一种直流偏磁多阶段递进式综合治理评估方法

摘要

本发明公开了一种直流偏磁多阶段递进式综合治理评估方法，包括：步骤1，收集接地极和接地站点的相关资料；步骤2，从接地极向土壤注入小电流，获得接地站点的直流电流测试值；步骤3，采用直流电流仿真模型计算接地站点的直流电流仿真值；步骤4，基于接地站点的直流电流测试值和直流电流仿真值调整直流电流仿真模型，并进行第一阶段直流偏磁治理；步骤5，从接地极向土壤注入逐步增大的小电流，观察治理站治理设备动作情况，测量测试站直流电流，检查观察站的运行情况和噪声；步骤6，采用直流电流仿真模型计算测试站的直流电流仿真值，调整直流电流仿真模型；并进行下一阶段直流偏磁治理。本发明计算简单、准确度高、效率高、切实可行。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力系统直流偏磁治理技术，尤其涉及一种直流偏磁多阶段递进式综合 治理评估方法。

背景技术

直流输电线路正常情况下双极对称运行，当线路检修或故障情况下则采取比较经济的单 极对大地回流方式运行。当直流单极大地回线运行或者直流双极功率不平衡时，接地极的高 电位将作用在对交流电网设备的接地点上，使中性点接地的设备中流过直流分量,流过较大直 流分量的中性点接地的变压器将产生直流偏磁。

直流偏磁导致变压器励磁电流和谐波的急剧增加，可能引起变压器铁心磁饱和，导致铁 心的磁致伸缩。同时在周期性变化的磁场作用下，硅钢片会改变尺寸，引起振动和噪声，而 磁致伸缩产生的振动是非正弦波的，变压器噪声的频谱中含有多种谐波分量，并且随着磁通 密度的增大而增大。直流偏磁引起的高振动对变压器的危害很严重，可能会引起变压器内有 关部件的松动，进而威胁变压器的安全运行，因而必须采取措施限制直流偏磁，减低其带来 的危害。

一般抑制直流偏磁的装置主要分为两种：电阻型限流装置和电容型隔直装置。目前国内 外已经有一部分电力企业采取了上述直流偏磁抑制措施，但是这些抑制措施只能解决个别站 点设备的问题。对于其他未治理站点而言，特别是临近治理站点的其他站点，直流偏磁问题 往往会更加严重，进而往往造成电力企业顾此失彼，首尾无法兼顾的尴尬场面；而对所有站 点全部治理又会对整个电力企业带来无法承担的巨大经济、维护成本。

所以，应当从电力系统电网结构的角度上来全盘考虑直流偏磁问题而不采用“超标一个， 治理一个”的方式。但是，由于特高压直流线路的电压等级高、单极运行入地电流大等原因， 其造成的直流偏磁影响范围往往很大，其中覆盖了很多土壤地质条件不同、电压等级不同、 运行方式不同的变电站，整体情况非常复杂，想通过一次仿真计算、一次偏磁治理就想准确、 有效的解决整个系统的直流偏磁问题往往是不现实的。

为了全面、系统的解决直流偏磁问题，需要综合评估电网内的多个变电站的直流偏磁情 况及各自主变的耐受能力，充分考虑到站点治理后对其他站点的影响，以达到投资最少、效 率最大、统筹兼顾、综合治理的要求。

发明内容

针对现行电力系统直流偏磁治理实际运行中存在的问题，本发明提供了一种计算简单、 准确度高、效率高、切实可行的直流偏磁多阶段递进式综合治理评估方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种直流偏磁多阶段递进式综合治理评估方法，包括步骤：

步骤1，以直流特高压线路的接地极为中心，选取预设范围内的变电站主变中性点的接 地站点，收集相关资料，包括：(1)直流特高压线路接地极的GPS地理位置和最大入地电流、 (2)选取的变电站主变中性点接地站点的GPS地理位置、接地电阻、类型、铁芯类型和绕 组直流电阻、(3)选取的变电站主变中性点接地站点间输电线路的网络拓扑连接方式、和直 流电阻、以及(4)土壤土质参数；

