CN103514320A - 一种多直流落点地区变压器直流偏磁的仿真方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多直流落点地区变压器直流偏磁的仿真方法，包括以下步骤：确定直流偏磁电流流动回路模拟模型；根据多回直流不同组合运行方式下变电站主变中性点直流偏磁电流水平及变化规律，确定是否需要对变压器采取直流偏磁抑制措施；确定变压器直流偏磁电流的抑制措施，通过仿真对比分析得出直流偏磁电流的最优抑制措施，并确定最优抑制措施对应的抑制直流偏磁装置参数。本发明考虑到多直流落点地区的电网及大地通路的复杂性，本发明提供一种多直流落点地区变压器直流偏磁的仿真方法，给出多回直流不同运行方式下变压器直流偏磁电流水平，从而提出抑制变压器直流偏磁的有效方法及技术参数。

Description

一种多直流落点地区变压器直流偏磁的仿真方法
技术领域
本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种多直流落点地区变压器直流偏磁的仿真方法。
背景技术
对于多直流落点地区，为确保接地极附近变压器及系统的安全稳定运行，有必要掌握直流电流在电网及大地回路中流动的规律和随直流工程运行工况变化而变化的规律，针对不同地区不同地质条件和电网情况提出抑制直流偏磁的最优方法，并从设备及系统安全角度对抑制直流偏磁的装置提出参数要求。
目前，对于直流输电引起变压器的直流偏磁问题的研究多基于单回直流输电系统，研究中通常采用仿真软件计算得出大地电阻网络模型，由于大地通路的复杂性，计算时往往采用平均的土壤电阻率，计算所得出的变压器的中性点直流偏磁电流的水平与实际情况存在差异。在直流偏磁抑制措施的研究方面，未综合考虑抑制措施的效果、灵活性、经济性以及对变电站主变中性点过电压及绝缘水平的影响，通过仿真研究以提出具体技术参数。
直流输电系统在单极大地回线运行方式下，会有一小部分直流电流从接地极附近的接地变电站主变中性点流入交流系统，从而使变压器发生直流偏磁。从理论分析和系统运行情况可知，随着直流输送功率的增加，会造成某些流过较大直流分量的变压器发生磁饱和，出现振动加剧、噪声增大、过热等问题。随着直流输电技术在我国的迅猛发展，国内已有包括特高压直流在内的多个长距离大容量直流输电工程投入运行，部分直流落点密集。例如，我国湖北地区有5回直流送出，上海地区有4回直流落点，广东地区有5回直流落点。对于多直流落点地区，多回直流不同组合运行方式使变压器直流偏磁问题更加严重、复杂，不仅影响变压器本身的安全，也会影响电网的正常运行。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，考虑到多直流落点地区的电网及大地通路的复杂性，本发明提供一种多直流落点地区变压器直流偏磁的仿真方法，给出多回直流不同运行方式下变压器直流偏磁电流水平，从而提出抑制变压器直流偏磁的有效方法及技术参数。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
提出一种多直流落点地区变压器直流偏磁的仿真方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：确定直流偏磁电流流动回路模拟模型；
步骤2：根据多回直流不同组合运行方式下变电站主变中性点直流偏磁电流水平及变化规律，确定是否需要对变压器采取直流偏磁抑制措施；
步骤3：确定变压器直流偏磁电流的抑制措施，通过仿真对比分析得出直流偏磁电流的最优抑制措施，并确定最优抑制措施对应的抑制直流偏磁装置参数。
所述步骤1包括以下步骤：
步骤1-1：建立含多回直流输电系统的地上电网模型；
步骤1-2：根据变电站主变中性点实测数据，采用等效电阻法建立模拟直流电流在大地中流动的大地电阻网络模型；
步骤1-3：将地上电网模型和大地电阻网络模型连接，确定直流偏磁电流流动回路模拟模型，即可模拟流过变电站主变中性点的直流电流分量。
