CN111446708A - 一种分级可调串电阻抑制电网gic装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分级可调串电阻抑制电网GIC装置与方法，其中，通过在变压器中性点串联接入多组并联可调电阻，通过多组可调电阻的动态投切组合，可根据地磁暴等级及电网GIC实际水平，通过多级投切模式，动态改变接入变压器中性点的电阻值，从而实现接入点的GIC电流水平的动态控制。

Description

一种分级可调串电阻抑制电网GIC装置与方法

技术领域

本发明属于电力系统领域，特别涉及电力系统中地磁感应电流GIC的抑制，尤其涉及地磁暴在输电线路(电网)引发的地磁感应电流(GIC)的抑制装置，具体地，涉及一种分级可调串电阻抑制电网GIC装置与方法。

背景技术

随着我国西电东送、全国联网格局的逐步形成，电网规模逐渐扩大，同时受魁北克电网大停电事故的教训和启示，电网GIC才受到科研工作者和电力部门的关注。

传统GIC治理方法是通过在部分变压器中性点串接电容，利用电容的“通交隔直”特性，改变直流阻抗网络的结构，从而实现限制GIC量值的作用。但工程实践证明，通过部分变压器中性点串电容很难有效降低电网GIC量值，除非在所有变压器中性点串电容进行防治。然而，地磁暴引起的电网GIC范围较大，电网中变压器数量众多，通过在所有变压器中性点串电容的成本太高，同时，由于我国电网GIC水平不高且存在少量GIC量值较大的节点，目前还不需在大规模电网中所有变压器中性点串电容来降低GIC量值水平，应通过配置数量较少的GIC防治装置减轻电网地磁暴灾害风险。

工程上还涉及采用采用一组电阻器直接投切的方式进行GIC抑制，如在高压直流输电引起变压器偏磁的治理上。但是，采用一组电阻器的方式过于刚性，要么投入运行，要么退出运行，缺乏一定的连续性，影响抑制效果，特别是大规模电网GIC的抑制。因此，本发明提出中性点分级可调电阻的方法，通过柔性调节中性点电阻值的方式抑制电网GIC，减轻其对电力系统的影响。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，提出中性点分级可调电阻的方法，通过柔性调节中性点电阻值的方式抑制电网GIC，减轻其对电力系统的影响，从而完成本发明。

