半島地質(zhì)環(huán)境下直流偏磁效應(yīng)計(jì)算與評(píng)估研究.pdf

1、近年來，高壓/特高壓直流輸電技術(shù)在我國(guó)廣大地區(qū)獲得迅猛發(fā)展。當(dāng)高壓直流輸電系統(tǒng)以單極大地回線運(yùn)行時(shí)，以及地磁暴感應(yīng)電流的客觀存在，使得較大的直流電流通過大地而形成回路，對(duì)關(guān)鍵電磁設(shè)備(如電力變壓器、互感器等)造成嚴(yán)重的直流偏磁效應(yīng)，從而影響電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定與可靠運(yùn)行。研究直流偏磁效應(yīng)的發(fā)生與作用機(jī)理、計(jì)算方法、評(píng)估判據(jù)以及有效的抑制措施，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　 本文結(jié)合我國(guó)在建的±660kV寧東-山東直流輸電工

2、程，特別針對(duì)半島地質(zhì)環(huán)境下的直流偏磁效應(yīng)開展探索與創(chuàng)新研究，重點(diǎn)解決半島地質(zhì)條件下地表電位與地中直流分布的計(jì)算方法、直流偏磁對(duì)計(jì)量型及保護(hù)型電流互感器傳變特性的影響、計(jì)及直流偏磁的變壓器磁化建模理論、變壓器承受直流偏磁能力的評(píng)估準(zhǔn)則等基礎(chǔ)性問題。針對(duì)任意夾角的環(huán)海洋半島地質(zhì)環(huán)境，在建立半島地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，本文研究提出了一種擴(kuò)展鏡像法。該方法利用正冪變換先將三維空間的點(diǎn)映射至二維平面，再利用保角變換將任一角域轉(zhuǎn)化為另一空間的上半平面，據(jù)

3、此可導(dǎo)出半島地質(zhì)環(huán)境下的地表電位表達(dá)式，有效解決了任意夾角的半島角域地表電位以及地中直流分布的計(jì)算問題。基于山東半島電網(wǎng)的具體結(jié)構(gòu)與參數(shù)，計(jì)算了寧東.山東直流輸電工程單極大地回路運(yùn)行時(shí)500kV及220kV交流系統(tǒng)的中性點(diǎn)電流，并與文獻(xiàn)及實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了交互比較，驗(yàn)證了本文方法的正確性和有效性。進(jìn)一步分析了影響半島角域電位分布的關(guān)鍵因素，以及在半島地質(zhì)條件下共用接地極的可行性。電磁式電流互感器(EMCT)的傳變特性，關(guān)系到電能計(jì)量的公平性

4、以及繼電保護(hù)裝置動(dòng)作的可靠性?；陔姶抨P(guān)系方程，對(duì)直流偏磁條件下EMCT的傳變特性開展了系統(tǒng)研究。導(dǎo)出了直流偏磁及剩磁作用下保護(hù)型EMCT起始飽和時(shí)間的通用計(jì)算公式，并定義了補(bǔ)償系數(shù)來綜合表征偏磁電流與剩磁對(duì)起始飽和時(shí)間的交互影響程度；基于諧波平衡法導(dǎo)出了直流偏磁條件下計(jì)量型EMCT角差和比差的數(shù)學(xué)表達(dá)式，以仿真算例驗(yàn)證了理論分析結(jié)果。此研究為直流偏磁環(huán)境下的繼電保護(hù)整定以及實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確電能計(jì)量提供了基礎(chǔ)依據(jù)。鐵磁材料磁滯效應(yīng)的物理機(jī)制描述

5、與準(zhǔn)確數(shù)學(xué)表達(dá)，是保證電力變壓器等電磁裝備建模有效性的前提?；阼F磁材料的磁化物理基礎(chǔ)，指出了原J-A理論內(nèi)核描述中的不合理及錯(cuò)誤之處，給出了正確的能量守恒方程，進(jìn)而推導(dǎo)出J-A理論的修正表征形式，使其更加符合材料的磁化物理機(jī)制?；谛拚Ｐ偷姆抡娼Y(jié)果與材料的實(shí)測(cè)磁特性數(shù)據(jù)吻合較好，可更準(zhǔn)確地模擬磁材料的靜態(tài)磁化物理過程，進(jìn)一步完善了變壓器鐵芯的磁滯建模理論。在磁化建?；A(chǔ)上，建立了計(jì)及磁滯效應(yīng)和負(fù)載特性的組式變壓器等效電路模型，據(jù)此可

6、研究直流偏磁等條件下組式變壓器的電磁傳變特性。
　　 本文就變壓器承受直流偏磁能力的評(píng)估方法開展了探索研究。結(jié)合直流偏磁時(shí)電力變壓器的輸出特性，基于電壓調(diào)整率和電壓諧波畸變率等電能質(zhì)量指標(biāo)約束，提出了確定變壓器承受直流偏磁能力的有效判據(jù)，指出變壓器鐵芯的飽和系數(shù)以及負(fù)荷的功率因數(shù)等，是影響變壓器直流偏磁承受能力的關(guān)鍵因素。基于WSCC三機(jī)九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的系列仿真，驗(yàn)證了理論分析結(jié)果的正確性，有關(guān)結(jié)論可用于指導(dǎo)變壓器的運(yùn)行實(shí)踐，同時(shí)為