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《高压直流输电系统接地极电流对电力变压器运行影响的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。
1、高压直流输电系统接地极电流对电力变压器运行影响的研究关键词：高压直流输电 变压器 直流偏磁 电路-磁路耦合模型 中国论文 职称论文摘要:当高压直流输电系统采用单极大地回路方式运行时,可能会有部分入地电流流入中性点接地的电力变压器中,这将给系统运行和变压器本身带来诸多不利后果。采用电路-磁路耦合方法,推导建立了可以考虑负载变化的单相心式变压器模型,对偏磁电流造成的变压器工作电流谐波增加等影响进行了详细分析,并利用解析法对空载条件下的简化变压器模型进行了验证。还比较了由于负载不同使得变压器处于不同工
2、作点时偏磁电流影响的变化。仿真结果表明,变压器运行工作点降低对提高设备耐受直流偏磁干扰的能力有积极的作用。0引言随着“西电东送、南北互供、全国联网”战略的实施,近几年来,天生桥至广州北郊、三峡至常州、三峡至广东、贵州至广东直流输电工程陆续建成。在运行实践中,当高压直流输电系统采用单极大地回路方式进行电能传送时,将会有最高达数千安培的直流电流流入大地。部分直流电流流经中性点接地的电力变压器等设备,在交流系统中形成回路,从而由于直流偏磁效应,使得电力变压器处于非正常的运行状态中,最终导致了对设备本身
3、以及所在电力系统的干扰。如在2002年12月三峡至常州±500kV直流输电系统开始调试和试运行以来,常州武南两组500kV主变压器噪声上升了约20dB。2003年4月至5月,在直流输电功率为1540MW,地中电流达3320A的大方式下,测量得到500kV武南主变压器的中性点直流电流最大值为10.4A,噪声最高达91.4dB[1]。此外,南方电网贵广直流2004年5月的监测记录表明[2],当以750MW单极大地回路方式运行时,春城站主变压器中性点直流电流达34.5A,噪声为93.9dB,谐波电压总
4、畸变率达2.1%。由于电力变压器对电力系统安全稳定运行起着至关重要的作用,因此国内相关电力运行部门和科研院所针对电力变压器直流偏磁现象以及所造成的系统影响这一难题,开展了大量的研究工作,获得了许多有价值的研究成果[1-7]。笔者采用电路-磁路耦合的分析方法,推导建立了简单交流系统中带有负载的单相双绕组心式电力变压器的数学模型,并利用解析法进行了验证。通过考察该模型在不同幅值的偏磁电流下的表现,获得了关于变压器直流偏磁现象机理和所产生影响的定量描述,分析了由于负载变化而导致变压器处于不同工作点时所
5、产生的差异。研究结果可以为今后更进一步的研究工作提供参考。1计算原理电路-磁路耦合的计算方法通过将反映变压器端口特性和内部电磁场分布的电路和磁路方程联合求解,能更准确地反映变压器内在属性特征,能更好地满足系统分析的需要[8]。当变压器受到直流偏磁电流干扰时,在设备内部既存在交流作用,又存在直流作用,变压器铁心极易进入高度饱和状态。对这一现象的研究必须综合考虑系统条件和变压器设备的本身特性,因而利用电路-磁路耦合的计算方法能获得物理概念更为明晰的分析结果。本文所研究的简单交流系统模型见图1。图中,
6、usys,Rsys,Lsys和Udc分别表示交流系统等值交流电源、阻抗和直流电压源;变压器原副边绕组电阻和负载分别用Rp,Rs和RL来代表。而ip,is和ep,es则分别代表原副边绕组电流和感应电势。根据图1所示系统电路结构,可以列写出相关电路方程见式(1):usys=ip(Rsys+Rp)+Lsysdipdt+dψpdt-Udc-dψsdt=is(Rs+RL!####"####$)(1)其中:ψp,ψs代表原副边绕组各自所交链的总磁链。图2所示是单相心式变压器的磁路模型,其中Rmp,Rms和R
7、my分别代表变压器原副边铁心和上下铁轭磁阻;Rma表示两侧漏磁支路磁阻。而Fp和Fs则分别表示原副边绕组电流所产生的磁动势;Φi(i=1,2,3)为回路磁通。结合图2所示的磁路模型,列写相关磁路方程如下:[R(Φ)][Φ]=[Nm][i](2)其中:[R(Φ)]为磁阻矩阵,各漏磁支路磁阻值可以由变压器短路及空载试验数据获得[9];[Φ]为回路磁通矩阵;[Nm],[i]分别为绕组匝数及电流矩阵。利用梯形积分公式将式(1)转化为:[A][i(t+Δt)]=-[Nm]T[Φ(t+Δt)]+[S](3)
8、其中:[A],[S]是与外加系统条件或前一时刻各状态量有关的系数矩阵。将式(2)和式(3)联立,就可以获得以矩阵形式表述的电路-磁路耦合方程:{[R(Φ)]+[Nm][A]-1[Nm]T}[Φ(t+Δt)]=[Nm][A]-1[S]由于铁心材料的非线性,需要利用牛顿-拉夫逊法进行迭代求解,进而最终获得各状态量随时间的变化情况。2具体实例分析实例分析中所采用的单相双绕组心式变压器模型各项参数包括[9]:额定容量62.5MV•A,额定频率50Hz,原副边额定电压分别为16/3%kV和110/3%kV