步骤2，从接地极向土壤注入小电流，测试流过接地站点的直流电流，即接地站点的直 流电流测试值；

步骤3，根据步骤1收集的相关资料，结合电磁场场路耦合法、矩量法和有限元法构建直 流电流仿真模型，采用直流电流仿真模型计算接地站点的直流电流仿真值；

步骤4，基于接地站点的直流电流测试值和直流电流仿真值多次调整当前直流电流仿真模 型中土壤土质参数、接地站点接地电阻、绕组直流电阻，每次调整后采用当前直流电流仿真 模型计算接地站点的直流电流仿真值，直至直流电流测试值和直流电流仿真值之差小于第一 预设电流值；

步骤5，对直流电流超标的接地站点中(1)与接地极距离小于预设距离的110kV变电站、 (2)直流电流测试值大于预设值的500kV变电站和220kV变电站进行直流偏磁治理；

步骤6，从接地极向土壤注入逐步增大的小电流，观察当前治理站的治理设备是否动作， 测量当前测试站直流电流，检查当前观察站的运行情况和噪声，当前治理站即上一阶段直流 偏磁治理中进行直流偏磁治理的接地站点，当前测试站即上一阶段直流偏磁治理中直流电流 超标但未进行直流偏磁治理的接地站点，当前观察站即上一阶段直流偏磁治理中直流电流未 超标的接地站点；

步骤7，采用当前直流电流仿真模型计算当前测试站的直流电流仿真值，调整直流电流仿 真模型中直流电流测试值和直流电流仿真值之差大于第二预设电流值的测试站的电学参数， 每次调整后采用当前直流电流仿真模型计算测试站的直流电流仿真值，直至直流电流测试值 和直流电流仿真值之差小于第一预设电流值；

步骤8，取消接地极最大入流电流下仍未动作的治理设备，取消治理设备的治理站即成为 测试站；对直流电流超标的测试站追加治理设备，追加治理设备的测试站即成为治理站；将 震动明显且噪声超标的观察站作为测试站；

步骤9，重复步骤6～9直至所有当前测试站的直流电流测试值达标。

步骤3中所述的结合电磁场场路耦合法、矩量法和有限元法构建直流电流仿真模型采用 CDGES软件工具实现。

步骤4进一步包括子步骤：

4.1判断接地站点的直流电流测试值和直流电流仿真值之差是否小于第一预设电流值， 若是，执行步骤5；否则，执行子步骤4.2；

4.2调整当前直流电流仿真模型中土壤土质参数、接地站点接地电阻、绕组直流电阻， 以调整后的直流电流仿真模型为当前直流电流仿真模型；

4.3采用当前直流电流仿真模型计算接地站点的直流电流仿真值，然后，执行步骤4.1。

步骤5中所述的直流偏磁治理为设置电容隔直治理设备或电阻限流治理设备。

步骤7进一步包括子步骤：

7.1判断当前测试站的直流电流测试值和直流电流仿真值之差是否小于第一预设电流 值，若是，执行步骤8；否则，执行子步骤7.2；

7.2调整当前直流电流仿真模型中直流电流测试值和直流电流仿真值之差大于第二预设 电流值的当前测试站的电学参数；

7.3采用当前直流电流仿真模型计算当前测试站的直流电流仿真值，然后执行步骤7.1。

当直流单极大地回线运行或者直流双极功率不平衡时，接地极的高电位将作用在对交流 电网设备的接地点上，使中性点接地的设备中流过直流分量，流过较大直流分量的中性点接 地的变压器将产生直流偏磁，进而对变压器的稳定运行造成较大危害。目前电力企业在治理 直流偏磁的过程中往往采取“超标一个，治理一个”的方式，而不是统筹兼顾、综合治理， 有时候反而加剧了周边站点的直流偏磁情况。而直流偏磁一般影响范围较大，这样导致治理 效果不佳，难以对直流偏磁进行全面抑制，且会对资源造成很大浪费。

