换流变编组方式对电网偏磁电流的影响分析

印力群+杨静

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.127

摘 要：高压直流输电由于其输送距离远、输送容量大以及建设成本低等优点，在电力系统中得到了广泛应用。近年来，随着±800 kV直流输电工程的建设，接地极入地电流引起的换流变和交流变压器中性点的偏磁电流都较大，对整个电网的安全稳定运行造成一定的威胁。±800 kV换流站换流变台数更多，24台换流变的编组方式会对偏磁电流的大小形成影响。该文通过分析高压直流输电换流站变压器编组方式对电网偏磁电流的影响程度，获得降低变压器绕组直流偏磁电流的方法或措施，降低高压直流输电换流站变压器和交流电网变压器直流偏磁风险。

关键词：高压直流输电 偏磁电流 编组方式 换流变

中图分类号：TM72 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（b）-0127-03

我国地域广阔且资源分布不均，形成了远距离电力输送的格局，即能源储备和能源需求的逆向分布。由于交流输电长距离、大容量输送电力存在着弊端，高压直流输电在我国逐步形成并具有明显优势[1-2]。自1989年首条±500 kV葛-上高压直流输电投运以来，高压治理输电在我国得到了快速发展，特别是近几年，我国已全面开启了特高压直流输电工程建设项目，已完成5个±800 kV特高压直流输电工程的建设。由于±800 kV直流输电方式下接地极的最大入地电流可达5 000 A，造成直流接地极附近的地电位分布不均，进而会在交流电网接地变压器间形成直流电流路径，造成变压器直流偏磁[3]。针对现已建成的溪-浙±800 kV直流输电系统，通过在低端对换流站以及交流电网中的变压器进行直流偏磁实测时发现，不论是单极大地运行还是双极不平衡运行，换流站和交流电网中变压器直流偏磁电流都较大，当直流接地极的入地电流为500 A时，变压器中性点的偏磁电流高达25.1 A[4]。

与以往的±500 kV直流输电相比较，±800 kV直流输电系统不仅电压等级高，且输送容量也较大，为此需要24台换流变形成双十二脉动串联接线方式完成电能传输，较以往的±500 kV直流输电的变压器数目多了1倍。24台换流变可以形成多种编组方式，每一种的编组方式下直流偏磁的路径不同，为此，不同编组方式下变压器直流偏磁电流就会不同，但不同编组方式下的偏磁电流差异有多大以及哪种编组方式下的直流偏磁最为严重均需要我们去研究，为变压器直流偏磁电流治理提供参考依据。文章重点分析多种编组方式下偏磁电流的影响机理，并给出相应的偏磁电流减小方法建议。

1 ±800 kV换流站接线方式

±800 kV是我国近几年才开始建设的高压直流输电，是世界上电压等级最高的输电工程。与以往的高压直流输电相比，其最大特点就是电压等级高、输送容量大。以往的直流输电工程采用单12脉冲接线，需6台单相变压器，即双极运行下共需12台换流变压器。而±800 kV直流输电由于其传输容量大，因此就要求变压器容量大、直流耐压水平高。然而，一味要求增大换流变容量并不现实，因为太大容量的换流变会受到制造厂家制造容量、运输条件等客观因素的限制，同时目前的技术水平也不能保证太大的耐压能力，所以，±800 kV的换流站双12脉动采用了串联接线的方式进行，采用24台换流变压器方可满足耐压和容量要求。具体接线示意图如图1所示。

图1中只给出换流站交流母线、换流变压器以及12脉动换流阀，没有列出与该文研究无关的配套设施。

2 换流站编组方式

±800 kV高压直流输电换流站通常的接线方式为双极双12脉动，两种接线方式分别为YY和YD并能够为换流阀提供相应的电压保证换流阀正常运行。通过双极双12脉动下24台换流变可组合成多种运行方式。而不同运行方式下对变压器直流偏磁的影响程度会不同。

表1给出了±800 kV换流站的8种运行方式。

由表1可看出，8种运行方式下输送容量不同且入地电流相差较大，特别是完整单极大地和1/2单极大地下，入地电流为高压直流输电线路的额定电流，如此大的入地电流必然会造成接地极附近大地电位部分不均，会产生电位差进而流经变压器绕组，造成变压器直流偏磁现象。而双极不对称运行方式下，其入地电流大小与所接入的换流变压器台数相关，24台换流变下入地不平衡电流最大，接近线路的额定电流。

3 不同编组运行下的偏磁电流计算

由表1可知，8种运行方式中有3种方式的入地电流较大，为此，接下来主要分析这3种运行方式下的偏磁电流，结合这3种运行方式下的变压器台数，建立变压器的偏磁电流的电路等效模型，具体如图2所示。其中：U0、U1、U2…Un为不同接地点的地电位；Rg0、Rg1、Rg2…Rgn为不同接地点的接地电阻；Rx、Rt1、Rt2…Rtn为变压器绕组的三相并联直流电阻；Rl1、Rl2…Rln为换流站各馈线线路直流电阻。

从图2可以看出，不同编组方式下的偏磁电流所流通的路径也不同，但总体相差不大，主要区别就是在换流变的并联电阻上。为了进一步对比不同编组的偏磁电流，电路模型中将换流站母线与大地相连作为，通过戴维南定理将所连的馈线等效为一个电阻和电压源，进而获得等效模型，其等效电路如图3所示。

由于换流变压器采用的是单相双绕组接线方式，记单台变压器绕组直流电阻为。取和为接地极处的电位值，即可计算完整单极大地、1/2单极大地以及双极不对称编组方式下的偏磁电流，计算公式具体见表2。由于双极不平衡入地电流受变压器台数的影响，其入地电流值取值范围较大，为此在进行偏磁电流计算时需取比例系数α，且0<α<1。

比较各编组运行方式可得出如下公式：

（1）

（2）

通过表（2）可得出完整单极大地运行方式下换流站的偏磁电流最大，1/2单极大地运行方式下单相换流变偏磁电流最大，这两种方式下均会造成严重的变压器半波饱和，进而对电网产生不利影响。为此，完整单极和1/2单极大地运行下需考虑合理的治理方案，降低对交流电网的风险。

4 结论

文章提出±800 kV换流站换流变编组运行方式对偏磁电流的影响，建立了换流站偏磁电流分析模型，得出主要结论有以下两个方面。

（1）±800 kV换流站完整单极编组方式下偏磁电流最大。

（2）±800 kV换流站1/2单极大地编组方式下单相环流变的偏磁电流最大，影响程度更深，需考虑合理的治理方案。

参考文献

[1] 刘振亚.中国电力与能源[M].北京：中国电力出版社，2012.

[2] 劉振亚.特高压交直流电网[M].北京：中国电力出版社，2013.

[3] 苏宏田，齐旭，吴云.我国特高压直流输电市场需求研究[J].电网技术，2005，29（24）：1-4.

[4] 华东电力设计院，浙江省电力设计院.溪浙直流工程受端电网偏磁测试与治理工作汇报[R].上海：华东电力设计院，2014.