CN101334438B - 一种消除直流工程接地极电流对交流系统影响的试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种消除直流工程接地极电流对交流系统影响的方法，该方法利用另外一直流工程双极不平衡运行方式来产生反向接地极入地电流，补偿本直流单极大地运行方式接地极入地电流对交流系统运行的影响。此方法在直流输电工程接地极对交流系统影响这一复杂技术问题的试验研究方面具有独创性，得到的试验结果和测试数据可作为编制电网调度运行方式的重要依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种消除直流工程接地极电流对交流系统影响的试验方法，属于高压直流输电(HVDC)领域。
背景技术
一般而言，高压直流输电系统有三种运行方式，双极运行方式、单极大地回线运行方式和单极金属回线运行方式。当直流输电系统单极大地回线运行时，输电系统换流站的接地极附近有直流电位，该电位由注入电流的大小和该处的土壤电阻率决定。当直流系统采用大地返回方式运行时，注入电流就是直流输送电流，而土壤电阻率越高，电位也越高，影响范围也就越广。直流接地极的高电位也作用在交流变电站的接地点上，在中性点接地的变压器中流过直流电流，相当于分流了部分直流输送电流，这部分直流电流通过交流变压器中性点注入变压器后，在交流变压器中形成直流偏磁。影响了交流变压器和系统的正常运行，对系统的影响如下：
1.直流偏磁对交流变压器的影响
变压器流过直流电流，在铁心中有了直流磁通，它与交流磁通叠加，使磁通发生偏移，如图1所示。平均磁通向偏移方向(图中为正向)增加，加重了正方向的饱和，使正方向励磁电流明显增大，负方向励磁电流减小，励磁电流正负半周明显不对称。
2.在系统中产生谐波，威胁设备正常工作
正负半波对称的周期性励磁电流中只含奇次谐波。由于直流偏磁的作用，使单方向极度饱和的变压器励磁电流中出现了偶次谐波。此时，变压器成了交流系统中的谐波源。谐波流入系统的后果是：
1)滤波器过载；2)无功功率损耗增加；3)单相重合闸过程中潜供电流增加；4)断路器恢复电压增高。
3.变压器振动和噪声增加
变压器偏磁饱和的另一后果是引起噪声和振动。
目前国内外抑制流入变压器中性点直流电流的方法有多种，主要是：1)在变压器中性点装设电阻，限制直流电流的大小；2)在输电线上装设串联电容补偿，阻断直流的通路；3)在变压器中性点注入与流入中性点的直流电流大小相等方向相反的电流。4)在变压器中性点装设电容，阻断直流电流。
本发明的方法就是在直流输电工程系统调试过程中，为了解决直流系统单极大地回线运行方式下大负荷或额定负荷运行，以及单极运行金属接线方式与大地回线接线方式相互转换试验。本发明不同于其它方法之处在于第一次利用与本地区相近的直流双极不平衡运行方式来产生反向接地极入地电流，补偿本直流单极大地运行方式接地极入地电流对交流系统主变压器运行的影响，并成功地应用于直流工程系统调试试验，解决了直流输电工程建设中遇到的技术问题。
发明内容
由于在大容量直流工程单极大地回线大负荷运行时，其接地极电流会影响到附近交流系统变电站变压器的正常运行，因此，本发明人为了克服这一运行方式带来的负面影响，在直流工程系统调试过程中，顺利完成直流单极大功率下金属/大地回线转换等试验项目，利用另外一直流工程双极不平衡运行方式来产生反向接地极入地电流，补偿本直流单极大地运行方式接地极入地电流对交流系统运行的影响，由此完成了本发明。此方法在直流输电工程接地极对交流系统影响这一复杂技术问题的试验研究方面具有独创性，得到的试验结果和测试数据可作为编制电网调度运行方式的重要依据。
使用该方法圆满完成了直流系统单极大地回线下的大功率试验，包括单极直流输送额定功率水平下的大地/金属回线转换试验。在直流输电工程接地极对交流系统影响这一复杂技术问题的试验研究方面具有独创性。
本发明的消除高压直流输电工程接地极电流对交流系统影响的方法，其特征在于利用另一直流双极不平衡运行，来产生反向接地极入地电流，补偿本直流单极大地运行方式接地极入地电流对交流系统运行的影响，其包括以下步骤：
1、试验前，非被试直流系统直流负荷水平双极平衡运行，输送功率保持在大约一半额定输送功率水平，选择被试直流工程换流站附近的变电站主变中性点电流进行测量，并将该交流变压器投入运行；
