特高压直流接地极邻近新能源厂站变压器直流偏磁的影响分析

 随着特高压直流(UHVDC)输电工程的大规模建设和新能源厂站的快速发展，两者地理位置的交叉日益增多。当特高压直流输电系统采用单极大地回路运行方式时，其强大的入地电流会在接地极周围区域引发显著的地电位抬升。若新能源厂站（尤其是其升压站）邻近此类接地极，该抬升的地电位会通过厂站接地网作用到变压器中性点上，导致变压器中性点电位相对于局部地电位发生偏移，从而在变压器铁芯中产生直流偏磁电流。这种直流偏磁现象对变压器的安全稳定运行构成严重威胁，亟需深入分析并采取有效抑制措施。

 直流偏磁现象的影响机制

 UHVDC系统接地极附近的大地电位显著高于远方大地电位。新能源厂站接地网处于该电位梯度场内，其电位亦随之升高。当变压器中性点通过厂站接地网或直接接地时，中性点电位被强制拉高至接近厂站地电位水平。而变压器绕组（特别是高压绕组）的交流电压参考点（如线路或母线）通常连接至远方电网（电位接近零），这就导致在变压器绕组上施加了一个等效的直流电压分量。该直流分量驱动直流电流流过变压器绕组，使铁芯工作点偏离设计原点（磁化曲线的零点），进入饱和区，从而引发一系列负面效应。

 主要影响因素

 变压器直流偏磁的程度受多种复杂因素的综合影响，主要包括：

 UHVDC系统运行参数：直流输电电流的大小是直接影响地电位抬升幅度和偏磁电流强度的核心因素。

 接地极特性：接地极的位置（与新能源厂站的距离）、设计结构（形状、尺寸、埋深）、注入电流的分布直接影响周边地电场的形态和强度。

 大地电性结构：大地电阻率及其在水平和垂直方向上的分布差异，决定了地电流的扩散路径和地电位抬升的范围与梯度。

 新能源厂站及变压器特性：

 厂站接地系统：接地网的拓扑结构、接地电阻大小影响厂站地电位水平和中性点偏移量。

 变压器连接方式：中性点接地方式（直接接地、经小电阻/电抗接地、不接地）决定了直流电流的流通路径。

 变压器结构参数：铁芯材料、磁化特性、绕组设计、容量等影响其抗偏磁能力和饱和程度。

 直流偏磁的危害性后果

 变压器铁芯工作在饱和区会引发一系列严重问题：

 振动与噪声加剧：铁芯饱和导致磁致伸缩效应增强，引起变压器本体及附件剧烈振动和异常刺耳噪声。

 损耗增加与局部过热：铁芯饱和导致励磁电流（含大量谐波）急剧增大，涡流损耗和杂散损耗显著增加，引起变压器整体温升过高，甚至引发铁芯、夹件、绕组等部位局部过热。

 绝缘加速老化：持续的过热和振动会加速变压器内部绝缘材料（油纸绝缘）的老化过程，缩短设备寿命，增加故障风险。

 谐波污染：励磁电流畸变产生大量谐波注入电网，可能影响电能质量，干扰继电保护装置动作。

 潜在损坏风险：严重或持续的直流偏磁可能导致绕组变形、绝缘击穿等永久性损坏，威胁电网安全。

 直流偏磁的治理策略

 为有效抑制邻近UHVDC接地极新能源厂站变压器的直流偏磁，可采取以下主要措施：

 中性点安装隔直装置：在变压器中性点接地回路中串联安装隔直装置（如直流偏磁抑制装置、电阻限流装置、反向电流注入装置等），能最直接有效地阻断或大幅限制流入中性点的直流电流。

 优化厂站接地系统：通过改造厂站接地网（如增大面积、深井接地、使用降阻材料等），降低厂站接地电阻，减小厂站地电位抬升幅度，从而降低中性点直流偏移电压。

 调整系统运行方式：在电网调度允许且不影响系统安全的前提下，可考虑临时改变新能源厂站内部分变压器的中性点接地方式（如由直接接地改为经小电阻接地或不接地），但这可能影响厂站本身的接地故障保护性能，需严格评估。

 电位补偿技术：在厂站接地网关键位置注入反向补偿电流，以抵消部分地电位抬升的影响，但实施较为复杂。

 加强与UHVDC系统的协调：在规划阶段尽可能增大厂站与接地极的距离；在运行阶段，与直流系统协调，尽量减少单极大地回路运行时间或电流。

 特高压直流接地极邻近新能源厂站引发的变压器直流偏磁问题，是一个涉及电磁场、大地导电及变压器电磁特性的多物理场耦合挑战。其影响程度受直流系统运行状态、地质条件、接地极设计以及厂站和变压器自身特性等因素综合制约。直流偏磁危害显著，可导致变压器噪声振动加剧、局部过热、加速绝缘老化，甚至设备损坏。因此，亟需采取有效措施抑制变压器直流偏磁影响。