和现有技术相比，本发明有如下优势：

计算简单、准确度高、效率高、切实可行。

附图说明

图1是本发明方法的整体流程示意图；

图2是本发明方法的具体流程示意图；

图3是本发明方法中分段小电流试验的具体流程示意图。

具体实施方式

本发明方法的具体步骤如下：

步骤1，调研收资：

以直流特高压线路接地极为中心，选取离中心距离不大于150km的变电站主变中性点接 地站点，并收集直流特高压线路接地极和变电站主变中性点接地站点的相关资料。相关资料 包括：直流特高压线路接地极的GPS地理位置、直流特高压线路接地极最大入地电流、变电 站的GPS地理位置、变电站的接地电阻、主变的类型、主变铁芯的类型、主变绕组的直流电 阻、站点间输电线路的网络拓扑连接方式、输电线路的直流电阻、离中心距离不大于150km 范围的土壤土质情况；主变的类型包括自耦变、圈变等；主变铁芯的类型包括三相五柱式、 三相三柱式等；土壤土质情况指土壤电阻率分层情况。

步骤2，小电流试验：

从直流特高压线路接地极向土壤中注入小电流，并测试流过选取的变电站主变中性点接 地站点的直流电流，即变电站主变中性点接地站点的直流电流测试值。小电流为单极运行时 实际工作电流的10～90％，本具体实施中小电流采用500A电流。

在保持试验条件不变的情况下，流过变电站主变中性点接地站点的直流电流与直流特高 压线路接地极的入地电流成正比，因此可借助变电站主变中性点接地站点的直流电流测试值 获得直流特高压线路单极运行时的主变中性点直流分量，进而判断是否需要对变电站主变中 性点接地站点进行直流偏磁治理。

步骤3，初步仿真：

根据步骤1收集的直流特高压线路接地极和变电站主变中性点接地站点的相关资料，利用 matlab编写地网及输电线路坐标，将相关资料、地网及输电线路坐标导入CDGES软件工具， 在CDGES软件工具中结合电磁场场路耦合法、矩量法和有限元法构建仿真模型，采用仿真模 型计算变电站主变中性点接地站点的直流电流仿真值。

步骤4，比较变电站主变中性点的直流电流测试值和直流电流仿真值，根据比较结果调整 直流电流仿真模型，并进行第一阶段直流偏磁治理：

根据变电站主变中性点的直流电流测试值和直流电流仿真值调整直流电流仿真模型，即 主要调整包括土壤土质、变电站主变中性点接地站点的接地电阻、绕组直流电阻等参数。由 于步骤1中采集的相关资料中数据不一定准确，因此需要根据仿真结果对直流电流仿真模型计 算涉及的参数进行调整。

根据变电站主变中性点的直流电流仿真值进行第一阶段直流偏磁治理，直流偏磁治理包 括电容隔直治理和电阻限流治理两种方案，第一阶段直流偏磁治理即对与直流特高压线路接 地极距离小于预设距离值的110kV变电站、以及直流电流测试值较大的500kV变电站和220kV 变电站进行电容隔直治理或电阻限流治理。

步骤5，分段小电流试验：

完成上一阶段直流偏磁治理后，逐步增大小电流再次进行小电流试验，即从直流特高压 线路接地极向土壤中注入逐步增大的小电流，观察当前治理站的治理设备是否动作，测量测 试站的中性点直流分量及设备运行噪声，巡视观察站的设备运行情况和噪声。

本发明将经过第一阶段直流偏磁治理步骤的各变电站主变中性点接地站点分为三类：(1) 治理站：上一阶段直流偏磁治理中采取治理措施的站点；(2)测试站：根据上一阶段仿真结 果预测直流偏磁风险较大但未采取治理措施的站点；(3)观察站：根据上一阶段仿真结果预 测直流偏磁风险较小的站点。