所述步骤1-1中，结合变压器的接线方式、结构特征和地理位置，确定研究对象，针对研究对象对区域交流电网进行等值简化，将合理等值的电网数据与原网数据进行对比，得出等值电网数据，对变压器、变电站出线进线及超/特高压直流输电系统进行模拟，即可建立含多回直流输电系统的地上电网模型。
所述步骤2中，通过模拟多回直流不同组合运行方式，确定不同组合运行方式下流过变电站主变中性点直流偏磁电流水平，从而得知变电站主变中性点直流电流的变化情况，若流过变电站主变中性点的直流偏磁电流应超过直流偏磁电流限制值，则需对变压器采取直流偏磁抑制措施；若否，则无需对变压器采取直流偏磁抑制措施。
所述不同组合运行方式包括不同回直流单极大地回线运行方式和直流不同运行功率水平运行方式。
所述步骤3中，通过模拟各种直流偏磁电流抑制措施，分析不同直流偏磁电流抑制措施的抑制效果、经济性、适用性、灵活性以及对系统的影响，综合比较得出抑制变压器直流偏磁电流的最优抑制措施。
所述直流偏磁电流抑制措施包括在变电站主变中性点装设电阻、在交流线路上装设串联电容器以及在变电站主变中性点装设电容器三种直流偏磁电流抑制措施。
在需要对变压器采取直流偏磁抑制措施的主变各出口分别进行单相短路接地故障仿真，并对抑制直流偏磁装置的参数进行仿真，通过比较变电站主变中性点未加装抑制直流偏磁装置以及装设抑制直流偏磁装置后故障情况下变电站主变中性点短路电流、过电压水平以及对继电保护的影响，最终确定抑制直流偏磁装置的具体参数。
所述抑制直流偏磁装置的参数包括电容器容抗值、电流旁路保护装置动作电压、电容器旁路时间以及与电容器并联的保护间隙动作电压。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明给出多回直流不同运行方式下变压器直流偏磁电流水平，从而提出抑制变压器直流偏磁的有效方法及技术参数。
2.本发明提供的多直流落点地区变压器直流偏磁的仿真方法，系统全面，具有良好的可靠性和执行性。
3.该方法适用于研究多直流落点地区电网的变压器直流偏磁及抑制措施问题，为系统及设备安全提供了有利的保障，具有良好的适应性。
附图说明
图1是多直流落点地区变压器直流偏磁的仿真方法流程图；
图2是本发明实施例中交流系统等值电网图；
图3是本发明实施例中等效大地电阻网络模型示意图；
图4是本发明实施例中远东变电站主变中性点电流波形图；
图5是本发明实施例中远东变电站主变中性点电容两端电压波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
根据上海地区电网实际运行情况以及对主变的已有调研监测工作，主要关注直流接地极附近的大容量、带基本负荷的变压器，对交流系统进行等值简化，如附图2所示，保留了落点上海地区的4回直流输电系统，分别为向家坝-上海特高压直流、三沪一回、三沪二回、葛洲坝-南桥常规直流输电系统。对远东、南桥、亭卫、江海、目华、农园、合兴、银河8个变电站的17台主变以及变电站出线进线进行了详细的模拟。根据直流双极不平衡或单极大地回线运行时各变压器中性点直流电流的实测结果，拟合等效大地电阻网络模型，如附图3所示。
对4回直流不同运行方式以及不同功率水平下变压器中性点直流偏磁电流的水平进行仿真研究，远东、农园、亭卫及合兴的7台主变中性点直流偏磁电流水平大于10A，需要在远东、农园、亭卫及合兴的7台主变采取抑制措施。
对变压器中性点上装设电阻、在交流线路上装设电容、主变中性点上装设电容器三种措施的进行比较研究。综合考虑三种措施的经济型、灵活性、适用性、抑制效果以及对变压器中性点绝缘水平的影响，确定采用在主变中性点上装设电容器并带有旁路装置的方法。
通过模拟变压器出口单相接地故障，对抑制直流偏磁主设备的阻抗、容量以及主设备保护回路动作定值及动作时间进行仿真研究，见附图4和图5，如图所示1.966s发生故障、中性点电容两端电压超过2.7kV时旁路装置动作，350ms后旁路开关打开，电容器重新投入。
