高压直流输电接地极电流对中性点直接接地变压器影响

Abstract Dc earthing electrode transf ormer
net influence 中图分类号 TM862
文献标识码 A
offset mag-
流波形变化的情况其中图< a) 为变压器加上电压后 产生的磁通曲线, 虚~ 实线分别为有~ 无直流分量的 磁 通曲线, < b) 为变压器典型的磁化曲线, < c) 为没 有直流分量时, 激磁电流对于时间轴线对称, 产生最 大磁化电流曲线O 当磁通曲线有直流分量时, 磁通曲 线对于轴线不是对称的< 见图< c) 的虚线) , 其最大 激 磁电流 Imax 见图< c) O 可以看出, 这时的最大电流 值是没有直流分量时的 3 倍以上, 这是由于变压器 磁化曲线上部非线性而引起的, 此时变压器处于饱 和< 或过饱和) 状态O
2. 1 接地极附近地面电位分布的计算 建立极址土壤的电气模型, 计算直流接地极入
地电流引起的电位升及其分布< 见文{2~ 3]) O 2. 2 对中性点直接接地变压器的影响
接地极入地直流电流流经两台中性点接地的变
压器的直流电流 IZ 决定于下列因素; 两台变压器所
2003 年 8 月
高电压技术
第 29 卷第 8 期 13
12 Aug. 2003
IG VOLTAGE ENGINEERING
Vol. 29 No. 8
直流接地极电流对中性点直接接地变压器影响
The Inf luence of current of Dc Earthing Electrode on Directly Grounded Transf ormer
对此问题的研究应先计算出变压器允许通过的
直流电流并和变压器实际通过的最大的直流电流进
行比较, 如限值小于实际通过的直流电流, 应采取限 流措施, 以减小直流偏磁的影响O
2 研究方法和结果
图 1 地中直流电流对交流系统的影响
图 2 为变压器通过直流时, 产生直流偏磁变压 器 的励磁特性曲线 < I = f < D) 或 D= f < I) ) 及输出电
铁心中磁通的波动变化见图 3G 图中给出了通过计 算得出的某变压器铁心的励磁特性曲线 S= fC I) 由于直流偏磁存在 铁心中磁通密度最大值进入了
励磁特性曲线的饱和部分 励磁电流显著增大 波形
发生严重畸变 正半波出现尖峰 但其峰值比无偏磁
时大很多G 显然 直流偏磁越严重 励磁电流越大 其 波形畸变越严重G 若励磁电流过大 可导致变压器电 源侧断路器因过电流跳闸而误动作 影响系统的正
4 IEC 61000-4-2: Electromagnetic compatibility ( EMC) Part 4-2: Testing and measurement technigues-Electrostatic discharge immunity test [S
220
荆门变 750> 1
500
当 阳 230> 1
220
晓溪塔 120> 1
220
三峡厂 750> 1
500
换流站 1 800> 1 500
换流站 750> 2
220
换流站 750> 2
500
武 昌 750> 2
500
常 德 750> 1
500
四 川 750> 1
500
计算直流
/A 相 2. 42 2. 42 3. 66 1. 01 3. 03 2. 42 2. 42 1. 53 2. 10 3. 70 1. 53 3. 16 3. 72 2. 02 5. 00 2. 20 2. 02 2. 42 3. 39 8. 01 7. 59 3. 34 2. 20 2. 20 3. 34
场, 静电火花放电所产生的电磁场与之相比很弱; 辐 射场的最大峰值随导线半径的增加而降低, 随导线 长度的增加而增加, 但当增加至 30 cm 时, 辐射场的 最大峰值保持一恒定值O 因此在考虑相应的电磁防 护措施时, 在导线或印刷线附近应尽量防止静电源 的产生, 做好接地措施, 对电磁敏感电路进行屏蔽; 在布置电子系统中的导线或印刷线时, 应尽量用粗 线且尽量短O
/A 相 0. 047 0. 017 0. 152 0. 116 0. 032 0. 345 0. 055 0. 229 0. 229 0. 229 0. 319 0. 277 0. 301 0. 197 0. 039 0. 094 0. 018 0. 002 0. 286 0. 386 0. 103 0. 137 0. 081 0. 130 0. 128
常运行G 同时会引起变压器铁心过热 振动增大 谐 波过大等一系列运行问题G
C a) 磁链变化曲线
C b) 励磁特性曲线
C c) 励磁电流变化曲线
图 3 直流偏磁时变压器励磁电流变化曲线
2. 3 计算结果及分析
表 1 流过宜昌地区变压器中性点直流电流