2、被试直流输电工程单极大地回线运行方式下解锁，以较慢的直流电流变化率上升电流，电流每上升200A，停留十分钟，在被试直流系统每级稳定电流水平下，对交流变电站主变运行进行各项测量工作，包括变压器噪声和中性点电流直流分量的测量；
3、在交流变压器主变中性点电流达到规定的4小时运行电流值的一半时，停止被试直流系统单极电流上升，将非被试直流系统的一极转为电流控制，此极与被试直流系统接地极入地电流极性相反，增大该极的直流电流，另一极采用功率控制，保持非被试极直流系统双极输送功率不变，保持此方式一段时间后，再降低非被试直流系统升电流的极电流，使直流系统回到双极平衡运行，期间检测交流变电站主变中性点直流电流；
4、继续以一定速率上升被试直流系统单极运行电流，直至额定运行电流的一半值。对交流变电站主变中性点直流保持监测，当中性点直流达到规定的4小时运行电流水平时，停止被试直流系统单极电流上升。
5、将被试直流系统单极由单极大地回线转换到单极金属回线后，再由单极金属回线方式转回到单极大地回线运行；
6、将非被试直流系统另一极停运，此时非被试直流系统运行极与被试直流系统接地极入地电流极性相反，该极为单极大地回线方式运行，测量观察交流变电站主变中性点直流电流变化；
7、确认主变中性点直流电流大幅度下降或改变极性后，继续上升被试直流系统运行极的电流直至额定电流值，此时应对交流变压器主变中性点直流电流保持监测，当中性点直流电流达到规定的4小时运行电流水平时，提前停止被试直流系统运行极的电流上升，保持被试直流系统运行在该输送功率水平4小时，期间被试直流系统运行极进行各项调试的测试项目，如果此时被试直流系统运行极的直流电流未达到额定电流，则先执行步骤8，否则直接执行步骤9和步骤10；
8、继续以同样的电流上升速率上升被试直流系统运行极的直流电流直至额定电流，继续监测交流变电站主变中性点电流值，当中性点直流达到规定的1小时运行电流水平时，停止被试直流系统的直流电流上升；
9、将被试直流系统运行极由单极大地回线转换到单极金属回线，同时降低非被试直流系统运行极的直流电流，以保持交流变电站主变中性点电流不超过1小时运行电流水平；
10、将被试直流系统运行极由单极金属回线转换回到单极大地回线，同时提高非被试直流系统运行极的直流电流，以保持交流变电站主变中性点电流不超过1小时运行电流水平；
11、被试直流系统运行极以同样的电流变化速率降低运行极的电流，保持对交流变电站主变中性点电流的监测，当中性点电流反向达到4小时运行电流水平时，将非被试直流系统转换成双极平衡运行方式，被试直流系统继续降低运行极的电流至大约四分之一的额定电流水平。
附图说明
参看以下附图，在下文的非限制性的示范性实施例中，本发明的其他特征和优势将是显而易见的，附图是：
图1是直流磁通引起变压器饱和励磁电流；
图2是三峡至广东直流输电工程双极接线图；
图3为广西天生桥至广州直流输电工程双极接线图。
具体实施方式
参见图2，V1和V2分别为极I和极II阀组，L1和L2分别为极I和极II的平波电抗器，NBS为直流中性母线开关，MRTB为大地转金属回线开关，GRTB为金属转大地回线开关，Q11和Q21分别为极I和极II极母线刀闸，Q12和Q22分别为极II和极I金属回线母线刀闸，NBGS为换流站内高速接地开关。POLE1和POLE2分别表示极I和极II，其中极I的额定电压为500kV，极II的额定电压为-500kV。
参见图3，V1和V2分别为极I和极II阀组，L1和L2分别为极I和极II的平波电抗器，LVHSS1为极I直流中性母线开关，LVHSS2为极II直流中性母线开关，MRTB为大地转金属回线开关，GRTS为金属转大地回线开关，HVD1和HVD2分别为极I和极II极母线刀闸，DCLD1和DCLD2分别为极I和极II直流线路刀闸，MRTD1和MRTD2分别为极II和极I金属回线母线刀闸。POLE1和POLE2分别表示极I和极II，其中极I的额定电压为-500kV，极II的额定电压为500kV。
实施例1：三广直流极I单极大地回线大负荷试验