本发明提供了一种分级可调串电阻抑制电网GIC装置，具体体现在以下：

(1)一种分级可调串电阻抑制电网GIC装置，其中，所述装置包括旁路开关K3、限压装置和分级投切子装置，其中，所述分级投切子装置包括多个电阻器。

(2)根据上述(1)所述的装置，其中，

所述装置与变压器中性点串联连接；和/或

在所述装置中，旁路开关K3、限压装置和分级投切子装置并联设置。

(3)根据上述(1)或(2)所述的装置，其中，在所述分级投切子装置中，所述多个电阻器并联设置，优选2～8个，例如3～5个。

(4)根据上述(1)至(3)之一所述的装置，其中，每个电阻器(R1,R2,R3…)均与一个投切开关(K4,K5,K6…)串联，优选地，每个投切开关之间互锁。

(5)根据上述(1)至(4)之一所述的装置，其中，所述电阻器的阻值为0.1～3Ω，例如0.5～2.2Ω；优选地，每个电阻器的阻值不同。

(6)根据上述(1)至(5)之一所述的装置，其中，所述装置还包括接地开关K1，优选地，所述接地开关K1一端与变压器中性串联连接，另一端接地。

(7)根据上述(1)至(6)之一所述的装置，其中，在所述装置于变压器中性点之间串联有运行开关K2，优选地，所述运行开关K2与接地开关K1并联设置。

本发明第二方面提供了一种抑制电网GIC的方法，具体体现在以下方面：

(8)一种抑制电网GIC的方法，优选在变压器中性点串联本发明第一方面所述装置进行，其中，所述方法如下进行：

步骤1、当没有GIC电流时，闭合接地开关K1，打开运行开关K2，使分级投切子装置被旁路；

步骤2、当发生GIC电流时，打开接地开关K1，闭合运行开关K2，使分级投切子装置投入使用；

步骤3、当GIC电流消失后，及时闭合旁路开关K3，断开分级投切子装置的投入。

(9)根据上述(8)所述方法，其中，在步骤2中，闭合运行开关K2后，根据地磁暴等级和电网GIC水平，选择任一个投切开关进行闭合。

(10)根据上述(8)或(9)所述方法，其中，在步骤2中，可以根据地磁暴等级和电网GIC水平，对分级投切子装置中的投切开关进行动态投切。

附图说明

图1示出本发明所述装置的电路原理图；

图2示出实施例1～4四种方案下电网GIC对比。

具体实施方式

下面通过附图和实施方式对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。

本发明一方面提供了一种分级可调串电阻抑制电网GIC装置，如图1所示，所述装置包括旁路开关K3、限压装置和分级投切子装置，其中，所述分级投切子装置包括多个电阻器。

根据本发明一种优选的实施方式，如图1所示，所述装置与变压器中性点串联连接。

其中，所述装置中包括多个电阻器，装置与变压器中性点串联后实现了在变压器中性点串联电阻，这样，串电阻后的电网直流阻抗网络的部分节点的直流阻抗将增加，这将有效限制该串入节点的GIC水平，通过全系统的均摊，进而降低整个系统的GIC水平。这种治理方法能有效限制全系统GIC水平，并在治理后不会出现未治理点GIC增高的状况，能有效限制由GIC或其他诱因引发的变压器直流偏磁的影响范围。

根据欧姆定律可知，在电压不变的情况下，电阻越大则电流越小，所以本发明考虑在变压器中性点通过串接多个电阻的方式，增大系统直流网络的电阻大小，从而限制电网的GIC水平

在进一步优选的实施方式中，如图1所示，在所述装置中，旁路开关K3、限压装置和分级投切子装置并联设置。

其中，所述旁路开关K3用于控制分级投切子装置和限压装置与变压器之间的连接，其中，当旁路开关K3闭合后，变压器中性点与分级投切子装置断开，当旁路开关K3打开，变压器中性点与分级投切子装置和限压装置连接，即所述旁路开关K3用于实现分级投切子装置的投切。所述限压装置用于系统故障时，旁路开关K3切除分级投切子装置之前保护分级投切子装置。

根据本发明一种优选的实施方式，在所述分级投切子装置中，所述多个电阻器并联设置，优选2～8个，例如3～5个。

在进一步优选的实施方式中，每个电阻器(R1,R2,R3…)均与一个投切开关(K4,K5,K6…)串联。

在更进一步优选的实施方式中，每个投切开关之间互锁，这样，实现了只允许一个电阻器投入运行。

其中，考虑到电网结构的多样性，对电阻值要求不同和故障电流的不一致性，电阻器的热稳定电流必须达到系统短时耐受短路电流的要求，因此，只串联一个固定电阻法的工程实用性较差。因此，在本发明中，在不同阻值的电阻器之间进行投切，这样，无需更换设备即可满足电网结构发生的变化。

根据本发明一种优选的实施方式，所述电阻器的阻值为0.1～3Ω，例如0.5～2.2Ω。

在进一步优选的实施方式中，每个电阻器的阻值不同。

这样，赋予中性点不同阻值的电阻器进行串联。

具体地，在本发明中，通过在变压器中性点串联接入多组并联可调电阻，通过多组可调电阻的动态投切组合，可根据地磁暴等级及电网GIC实际水平，通过多级(例如5级)投切模式，动态改变接入变压器中性点的电阻值，从而实现接入点的GIC电流水平的动态控制。

