直流系统接地极电流场的分布特性及其对交流电网影响的研究

摘要

随着直流输电工程的大规模建设，直流不平衡运行带来的电磁效应、热力效应和电化效应等负面影响已不容忽视。直流地电位分布引起的跨步电压可能影响人畜安全。直流地电流溢散引起的电化腐蚀可能缩短管网寿命，直流地电流分流引起的偏磁效应可能加剧设备损耗，严重时威胁交直流混联电网的安全稳定运行。在特高压大送端地区，接地极埋设数目更多，直流地电流更大，地质条件复杂多样，上述问题将更加突出。因此，研究直流系统接地极电流场的分布特性，了解直流单极运行工况对交流电网的影响程度，降低大送端地区多直流系统运行的防护成本，具有重要的科学意义和工程价值。
　　 以直流系统接地极电流场为对象，综合考虑地质结构的区域差异及直流接地极的实际形状，建立了环状电流源的电场分区模型，提出了直流地电位分布的计算公式，研究了接地极周边的跨步电压水平，讨论了直流地电位分布计算时土层结构的简化方法。结果表明:直流地电位的计算公式为无穷级数;复合分层媒质中的圆环镜像包含两组，第一组与水平分层媒质的情况相同，第二组为第一组与反射系数的乘积并进行坐标平移;修莫尔法可用于土层结构简化，提高了直流地电位计算速度。
　　 基于电流的渗透扩散模型，提出了地电流溢散的计算公式，研究了直流接地极注入电流在接地极内外环表面的溢流特性，以及在大地中不同轴向的散流特性;讨论了地电流溢散的主要影响因素。结果表明:电场力在圆环圆心产生了冲撞效应;当距离接地极较近时，接地极型式对溢散影响较大;当距离接地极较远时，土层结构对溢散影响较大;当送、受两端接地极极间距较小时，应考虑两极的共同作用。
　　 建立了直流单极运行工况的混联电网模型，研究了直流接地极注入电流经交流电网的分流特性，以及直流地电流通路等效参数的构成原则。基于电阻率随土层深度变化的特点，探讨了直流地电流分流的计算方法。结果表明:直流地电流分流与大地分层数、各层电阻率及厚度相关，直流地电流分流与地理位置的关系可用离散的对数函数近似表示，直流电流源及复杂的大地分层电阻可等效为电压源及内阻。经验证，采用本文提出的方法计算直流地电流分流与实际基本相符。
　　 针对特高压大送端地区的特点，研究了多直流系统接地极排布方式、运行工况、共用方案对地电流场分布特性的影响。以节约土地资源、降低防护成本为目标，探讨了同一区域多接地极共存的布置方法。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 直流地电位分布

1．2．2 直流地电流溢散

1．2．3 直流地电流分流

1．2．4 多直流系统运行

1．3 论文的研究内容

第2章 直流地电位分布的解析及特性

2．1 直流地电位分布及其引起的跨步电压

2．1．1 直流跨步电压及其影响

2．1．2 直流系统接地极电流场的解析方法

2．2 水平分层条件下直流地电位分布的解析及特性

2．2．1 无限大均匀媒质中的电位分布

2．2．2 半无限大均匀媒质中的电位分布

2．2．3 水平双层媒质中的电位分布

2．2．4 水平三层媒质中的电位分布

2．3 复合分层条件下直流地电位分布的解析及特性

2．3．1 复合双层媒质中的电位分布

2．3．2 复合三层媒质中的电位分布

2．4 直流地电位分布计算时土层结构的简化

2．5 本章小结

第3章 直流地电流溢散的解析及特性

3．1 直流地电流溢散及其引起的电化腐蚀

3．1．1 直流电化腐蚀及其影响

3．1．2 直流运行方式及注入电流

3．2 直流地电流在极环表面溢流的解析及特性

3．2．1 半无限大均匀媒质中的溢流密度

3．2．2 不均匀分层媒质中的溢流密度

3．3 直流地电流在不同轴向散流的解析及特性

3．3．1 散流密度与电位分布的关系

3．3．2 半无限大均匀媒质中的散流密度

3．3．3 不均匀分层媒质中的散流密度

3．4 直流地电流溢散的影响因素

3．4．1 主要影响因素

3．4．2 其他影响因素

3．5 本章小结

第4章 直流地电流分流的解析及特性

4．1 直流地电流分流及其引起的偏磁效应

4．1．1 直流偏磁效应及其影响

4．1．2 变压器的损耗计算

4．2 直流地电流分流与土层及位置的关系

4．2．1 直流地电流分流与土层的关系

4．2．2 直流地电流分流与位置的关系

4．3 直流地电流分流的地下通路及其等效参数

4．3．1 直流地电流分流与地电位分布的关系

4．3．2 直流地电流通路等效参数的构成

4．4 直流地电流分流的计算方法

4．4．1 简易算式及矩阵等式的提出

4．4．2 方法的验证及应用

4．5 本章小结

第5章 多直流系统运行的影响及防护

5．1 多直流系统运行时的直流地电场

5．1．1 多极排布及工况对直流地电场的影响

5．1．2 共用接地极方案对直流地电场的影响

5．2 多直流系统运行时的综合防护

5．2．1 多直流系统接地极布置方法

5．2．2 管网及设备的防护措施

5．3 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及主研的项目