和谐波急剧增加,损耗增大和温升增高,噪声和振动增大;此外接地极电流引起的地电位升会使接地极周围的不同地点间产生电位差,这一电位差会在埋人地中的金属构件中产生电流,从而导致地下和地面金属构件产生腐蚀,从而对周边电力设施产生负面影响。此文在探索减少降低直流接地极影响的各种方法中,从技术与经济两方面综合比较各种方法的优劣,尽量兼顾解决技术问题与经济成本问题,减少接地极电流对周边电力设施的负面影响,能有效维护电网稳定和节省改造维护成本。
关键词: 高压直流输电;接地极;直流偏磁;腐蚀
1 研究直流接地极影响交流装置的必要性
直流输电系统的运行结构方式主要有金属回路、单极或双极以大地为回线。但是, 采用大地回路可能会带来一系列问题与不利影响。特别是单极以大地为回线运行时, 巨大的直流电流与大地构成回路,此时如果极址附近有变压器中性点接地的变电所,地下金属管道或铠装电缆等金属设施,由于这些设施可能给地电流提供了比大地土壤更为良好的导电通道,因此一部分电流将沿着并通过这些设施流向远方, 地电流过会对附近的交流系统产生影响。同时也会对周围地中的金属管线或地中金属物体产生影响, 也可能对地中通信线或信号线产生影响, 或加速地中金属物体的腐蚀等。
对电力系统的影响
在我国,110kV及以上电压等级的变压器中性点几乎都采用直接接地的。假如变电所位于接地极电流场范围内,那么在场内变电所间会产生电位差,直流电流将会通过大地,交流输电线路,由一个变电所(变压器中性点)流入,在另一个变电所(变压器中性点)流出。如果流过变压器绕组的直流电流较大,则可能给电力系统带来以下不良影响
[1]。
当变压器中性点流人直流电流后,在变压器中形成直流偏磁,导致变压器励磁电流和谐波急剧增加,损耗增大和温升增高,噪声和振动增大。
交流系统中因流入直流而产生的所有危害,均是由于变压器的偏磁饱和引起的。直流偏磁使变压器成了交流系统中的谐波源。谐波流入系统的后果是系统电压波形畸变、滤波器过载、继电保护误动、合空载长线时产生持续过电压、单相重合闸过程中潜供电流增加和断路器恢复电压增高。直流偏磁还会引起变压器磁路饱和,励磁电流增加,变压器消耗无功增加,使系统无功补偿装置过载或系统电压下降。变压器偏磁饱和的另一后果是引起噪声和振动,同时还会增大变压器有功损耗,有可能使变压器产生局部过热并导致损坏。
直流人地电流对接地极临近的交流系统的不利影响,已构成一项重要的技术挑战。它直接影响已建工程接地极附近交流系统的安全稳定运行,也使得待建直流工程接地极的选址工作需要更审慎地进行。
对地下金属构件腐蚀
当直流输电系统在建设初期采用单极一大地运行方式时,或是在今后的运行中因故障或检修采用该种运行方式时,直流接地极将作为工作电流的返回通道,当工作电流或不平衡电流通过直流接地极流经大地时,不仅接地极本身会发生腐蚀,还会对接地极周边的地下金属构件产生腐蚀影响。这是因为接地极电流引起的地电位升会使接地极周围的不同地点间产生电位差,这一电位差会在埋人地中的金属构件中产生电流,从而导致地下和地面金属构件产生腐蚀,对于距接地极较近且长度较大的金属构件,产生的腐蚀影响更为明显。
为尽量减少接地极电流对周边电力设施的负面影响,有必要分析计算接地极电流可能造成的腐蚀量,并针对其影响范围及影响程度,提出相应的控制指标及防护措施。
2 直流输电极对交流设备影响分析
直流输电接地极电流对电力变压器的影响分析
因此,研究并分析直流偏磁对电力系统的影响和由此带来的问题,并提出抑制直流偏磁及其影响的可行性措施,对于HVDC系统中设备的安全运行和电网稳定性具有重要的理论和实际意义[2]。
在线运行的变压器绕组内产生较大的直流分量[3],可以由如下原因引起:直流输电线路与交流输电线路的并行运行或交流网络中存在电压电流关系曲线不对称的负载。直流输电系统通常采取大地返回方式,因为在其换流站周围一定区域内会产生地表电流,与其并行运行的交流输电系统变电站中的联络变压器如果距离换流站不远,就会受到干扰,这种干扰作用的直接表现就是通过交流变压器的接地中性点在交流变压器的励磁电流中产生直流分量。
目前抑制直流偏磁的措施主要有以下研究内容:
(1)中性点串联限流电阻
这种方法要求装设的电组阻值足够大,只有这样才能满足限流的要求。这样大的电组不能保证系统可靠接地,若在故障时用放电间隙将此电组旁路,会使系统接地阻抗不连续,从而继电保护配置复杂化。
(2)变压器中性点补偿电流法
补偿电流法通过向变压器附近