提出适应于上海直流多落点地区的抑制直流偏磁设备技术参数，如表1所示：
表1
参数名称 参数值
主变中性点装设电容器的工频容抗值 1.0Ω
工频频率下对应的电容值 3185μf
电流旁路保护装置动作电压 2700V
电流旁路保护装置动作后保持电容器被旁路的时间 0.35s
电容器的额定工作电压 1050Vac
与电容器并联的保护间隙动作电压 50kVac
电容器的额定容量 3185μf的容量约为1100kvar
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种多直流落点地区变压器直流偏磁的仿真方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1：确定直流偏磁电流流动回路模拟模型；
步骤2：根据多回直流不同组合运行方式下变电站主变中性点直流偏磁电流水平及变化规律，确定是否需要对变压器采取直流偏磁抑制措施；
步骤3：确定变压器直流偏磁电流的抑制措施，通过仿真对比分析得出直流偏磁电流的最优抑制措施，并确定最优抑制措施对应的抑制直流偏磁装置参数。
2.根据权利要求1所述的多直流落点地区变压器直流偏磁的仿真方法，其特征在于：所述步骤1包括以下步骤：
步骤1-1：建立含多回直流输电系统的地上电网模型；
步骤1-2：根据变电站主变中性点实测数据，采用等效电阻法建立模拟直流电流在大地中流动的大地电阻网络模型；
步骤1-3：将地上电网模型和大地电阻网络模型连接，确定直流偏磁电流流动回路模拟模型，即可模拟流过变电站主变中性点的直流电流分量。
3.根据权利要求1所述的多直流落点地区变压器直流偏磁的仿真方法，其特征在于：所述步骤1-1中，结合变压器的接线方式、结构特征和地理位置，确定研究对象，针对研究对象对区域交流电网进行等值简化，将合理等值的电网数据与原网数据进行对比，得出等值电网数据，对变压器、变电站出线进线及超/特高压直流输电系统进行模拟，即可建立含多回直流输电系统的地上电网模型。
4.根据权利要求1所述的多直流落点地区变压器直流偏磁的仿真方法，其特征在于：所述步骤2中，通过模拟多回直流不同组合运行方式，确定不同组合运行方式下流过变电站主变中性点直流偏磁电流水平，从而得知变电站主变中性点直流电流的变化情况，若流过变电站主变中性点的直流偏磁电流应超过直流偏磁电流限制值，则需对变压器采取直流偏磁抑制措施；若否，则无需对变压器采取直流偏磁抑制措施。
5.根据权利要求4所述的多直流落点地区变压器直流偏磁的仿真方法，其特征在于：所述不同组合运行方式包括不同回直流单极大地回线运行方式和直流不同运行功率水平运行方式。
6.根据权利要求1所述的多直流落点地区变压器直流偏磁的仿真方法，其特征在于：所述步骤3中，通过模拟各种直流偏磁电流抑制措施，分析不同直流偏磁电流抑制措施的抑制效果、经济性、适用性、灵活性以及对系统的影响，综合比较得出抑制变压器直流偏磁电流的最优抑制措施。
7.根据权利要求6所述的多直流落点地区变压器直流偏磁的仿真方法，其特征在于：所述直流偏磁电流抑制措施包括在变电站主变中性点装设电阻、在交流线路上装设串联电容器以及在变电站主变中性点装设电容器三种直流偏磁电流抑制措施。
8.根据权利要求6所述的多直流落点地区变压器直流偏磁的仿真方法，其特征在于：在需要对变压器采取直流偏磁抑制措施的主变各出口分别进行单相短路接地故障仿真，并对抑制直流偏磁装置的参数进行仿真，通过比较变电站主变中性点未加装抑制直流偏磁装置以及装设抑制直流偏磁装置后故障情况下变电站主变中性点短路电流、过电压水平以及对继电保护的影响，最终确定抑制直流偏磁装置的具体参数。
9.根据权利要求8所述的多直流落点地区变压器直流偏磁的仿真方法，其特征在于：所述抑制直流偏磁装置的参数包括电容器容抗值、电流旁路保护装置动作电压、电容器旁路时间以及与电容器并联的保护间隙动作电压。
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