在三峡至广东直流输电工程系统调试过程中，根据系统调试计划的安排，进行极I单极大地回线下的大负荷试验。考虑到单极大地回线运行方式下接地极入地电流对受端附近交流变压器运行的影响，特别是对大亚湾核电站和岭澳核电站主变压器运行的影响，决定利用天广直流双极不平衡方式运行以补偿三广直流单极大地运行方式接地极入地电流对核电主变运行的影响的措施。制定具体的试验方案如下：
1、试验前，天广直流按南方总调安排负荷水平双极平衡运行，输送功率建议为900MW；岭澳核电站两台主变投入运行；
2、三广直流极I单极大地回线下解锁，以50A/min的电流变化率升电流，电流每上升200A，停留十分钟。在三广直流每级稳定电流水平下，大亚湾和岭澳核电站主变运行检测组实施各项测量工作，包括变压器噪声和中性点电流直流分量的测量；
3、在岭澳主变中性点电流达到8A后，停止三广直流极I电流上升。将天广直流极I转为电流控制，增大天广直流极I电流400A，极II采用功率控制，保持天广直流双极输送功率不变。保持此方式20分钟后再降低天广极II电流400A回到双极平衡运行。期间大亚湾和岭澳核电站主变运行检测组保持对中性点直流电流的监测，观察三广和天广直流不同极性的接地极入地电流确有相互抵消作用；
4、继续以50A/min的电流变化率升三广直流极II运行电流，直至1500A。对大亚湾和岭澳主变中性点直流保持监测，当中性点直流达到16A时，停止三广直流电流上升；
5、将三广直流极I由单极大地回线转换到单极金属回线，成功后，再由单极金属回线方式转回到单极大地回线运行；
6、将天广直流极II停运，此时极I为单极大地回线方式运行，观察岭澳主变中性点直流电流变化；
7、确认岭澳主变中性点直流电流大幅度下降甚至改变极性后，继续以50A/min的电流变化率升三广直流极I运行电流直至额定电流，此时应对岭澳主变中性点直流电流保持监测，当中性点直流电流达到16A时，提前停止三广直流电流上升。保持三广直流运行在该输送水平4小时，期间进行三广极I各项调试的测试项目。如果此时三广直流电流未达到额定电流，则先执行第8条，否则直接执行第9和第10条；
8、续以50A/min的电流变化率升三广直流极I运行电流直至额定电流，对岭澳主变中性点直流保持监测，当中性点直流达到19.5A时，停止三广直流电流上升；
9、将三广直流极I由单极大地回线转换到单极金属回线，同时降低天广直流极I输送功率以保持岭澳主变中性点电流不超过19.5A；
10、将三广直流极I由单极金属回线转换回到单极大地回线，同时提高天广直流极I输送功率以保持岭澳主变中性点电流不超过19.5A；
11、三广直流以50A/min的电流变化率降低极I电流，保持对岭澳主变中性点电流的观测，当中性点电流反向达到16A时，将天广转换成双极平衡运行方式。三广直流继续降低极I电流至680A。
三峡至广东(三广)直流输电工程系统调试极I大地回线额定负荷试验过程中，出现了直流接地极电流影响交流变压器正常运行的问题。受影响最大的是广东核电公司所属的岭澳核电站和大亚湾核电站的主变压器(即主变)。经过对天生桥至广东(天广)和三峡至广东直流工程运行记录和接地极电流流入交流系统测量记录的初步分析，当天广或三广直流系统采用大地返回方式运行时，估计约有5％左右的直流电流流入交流系统。上述2电站的变压器流过电流在4％以内。表1为天广直流输电系统采用双极平衡运行方式，三广直流系统采用单极正极性大地回线运行方式时在岭澳和大亚湾核电站主变中性点测量的直流电流量。表2利用天广直流系统双极不平衡运行方式以补偿流过岭澳主变中性点直流电流时，三广直流极I大地回线方式岭澳主变中性点直流电流测量值。
表1 三广直流极I(正极性)大地回线运行方式时各主变中性点直流电流
表2天广直流补偿时三广直流极I大地回线方式岭澳主变中性点直流电流
| 天广直流双极 运行方式 极I(负极性) 极II(正极性) | 三广直流极I (正极性)大地 回线输送功率 (MW) | 岭澳#1主变 中性点 直流电流 (A) | 岭澳#2主变 中性点 直流电流 (A) |
| 极I：300MW/325 极II：100MW/118 | 340 | 3.2 | 2.0 |
| 极I：600MW/613 极II：300MW/303 | 600 | 6.6 | 5.5 |
| 极I：600MW/613 极II：300MW/303 | 750 | 9.2 | 8.3 |
| 极I：750MW/753 极II：150MW/155 | 750 | 2.0 | 1.5 |