在现有技术中，基于均摊电网GIC的原则，中性点电阻装置利用滑线电阻器是最为理想的手段，能够实现电阻值的连续平滑调节，按优化配置方案下的电阻值进行抑制电网GIC。但是，中性点串电阻特别是应用在特高压电网时，滑线电阻器设计困难，且操作难度较大。因此，本发明提出中性点分级可调电阻的抑制方案，即分级投切中性点串接的电阻器

根据本发明一种优选的实施方式，所述限压装置为石墨间隙。

其中，限压装置的作用是保护电阻器，当电阻器投入时系统发生不对称故障，故障电流会流经电阻器将会产生较大的暂态过电压，防止过电压损坏电阻器。

根据本发明一种优选的实施方式，所述装置还包括接地开关K1。

在进一步优选的实施方式中，所述接地开关K1一端与变压器中性串联连接，另一端接地。

根据本发明一种优选的实施方式，在所述装置于变压器中性点之间串联有运行开关K2。

在进一步优选的实施方式中，所述运行开关K2与接地开关K1并联设置。

其中，所述运行开关K2用于控制所述装置的投切与否。具体地，在本发明中，中性点串电阻增加了交流系统的接地电阻，会对交流系统产生一定的影响，为此在系统正常运行时，可将接地开关K1闭合使变压器中性点直接接地，而打开运行开关K2使分级投切子装置被旁路。

传统的电容或电阻式治理装置不具备动态调整能力，在网架结构或电网GIC水平发生较大变化时，无法适应电网直流网络的变化，而本发明采用多级可调的电阻式治理方法，根据欧姆定律可知，在有效降低整个网络的GIC水平的同时，可根据电网GIC水平的动态变化，按既定方案进行调整，从而适应电网运行的实际需要。因此，本发明具有重要意义和实用价值。

本发明另一方面提供了抑制电网GIC的方法，优选在变压器中性点串联本发明第一方面所述装置进行。

根据本发明一种优选的实施方式，所述方法如下进行：

步骤1、当没有GIC电流时，闭合接地开关K1，打开运行开关K2，使分级投切子装置被旁路；

步骤2、当发生GIC电流时，打开接地开关K1，闭合运行开关K2，使分级投切子装置投入使用；

步骤3、当GIC电流消失后，及时闭合旁路开关K3，断开分级投切子装置的投入。

在进一步优选的实施方式中，在步骤2中，闭合运行开关K2后，根据地磁暴等级和电网GIC水平，选择任一个投切开关进行闭合。

这样，实现中性点串联电阻器。

在更进一步优选的实施方式中，在步骤2中，可以根据地磁暴等级和电网GIC水平，对分级投切子装置中的投切开关进行动态投切。

这样，可以动态改变接入变压器中性点的电阻值，从而实现接入点的GIC电流水平的动态控制。

本发明所具有的有益效果包括：

(1)本发明所述装置结构简单、新颖，便于操作；

(2)本发明所述装置通过在变压器中性点串电阻，导致全网的GIC量值重新分布；

(3)本发明所述装置进行GIC治理时，能有效限制全系统GIC水平，并在治理后不会出现未治理点GIC增高的状况，能有效限制由GIC或其他诱因引发的变压器直流偏磁的影响范围；

(4)本发明所述装置采用多级可调的电阻式治理方法，在有效降低整个网络的GIC水平的同时，可根据电网GIC水平的动态变化，从而适应电网运行的实际需要。

实施例

针对甘肃750kV电网，提出四种投切实施方式分析其抑制效果，具体方案见表1。

表1分级可调中性点串电阻方案

方案	分级电阻器阻值(Ω)	方案说明
			实施例1	2.2	750kV和330kV一级投切，同时优化
实施例2	1，2，2.2	750kV和330kV三级投切，同时优化
			实施例3	0.5，1，1.5，2，2.2	750kV和330kV五级投切，同时优化
实施例4	0.5，1，1.5，2，2.2	750kV五级投切优化，330kV不优化