根 据 变 压 器 的 过 励 磁 电 流 } 1. 1 倍 额 定 值 时[4] 认 为 该 直 流 偏 磁 对 应 的 直 流 电 流 可 接 受 的 原
o引 言
利用大地作为回流电路是直流输电的特点之 一O 但是, 采用大地回路会带来一系列问题与不利影 响, 当直流电流经接地极入地时, 地中电流一部分经 由变压器接地的中性点和交流输电线路流到另一端 的变压器, 并经该变压器的中性点入地产生直流磁 通, 使铁心磁化曲线不对称, 加剧铁心饱和, 导致变 压器噪音增大, 可引起变压器铁心~ 螺栓~ 外壳等处 的过热, 甚至引起变压器损坏O 本文分析研究了三峡 送华东的直流接地极电流对中性点直接接地变压器 的影响O
道 允许的直流电流也较小G 由单相变压器 Y 连接构成的变压器组 3 个铁
心对直流磁通形成闭合的低磁阻通道 直流电流影
响最突出 允许的直流电流最小G 铁心材料磁化曲线拐点形状比较圆滑者 能容
许直流电流值较大 反之则容许值较小G 磁通密度设 计取值愈低 允许直流电流愈大G
当变压器中有直流偏磁时 绕组中励磁电流及
参考文献
1 盛松林, 田明宏, 刘尚合 . 改进型偶极子模型的静电放电 相关电场计算[J . 高电压技术, 2002, 28( 10) : 8
2 Yee K S. Numerical solution of initial boundary value porblems involving Maxwell s eguations in isotropic media[J . IEEE Trans AP, 1966, 14( 4) : 302
规程限值 实际通过值
/A 相 2. 20 2. 20 6. 60 2. 90 2. 76 2. 20 2. 20 2. 76 3. 67 6. 60 2. 90 5. 70 6. 06 1. 84 13. 8 6. 06 4. 20 2. 20 6. 06 14. 5 13. 9 6. 06 6. 06 6. 06 6. 06
则 计算各典型变压器的结果见表 1G 可见 允许流 过绕组的最小直流电流为 1. 01 A 最大约 8. 01 A 相应允许流过变压器中性点的直流电流为 3. 03~ 24. 03 A 比实际流过变压器中性 点 的 直 流 电 流 大 得多 因此三峡直流输电系统单极运行时 宜昌地区
各变电站的变压器可安全运行 不必采取限制措施G 表中变压器结构多为单相或三相五柱式 耐受
3 Umashankar K, Taf love A. Calculation and experimental validation of induced currents on coupled wires in an arbitrary shaped cavity [J . IEEE Trans AP, 1987, 35 ( 11) : 1248
1 对中性点直接接地变压器的影响分析
图 1 地中有直流电流流过时, 一部分直流经变 压器 1 的中性点流入, 通过交流输电线路流到变压 器 2 中, 并通过中性点入地, 使变压器过饱和, 产生 直流偏磁, 交流电压波形畸变, 高次谐波含量大增O
图 2 直流分量的变压器励磁电流
对 于变压器的直流偏磁问题, 不同研究者得出 的直流限值 I0 也有差别, 但一般认为当 I0< 每相) < 0. 7% 的交流额定有效值< 相电流) 时, 认为这个影响 可以接受{1]O 而加拿大 Teshment 咨询公司认为, 当 通过每相的直流$2 倍变压器额定励磁电流时可以 接受O
通过中性点流经变压器绕组直流电流所产生的
磁通的大小 S0 取决于变压器的铁心结构: 三相三柱式结构 铁心中无直流磁通通道而需
经磁阻较大的气隙C 或油)闭合 因此直流磁通很小 允许的直流电流较大G
三相五柱式结构铁心存在直流磁通通道 其截
面虽小 仍有较大直流磁通 允许的直流电流较小G 三相壳式变压器 存在磁阻较小的直流磁通通
钟连宏1, 陆培均1, 仇志成1, 蔡汉生2 < 1. 广电集团佛山供电分公司, 佛山 528000; 2. 国电华中公司技术中心, 武汉 430077)
摘 要 采 用 变 压 器 铁 心 励 磁 特 性 曲 线, 利 用 EMTP 程 序 计算出直流偏磁时变压器的励磁电流, 当变压器的励磁电流 不超过规定值时, 认为该直流偏磁对应的直流电流可接受O 根据这一原则, 计算三峡直流输电工程中典型的变压器O
直流偏磁的能力较小 约为额定空载励磁电流的
1. 1~ 1. 5 倍G 三相三柱式变压器的直流磁通相互抵 消 铁心不易饱和 耐受直流的能力较大G 根据计算 结 果 及 Teshmont 公 司 的 经 验 流 过 这 类 变 压 器 绕 组的直流电流<2 倍额定空载励磁电流可接受G