| 极I：750MW/753 极II：150MW/155 | 900 | 3.7 | 3.5 |
| 极I：750MW/753 极II：150MW/155 | 1050 | 6.5 | 6.0 |
| 极I：750MW/753 极II：150MW/155 | 1250 | 12.1 | 10.8 |
| 极I：750MW/753 极II：150MW/155 | 1350 | 14.5 | 13.0 |
| 极I：750MW/753 极II：150MW/155 | 1500 | 17.6 | 16.0 |
使用本发明的方法是按照保证三广直流极1大地回线方式下大负荷试验期间岭澳主变中性点直流电流16A不超过4小时和大于16A、小于20A不超过1小时的原则。利用天广直流双极不平衡运行方式来产生反向接地极入地电流，补偿三广直流单极大地运行方式接地极入地电流对岭澳核电等主变压器运行的影响。
Claims (1)
1.一种消除高压直流输电工程接地极电流对交流系统影响的试验方法，其特征在于利用另一直流双极不平衡运行，来产生与被试直流系统接地极反向的入地电流，补偿本单极大地回线运行方式接地极入地电流对交流系统运行的影响，其包括以下步骤：
(1)、试验前，非被试直流系统直流负荷水平双极平衡运行，输送功率保持在一半额定输送功率水平，选择被试直流系统换流站附近的变电站主变中性点电流进行测量，并将交流变压器投入运行；
(2)、被试直流系统单极大地回线运行方式下解锁，以较慢的直流电流变化率上升电流，电流每上升200A，停留十分钟，在被试直流系统每级稳定电流水平下，对交流变电站主变运行进行各项测量工作，包括变压器噪声和变电站主变中性点电流直流分量的测量；
(3)、在变电站主变中性点电流达到规定的4小时运行电流值的一半时，停止被试直流系统单极电流上升，将非被试直流系统的一极转为电流控制，此极与被试直流系统接地极入地电流极性相反，增大非被试直流系统电流控制极的直流电流，另一极采用功率控制，保持非被试极直流系统双极输送功率不变，保持此方式一段时间后，再降低非被试直流系统电流控制极的直流电流，使非被试直流系统回到双极平衡运行，期间检测变电站主变中性点的直流电流；
(4)、继续以一定速率上升被试直流系统单极运行电流，直至额定运行电流的一半值，对交流变电站主变中性点直流保持监测，当变电站主变中性点直流达到规定的4小时运行电流水平时，停止被试直流系统单极电流上升；
(5)、将被试直流系统单极由单极大地回线转换到单极金属回线后，再由单极金属回线方式转回到单极大地回线运行；
(6)、将非被试直流系统另一极停运，此时非被试直流系统运行极与被试直流系统接地极入地电流极性相反，非被试直流系统运行极为单极大地回线方式运行，测量观察变电站主变中性点直流电流变化；
(7)、确认变电站主变中性点直流电流大幅度下降或改变极性后，继续上升被试直流系统单极的电流直至额定电流值，此时应对变电站主变中性点直流电流保持监测，当变电站主变中性点直流电流达到规定的4小时运行电流水平时，提前停止被试直流系统单极的电流上升，保持被试直流系统运行在该输送功率水平4小时，期间在被试直流系统进行单极各项调试的测试项目，如果此时被试直流系统单极的直流电流未达到额定电流，则先执行步骤8，否则直接执行步骤9和步骤10；
(8)、继续以同样的电流上升速率上升被试直流系统单极的直流电流直至额定电流，继续监测变电站主变中性点电流值，当中性点直流达到规定的1小时运行电流水平时，停止被试直流系统的直流电流上升；
(9)、将被试直流系统单极由单极大地回线转换到单极金属回线，同时降低非被试直流系统单极的直流电流，以保持变电站主变中性点电流不超过1小时运行电流水平；
(10)、将被试直流系统单极由单极金属回线转换回到单极大地回线，同时提高非被试直流系统单极的直流电流，以保持变电站主变电流不超过1小时运行电流水平；
(11)、完成以上操作后，以同样的电流变化速率降低被试直流系统单极的电流，保持对变电站主变中性点电流的监测，当变电站主变中性点电流反向达到4小时运行电流水平时，将非被试直流系统转换成双极平衡运行方式，然后继续降低被试直流系统单极的电流至四分之一的额定电流水平。
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