HVDC输电引起变压器直流偏磁分析及抑制措施

发布时间：2020-02-07 04:37

【摘要】：近些年，直流偏磁越来越引起人们的重视，这是因为它会对变压器和系统造成很大的危害。实际上，造成变压器直流偏磁有两个原因：其一，当高压直流输电系统以单极大地回路方式运行时，大地中回流的直流电流会通过接地中性点流入变压器绕组内；其次，太阳等离子风的动态变化与地磁场间相互作用会产生地磁风暴会在变压器绕组中产生低频感应电流，由于其频率非常低，可近似认为是直流电流。本文针对直流偏磁对变压器的影响以及抑制措施进行了详细理论分析和实验研究，推导出发生直流偏磁后变压器总磁通表达式。通过交直流混合系统简化电路图，计算出直流偏磁扰动量表达式，并通过其表达式得出影响直流偏磁的直接因素。通过变压器的等效电路，推导出输入输出电压和电流的表达式，并利用PSCAD/EMTDC软件仿真出加入不同大小直流情况下输入输出电压、电流波形。比较三相变压器组、三相三柱式变压器和三相五柱式变压器的铁心结构，得出三相变压器组更易受直流偏磁影响这一结论。定义了一个全新的概念—直流比置系数，以便更加直观的比较不同结构变压器受偏磁影响的程度。利用仿真软件在不同直流比置系数条件下，仿真出两种变压器励磁电流波形和Ф-I曲线，并验证了三相变压器组承受直流偏磁差这一特点。提出一种中性线电容隔直可控开断桥式的新型电路拓扑结构，来抑制直流偏磁。与传统电容隔直电路相比，本方法利用同步暂态电流抑制桥型电路中的直流电感来限制故障初期短路电流上升变化率，且无需控制系统响应，瞬时自动投入，从而避免了暂态电流冲击而损坏电容器。本抑制方法还可以确保变压器中性点有效接地，使控制系统有充足的响应时间切换工作方式。详细地给出抑制装置电路的等效结构，并计算出系统发生故障情况下电容器电压、电流解析结果，通过解析结果给出电容器等电路主要参数的选取依据。最后，利用PSCAD/EMTDC仿真软件验证了此抑制装置可以完全有效地抑制变压器直流偏磁，并对比分析了系统故障时加入隔直装置前后抑制瞬态冲击电流的效果。制作了小功率的隔直流实验装置，模拟了系统短路情况下对故障电流峰值的抑制效果，且实验结果与仿真相吻合，证明了该抑制方法的有效性和实用性。
【图文】：

等效电路图,输电系统,等效电路图,交流输电

-2 是交直流输电的简化结构图。将图 2-2 做合理等效，就可效电路图，如图 2-3 所示。其中，Ra为交流输电线路的总输电线路的浅层接地电阻，Rc为交流输电线路的深层接地输电系统接地极之间的互阻，Rd、Re分别为直流输电线路阻，RL为交流输电线路电阻及设备电阻，ID为直流输电系直流偏磁扰动量。

波形,二次侧电流,时变,波形

-14-从图 2-6 到图 2-9 四幅仿真图中可以看出，在没有直流偏磁作用下，，即 Idc=0时，变压器的输入电流、电压和输出电流、电压均为正负半周对称的正弦波。
【学位授予单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM721.1

【参考文献】