特高压直流输电接地极附近的土壤结构对变压器直流偏磁的影响

范胜

摘要：电力是推动我国经济发展的重要动力。由于我国地域较广且土壤结构差异较大，从而引发许多高压直流输电线路中的科学技术问题。为了使电流能够在高压电线中持续稳定的运输，减少土壤结构等因素对变压器直流偏磁的影响。本文根据土壤结构对变压器直流偏磁影响的原理与直流偏磁基本内容展开试验探究。实验开始前需要建立土壤结构模型和查找土壤结构对应的地表电位计算公式，根据接地极周围土壤的结构和性质，以接地极为中心点测量不同距离的地表电位。根据土壤地质参数和地表电位计算偏磁电流的大小，深入研究偏磁电流对变压器励磁电流畸变率的影响。通过试验得出结论：流入变压器中的电流随着土壤电阻率的增加而增加，直流偏磁效应越发明显。

关键词：土壤结构 直流偏磁 变压器 高压直流输电

为使我国的电力行业能够迅速的发展，需要在全国推广特高压直流输电线的建设。输电线路的增多能够提高我国电力的运输效率，加快我国电力行业的发展，有利于解决我国电力分配不均匀的情况，将电力安全、稳定、高效的送至用电单位。目前，我国在特高压直流输电系统以及变压器的研究领域取得了突破性的进展，部分技术已经超越发达国家。国家的高压输电工程也逐步采用先进的双极直流输电系统。相对于单极直流输电系统来说，双极直流输电系统具有较高的稳定、安全性。在高压电力运输过程中，如果其中一个电极出现问题或者需要检修、维护时，该输电系统会迅速转化为单极运行。在单极运行时会有较大的直流电流输入土壤中，导致接地点周围电位升高。

一、建立土壤结构模型，探究对接地点周围电位的影响

当电力输电采用双极运行系统时，一旦遇到接地极故障或者检修，为了保证输电系统能够正常工作，高压直流输电方式将会切换为单极运行。在单级运行的情况下，地表电位的梯度将直接决定着变压器中的直流电流大小，地区土壤的结构与土壤电位的变化有直接的联系，需要建立土壤结构模型来分析地电位变化和影响。土壤结构模型在建立的时候需要重点考虑高压电线接地极附近土壤与直流电流所成形成的电位梯度之间存在的联系。一般来说，土壤的电阻率与土壤结构复杂程度和地质环境差异成正相关。综合各方面因素考虑，本文选取的土壤结构模型是将接地极附近的土壤看做成一个复杂的分层结构，并且保证接地极附近土壤的电阻值有差异，

二、土壤地电位对偏磁的影响

2.1偏磁原理

为了能够更加深入的探究土壤结构对偏磁效應的影响，需要对变压器直流偏磁的原理进行深入的研究。通过查阅相关资料，可以了解到直流偏磁原理是经绕组的直流电流变成变压器励磁电流的一部分。而这部分直流电流使的变压器中的铁芯产生偏磁，改变了原有变压器的工作点，促使原有的磁化曲线工作区发生偏移。并移动到铁芯磁饱和区，导致变压器中励磁电流转化为坚定波，进而造成变压器振动幅度变大。变压器发生直流偏流的影响因素众多，其中最为主要的是输电系统接地极通过较大的直流电流。高压直流的输电系统在单机方式运行的情况下电流流向以及土壤电位分布研究是至关重要的。通过对变压器直流偏磁效应原理进行深入的分析，可以从中了解到高压直流电的流向。首先电流通过变压器的接地极进入土壤中，电流在土壤中形成土壤的电位分布，通过大地为回路经过逆变站流向接地极。如果通入土壤中的电流存在一部分进入变压器的绕组中形成电网回路，则会造成磁化曲线工作点进入饱和区域，导致电流偏磁效应的发生。实验设计时需要考虑到励磁电流的大小与变压器的规格之间的关系。

2.2偏磁分析模型

本文采用的是CAD软件建立电流偏磁的仿真模型，使用Matlab软件来计算接地极土壤的电位。通过建立土壤结构模型来计算大地电位值，根据土壤结构情况来确定加入变电器等效电路的情况。

三、不同土壤电阻率对大地电位及直流偏磁的影响

接地极附近的土壤电阻率以及经过电力设备的直流电流大小与通入土壤中的直流电流大小有着密切的关系。除此之外，在接地极土壤条件相同的情况下换流站接地点之间的距离也是影响直流电流大小的因素。本文主要从这两个方面着手进行仿真实验，希望能够通过此实验，为我国电力设备选择合理的建筑地址提供参考依据。在实验开始前需要对接地及附近的土壤进行采样，将接地极附近的土壤分为两层，保证两层土壤的电阻率有明显差别，选取两份上、下级土壤做为探究土壤结构对直流偏磁影响的实验材料。将选取的两份土壤采用控制单一变量的原则进行区分，第一组实验材料仅考虑上层土壤电阻率的变化，第二次组材料仅考虑下层土壤电阻率的变化。第一组材料的下层土壤和第二层材料的上层土壤分别按照等梯度的电流变化进行实验，设置接电极电流的起始值为3500A。通过对实验数据的观察分析可以看出：上层土壤电阻率一定的情况下，下层土壤的电阻率与土壤电位分布呈正相关，既土壤的电阻率越大，电流在土壤的电位值也越大。当下层土壤电阻率不变的情况下，上层土壤电阻率与土壤电位分布成也呈正相关，但是其增长的幅度较之前有大幅度的降低。并且在土壤结构和电阻率不变的情况下，接入土壤的电流值越大，则土壤电位的值也越大。并且土壤电位值的增加会导致励磁电流畸变程度的增加。由此可以得出以下结论：直流偏磁状态下励磁电流会发生畸变现象，畸变程度与直流电流呈正向相关。畸变程度越大，直流电流的值也越大，进而产生的直流电磁效应也就越强烈。

四、结束语

在选择变电站地址的时候，需要首先建立直流输电接立即与变电站之间的土壤结果模型，通过相关信息的采集，计算可能存在的偏磁电流和畸变率，通过计算的数据和研究结论合理地确定变电站的选址。减少直流输电接地极附近土壤结构对变电器直流偏磁的影响，促进我国电力事业的不断发展。

参考文献：

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