大式电力变压器直流偏磁情况的分析

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1、大式电力变压器直流偏磁情况的分析第一章绪论1.1课题背景及研究意义直流输电工程的单极大地回路运行以大地或海水作为回流电路，在这种方式下大地充当了直流输电线路的另一根导线，如图1.2所示，流经大地的电流是直流输电工程的运行电流。目前直流输电单极大地回路运行的情况，一般在调试或发生换相故障后需要从双极切换到单极金属回线运行时出现，此时高达几千安培的电流从直流接地极注入大地。这么大的直流电流入地后，必然对接地极本身及其周围的设施（如地下的金属管线、交流输电系统、通讯系统等）带来不可忽视的影响。大电流会造成接地极周围变电站接地

2、网地电位的变化。当直流接地极电流引起变电站接地网地电位变化时，若两个变电站接地网之间存在电位差，电流将有一部分流经变压器中性点、变压器绕组及输电线路，在中性点接地变压器上流过直流分量，如图1.3，引起变压器直流偏磁，使一些变压器出现磁饱和，造成变压器上振动加剧、噪声增大。图1.4表示的是交流系统中变压器的接线方式。图1.5为地中有直流电流流过时，一部分直流经变压器2T的中性点流入，通过交流输电线路流到变压器1T中，并通过中性点入地，使变压器过饱和，产生直流偏磁，交流电压波形畸变，高次谐波含量大增。1.2磁暴产生的地磁感

3、应电流除直流输电引起的变压器直流偏磁外，由于太阳表面黑子等物质产生的太阳风和射线流袭击地球产生的磁暴也会导致变压器的直流偏磁现象。地磁暴是由太阳风、地震、火山爆发等自然现象或原子弹爆炸引发的地磁波动现象。地磁场波动通常称地磁扰动；而当地磁扰动比较大时，人们又将其称之为地磁暴。在上述的诸多诱因中，以太阳风引起的地磁暴最为常见和危害最大。太阳风是由太阳释放的质子、电子等组成的中性粒子流。太阳风中的粒子与地球磁场在复杂的相互作用下形成了环绕地球、距地表高100km以上的极电流或电子流，从而对地磁场产生地磁扰动或地磁暴。地磁暴

4、发生时，由极电流作用所形成的磁场和受到扰动地磁场合成的磁场是一个时变的磁场。而地球是一个导电的球体，根据法拉第电磁感应定律可知：地磁场中会产生感应电流和感应电势。在强磁暴期间，土壤电导率较低的地区可能产生1-10V/km的地表电势(earth-surfacepotential，即ESP)，在靠近极地地区或高纬度地区，ESP可能更高；当ESP作用于许多现代人工网络，诸如电力系统、石油与天然气管道、通信线路等时，可以产生地磁感应电流即GIC。在超高压特高压电力系统中，由于变电站变压器中性点直接接地，地面上的电网的电阻相对较

5、小，输电线路成为GIC流通的载体，电网的地电场会在长距离输电线路与大地构成的回路中产生GIC。磁暴发生时在输电系统中两个变电站中，中性点接地的变压器承受地面电势的影响，地电场可以看作是一个电压源加在两个中性点接地的变压器之间，由于变压器与输电线路相连，GIC由变压器的中性点流入输电线路中，沿另一端变压器的中性点流回大地。输电线路GIC的大小与地面电势、线路长度、地质条件、变压器结构等很多因素有关。研究表明，GIC的变化频率一般在0.001Hz-0.1Hz之间，相对于50Hz或60Hz的工频电流而言相差几万到几百倍，因此

6、GIC可以近似看作为准直流电流。1.2.1近年来输电系统中监测到的直流电流数据2003年，三-常直流输电工程在直流输电1540Meeting,July12,1989.[5]A.P.Sakis,Meliopoulos,EliasN.Glytsis.parisonofSS-GICandMHD-EMP-GICeffectsonpos.IEEETrans.onPoanetal,Currenttransformerandrelayperformanceinthepresenceofgeomagicallyinducedcurre

7、nts.IEEETrans.onPos,1981,100(3):1078-1088.[7]D.H.Boteleretal,Effectsofgeomagicallyinduceddlgcl.IEEETrans.onPoagiceffectsmodelingforthePJMinterconnectionsystemPartI-Earthsurfacepotentialsputation.IEEETrans.onpo,1992,7(3):949-953.[9]RamsisS.Girgis,Chung-DuckKo.Cal

8、culationtechniquesandresultsofeffectsofGICcurrentsasappliedtoters.IEEETrans.onPowerDelivery,1992,7(2):699-705.[10]朱东柏，刘文理.SS-GIC对大型电力变压器的影响.变压器，1996，8：6-10．(责任编辑：gufe