表1是制定的四种方案：(1)实施例1是目前工程上常用的一种治理方法(在此作为对比)；

(2)实施例2是3级可调电阻方案，电阻器的阻值分别为1Ω、2Ω和2.2Ω，与图1中的R1、R2和R3对应；

(3)为了更加柔性调节中性点电阻抑制电网GIC，实施例3和实施例4提出了5级可调电阻方案，电阻器的阻值分别为0.5Ω、1Ω、1.5Ω、2Ω和2.2Ω，其中：

(3.1)实施例3对针对全网变压器中性点串电阻进行择优配置，

(3.2)实施例4只针对750kV电网的变压器串电阻进行优化，330kV不参与优化而是直接串一个阻值固定的电阻器进行抑制电网GIC方案，阻值初步拟定为1.5Ω。

提出实施例4是出于考虑750kV电网的GIC量值较大，是抑制电网GIC的主要对象。

上述的4种实施方式，实施例1只需在中性点安装一个电阻器即可，而实施例1～3需多个电阻器，每一个电阻器对应一个开关且每次只投切一个开关。

为了进一步对比上述四种投切方案的抑制效果，计算四种方案的四个评价指标值，计算结果如图2所示。在图2中：I_max,max表示电网中变压器GIC的最大值,作为评价电网遭受地磁暴影响最严重的情况；I_avg,max表示变压器GIC最大值的平均值，表征电网量值水平的平均效应；I_max,avg表示GIC平均值的最大值，表征电网量值水平的平均效应；I_avg,avg表示GIC平均值的平均值，表征了电网GIC量值的平均效应。上述四个参数是评价电网GIC水平的依据。

由图2可以看出，实施例3～4的I_max,max值最小，对降低电网中GIC高风险节点作用最大，而实施例1～4的I_avg,max、I_max,avg和I_avg,avg值相差不大，但仍是实施例3～4的抑制作用更大，说明了串电阻分级越多，对电网GIC的均摊效果越好，使得电网GIC得到了整体抑制，作用较大。

以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种分级可调串电阻抑制电网GIC装置，其特征在于，所述装置包括旁路开关(K3)、限压装置和分级投切子装置，其中，所述分级投切子装置包括多个电阻器。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述装置与变压器中性点串联连接；和/或

在所述装置中，旁路开关(K3)、限压装置和分级投切子装置并联设置。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，在所述分级投切子装置中，所述多个电阻器并联设置，优选2～8个，例如3～5个。

4.根据权利要求1至3之一所述的装置，其特征在于，每个电阻器(R1,R2,R3…)均与一个投切开关(K4,K5,K6…)串联。

5.根据权利要求1至4之一所述的装置，其特征在于，所述电阻器的阻值为0.1～3Ω，例如0.5～2.2Ω。

6.根据权利要求1至5之一所述的装置，其特征在于，所述装置还包括接地开关(K1)，优选地，所述接地开关(K1)一端与变压器中性串联连接，另一端接地。

7.根据权利要求1至6之一所述的装置，其特征在于，在所述装置于变压器中性点之间串联有运行开关(K2)。

8.一种抑制电网GIC的方法，优选在变压器中性点串联权利要求1至7之一所述装置进行，其中，所述方法如下进行：

步骤1、当没有GIC电流时，闭合接地开关(K1)，打开运行开关(K2)，使分级投切子装置被旁路；

步骤2、当发生GIC电流时，打开接地开关(K1)，闭合运行开关(K2)，使分级投切子装置投入使用；

步骤3、当GIC电流消失后，及时闭合旁路开关(K3)，断开分级投切子装置的投入。

9.根据权利要求8所述方法，其中，在步骤2中，闭合运行开关(K2)后，根据地磁暴等级和电网GIC水平，选择任一个投切开关进行闭合。

10.根据权利要求8或9所述方法，其中，在步骤2中，可以根据地磁暴等级和电网GIC水平，对分级投切子装置中的投切开关进行动态投切。

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