步骤6，进一步调整直流电流仿真模型，并进行直流偏磁治理：

采用当前直流电流仿真模型计算变电站主变中性点接地站点的直流电流仿真值，根据测 试站的直流电流测试值和直流电流仿真值调整直流电流仿真模型，本次调整主要针对直流电 流测试值和直流电流仿真值差距较大的位于极不均匀土壤条件下的变电站主变中性点接地站 点的相关参数，例如高山、湖泊等；并进行本阶段直流偏磁治理：取消在直流特高压线路接 地极最大入流电流下仍未动作的治理设备，将取消治理设备的治理站即成为测试站；对中性 点直流分量超标(即存在较大直流偏磁风险)的测试站追加治理设备，追加治理设备的测试 站即成为治理站；将巡视过程中观察到震动明显且噪声超标的观察站，使其作为测试站。

步骤7，重复步骤5～6直至分段小电流试验中所有变电站主变中性点接地站点的直流电流 测试值达标。

下面结合实施例本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给 出了详细的实时方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

所治理变电站包括溪洛渡左岸—浙江金华±800千伏特高压直流输电工程金华接地极附 近的98个不同电压等级的变电站，其中包含14个500kV变电站、56个220kV变电站和28个110kV 变电站。

步骤1，收集98个不同电压等级的变电站主变中性点接地站点的相关资料；

步骤2～3，从直流特高压线路接地极向土壤中注入500A电流，由于条件限制，本实施例 从附近98个变电站中选择部分站点进行测试，并根据步骤1收集的相关资料及测试数据建立仿 真模型，见表1。

表1

步骤4，根据表1中数据对表1中22个站点进行第一阶段直流偏磁治理：对丹溪变、方岩变、 河阳变、花街变、倪宅变、双龙变、温泉变、莹乡变、金华变、万象变、信安变、凤仪变、 吴宁变、芝堰变、百花变、西陶变、黄村变、丽水变、石金变、丰安变、黄龙变、下涯变进 行电容隔直治理。

步骤5，完成步骤4直流偏磁治理后，进行分段小电流试验，在不同入地电流情况下观察 各个治理站点的治理设备动作情况，并测试其他未治理站点的中性点直流分量，试验结果见 表2～3。

表2隔直站动作情况表

表3不同入地电流下直流偏磁电流表

步骤6，依据第二次试验的结果修正模型，并提出第二阶段的治理方案：由于所有第一阶 段治理设备在试验中全部动作，所以在保持原有治理设备不变的情况下，对朱云变、枫树变、 太平变、东山变、万松变、建德变、仙都变、仙桥变、鹿田变、大元变、夏金变等11个变电 站进行电容隔直处理；对桐鹤变进行电阻限流处理。

步骤7，对第二阶段治理方案进行试验，在不同入地电流情况下观察各治理站点的治理设 备动作情况，并测试其他未治理站点的中性点直流分量，试验结果见表4～6。

表4隔直站动作情况表

表5限流站动作情况表

表6不同入地电流下直流偏磁电流表

并根据上述实验、仿真结果，在前两个阶段治理措施基础之上，再对深泽变、江湾变进 行电容隔直处理；官塘变、东阳变、灵洞变、牌头变、青田变、里隆变、壶镇变、雁门变进 行电阻限流处理，形成了最终的对浙西地区的治理方案。该方案运行至今，由各地市局实时 监管各自片区内的站点，目前尚未发现较严重的直流偏磁问题，直流偏磁治理效果良好。

上述实施例所述是用以具体说明本发明，文中虽通过特定的术语进行说明，但不能以此 限定本发明的保护范围，熟悉此技术领域的人士可在了解本专利的精神与原则后对其进行变 更或修改而达到等效目的，而此等效变更和修改，皆应涵盖于权利要求范围所界定范畴内。