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交流电网直流电流分布

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人气:-发表时间:2016-02-17 10:15【

交流电网直流电流分布的研究主要集中在国内:

中国电科院的朱艺颖等以2005年南方电网为对象,提出在简化电网规模的基础上,采用“等值简化的大地电网模型”进行直流分布EMTDC程序的仿真计算,探讨了天广、三广、贵广I回直流输电工程运行方式对变压器中性点直流电流的影响,比较了变压器中性点串联电阻、线路串联电容、变压器中性点串联电容这三种措施的抑制效果。

广东省电机工程学会的马志强高工认为“大地电流分布涉及电流场计算,而交流电网中的直流电流分布涉及电路计算,因而计算过程存在‘电路’和‘电场’的交替迭代,在迭代计算收敛后才能求得大地直流电流场和交流电网直流电流的稳态分布”,因此应用极自电阻和耦合电阻的概念,将地网和交流电网直流通路电网联合计算,在此基础上提出了变压器中性点直流分量的网络算法。该算法把电流场计算变换为电路计算,将原来的场–路交替问题演化成纯电路问题,并形成研究结论:“直流地网与交流电网通过接地极形成的某种强度耦合是直流输电大地电流影响交流电网的主要途径”。

华中科技大学的何俊佳教授在2006年发表了关于交流系统直流分布的计算模型,在随后的研究中重点分析了土壤结构对流入变压器中性点直流电流的影响,认为“上层土壤的水平均匀程度对地面电位分布影响较大”,选择变电站站址应考虑使得变电站接地网与直流接地极之间的耦合通道存在着较小电阻率(如湖泊)或较大电阻率(如岩石山)区域。

华中科技大学的毛承雄教授采用有限元法分析了直流输电单极运行时接地极附近的地表电位分布特征,并通过简化的大地电阻率数学模型,定性分析了地形、大地各层电阻率、接地极设计和多个接地极共同作用等因素对地表电位分布的影响,认为因大地导电条件复杂,传统方法很难计算出有实际意义的可能流过变压器中性点的电流值,故根据等效阻抗的概念和逆向求解的思路,提出一种计算流过变压器中性点直流电流的新方法:通过中性点直流电流的测量值反推求出接地极和变压器间的电阻网络参数。

郑健超院士、李立浧院士和清华大学刘曲博士把研究的重点放在复合土壤模型上,根据镜像法的物理意义,推导求得接地极地表电位的计算公式,比较了复合土壤模型下地表电位分布的差异,强调了地表电位和交流电网的拓扑结构是影响流过变压器中性点直流电流分布的重要因素。刘曲博士的论文中建立考虑海洋影响的模型,解释了海边变电站(核电站)的电位较低使得这些厂站接地变压器中性点有较大电流流过的现象。

清华大学何金良教授、曾嵘教授和张波副教授带领的科研团队认为地下的电流场是在交流系统产生直流电流的驱动源,而该电流场是由地中所有导体向大地泄漏/吸收电流产生的,因而得到埋地导体的漏电流分布是分析直流大地运行时交流系统直流电流分布的关键。基于场路结合的方法,把整个直流接地极、交流接地网和交流输电线路视为一个由位于地上的电阻网络和位于地下的多导体电流场构成的复杂系统。基于矩量法的原理,建立了包括完整的地上交流输电网络和地下各个接地网的计算模型,使用导体表面电位的连续性条件来对由直流极和交流站接地网上泄漏电流构成的电流场建立分析模型,建立了分析直流大地运行时交流系统直流电流分布的数值方法。分析影响流过线路电流的因素有:线路两端的地电位差(由距直流极的距离、线路走向、线路长度决定)、大地在线路两端的等效阻抗(由大地地质情况、变电站接地网情况决定)、线路的等效直流电阻(由线路长度、线路回数、导线参数决定)。

山东大学的李庆民教授及其团队利用保角变换中的正幂函数变换,将三维空间转化为二维空间,提出扩展镜像法的概念,据此推导出半岛地质环境下地表电位分布的函数表达式。

西南交通大学吴广宁教授的团队也对本课题做了大量的工作:曹晓斌博士首先借助了渗流物理学中的多孔介质模型,并结合试验的方法研究了直流电流密度对土壤电阻率的影响[72];蒋伟博士使用电路模型研究了变压器直流偏磁及其与接地电阻关系,随后发表文献[74, 75]基于场路结合的模型,以限制变压器中性点直流电流大小和串入电阻大小为优化目标,引入了双目标粒子群算法对问题进行求解;任志超博士研究了大范围多层地质结构Hummal法简化的可行性和交流输电线路、变电站接地网对直流地电位分布的影响,得出了直流入地电流经交流电网分流的求解等效电路,推导了直流地电位的计算公式;最近任志超博士基于典型三层结构大地,提出了一种求解直流地表电位的简易算式,利用变压器中性点直流电流的现场实测值确定算式中的系数,利用该算式预测了某超高压直流工程单极投运后可能引起的直流地表电位、跨步电压,评估了直流接地极入地电流在变电站的分流情况。

综合国内学者对交流电网直流分布的理论模型,不难发现:模型以纯电路的模型居多,或者是模型中场的参数以电路元件表示;电网的模型相对简单,两站系统比较常见,最复杂的情况也只是局部的小型电网;对电网的运行方式缺少深入的讨论,计算结果和结论没有完善的对比分析;地表电位分布的计算有的依赖有限元软件ANSYS或者是接地软件CDEGS,真实性和有效性有待商榷;目前没有一个数值性能优良且界面友好的直流电流分布仿真软件,妨碍了直流电流分布预测和抑制措施仿真工作的开展。

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