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直流接地极接地性能及入地电流对变压器影响的研究

作　者: 李泓志
导　师: 崔翔
学　校: 华北电力大学（北京）
专　业: 电工理论与新技术
关键词: 直流接地极跨步电压电力变压器直流偏磁磁路
分类号: TM862
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

直流输电系统以大地回线方式运行时,通过直流接地极向大地注入一定幅值的直流电流。位于直流接地极附近区域站立人员的两脚间将承受跨步电压。过高的跨步电压使人体不适,甚至危害健康。另一方面,通过直流接地极泄露进入大地的系统直流电流经由变压器直接接地星型绕组的中性点流入交流电网,影响电力变压器和电网的运行性能,即发生所谓直流偏磁现象或直流偏置现象。本文针对直流输电系统中直流接地极本体的接地性能及入地直流电流对电力变压器的影响问题,结合国家自然科学基金项目“非对称周期时域有限元方法与电力变压器直流偏磁特性的研究”(50677016)、国家电网公司科技项目“±800kV直流接地极本体技术研究”(SGSC[2005]99、"±800kV直流接地极运行技术研究”(SGSC[2005]133)和“直流接地极附近地面跨步电压的研究”(SG0848),主要研究了考虑涡流效应的电力变压器直流偏磁电路-磁路模型,通过与电力变压器实验测量结果的对比,验证了本文方法、模型和计算程序的有效性,并应用于多台大型电力变压器产品的直流偏磁性能分析；同时研究了深井直流接地极和斜井直流接地极的接地性能,并应用于国内某±800kV级直流输电工程共用接地极的设计。本文主要研究成果如下：1.提出了考虑涡流损耗时铁心硅钢片磁阻的计算公式,基于网络综合理论建立了硅钢片磁阻的等效磁路模型,并通过矢量匹配法获得了等效模型的元件参数；2.建立了考虑铁心和绕组的空间几何结构、铁心导磁材料的涡流效应和接缝气隙区域的磁场特性的电力变压器直流偏磁电路-磁路模型,并开发了一套电力变压器直流偏磁仿真计算软件,可用于大型电力变压器产品的直流偏磁研究；3.提出了变压器直流偏置系数的定义,为统一评估不同类型、不同电压等级、不同容量的电力变压器产品耐受直流偏磁的能力奠定了基础。基于本文开发的仿真计算软件,获得了直流偏磁电流对三种典型电力变压器产品的影响规律,得到了变压器(组)耐受直流偏磁能力的排序；4.提出了一种基于Gamma分布的直流接地极极址大地深层导电媒质概率分层模型,通过对两处极址MT法测量反演数据的检验校核和对比,验证了本文大地深层导电媒质的概率分层模型的合理性；5.提出了一种新型斜井直流接地极,用于降低大容量直流输电系统的直流接地极跨步电压。分析了深井直流接地极和常规直流接地极的接地性能。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-12
第一章引言  12-21
  1.1 课题研究背景  12-15
  1.2 国内外研究概况  15-19
    1.2.1 直流接地极接地性能的研究  15-16
    1.2.2 直流偏磁电流对变压器影响的研究  16-19
  1.3 本文的主要工作  19-21
第二章铁心硅钢片磁阻的时域等效模型  21-33
  2.1 考虑涡流效应时铁心硅钢片内部磁场的分布  21-24
    2.1.1 硅钢片内部的磁场分布  21-22
    2.1.2 考虑涡流效应的铁心硅钢片磁阻  22-24
  2.2 铁心硅钢片磁阻的时域等效模型  24-26
    2.2.1 铁心硅钢片磁阻的单端口网络综合  24-25
    2.2.2 铁心硅钢片磁阻等效模型的状态方程  25-26
  2.3 时域等效模型参数计算  26-29
    2.3.1 模型参数的定解问题  26
    2.3.2 基于矢量匹配法的参数求解  26-29
  2.4 实验验证  29-32
  2.5 小结  32-33
第三章电力变压器直流偏磁下的电路-磁路模型  33-51
  3.1 电力变压器电网络的数学表示  33-37
    3.1.1 线性电网络的时域模型  34-36
      3.1.1.1 电阻元件  34
      3.1.1.2 电感元件  34-35
      3.1.1.3 电容元件  35-36
      3.1.1.4 线性电网络时域模型  36
    3.1.2 含三相变压器电网络的时域模型  36-37
    3.1.3 含三相变压器组电网络的时域模型  37
  3.2 电力变压器磁网络的拓扑表示  37-39
  3.3 电力变压器的磁路模型  39-43
    3.3.1 铁心的磁路模型  39-41
      3.3.1.1 硅钢片导磁材料  39
      3.3.1.2 硅钢片接缝气隙区域  39-41
    3.3.2 典型变压器型式的磁路模型  41-43
    3.3.3 变压器的磁路方程  43
  3.4 电路-磁路模型的系统方程求解  43-45
    3.4.1 电路方程和磁路方程的耦合  43-44
    3.4.2 直流偏磁电力变压器电路-磁路模型的系统方程  44
    3.4.3 电路-磁路模型系统方程的求解  44-45
  3.5 MATLAB程序实现  45-46
  3.6 实验验证  46-50
    3.6.1 实验概况  46-48
    3.6.2 实验结果和讨论  48-50
  3.7 小结  50-51
第四章直流偏磁电流对电力变压器运行特性的影响  51-68
  4.1 典型心式变压器产品直流偏磁分析概况  51-54
    4.1.1 变压器产品参数和分析电路  51-52
    4.1.2 直流偏置系数的定义  52-54
  4.2 直流偏磁对电力变压器励磁特性的影响  54-58
  4.3 直流偏磁对电力变压器漏磁特性的影响  58-62
  4.4 直流偏磁对电力变压器次级电压的影响  62-64
  4.5 直流偏磁对电力变压器铁心磁通的影响  64-66
  4.6 小结  66-68
第五章深井和斜井直流接地极的接地性能  68-95
  5.1 大地深层导电媒质的概率分布估计与分层等效  68-73
    5.1.1 大地深层导电媒质电性参数测量概述  68-70
    5.1.2 大地深层导电媒质的概率分布规律  70-72
      5.1.2.1 Gaussian分布  70
      5.1.2.2 Gamma分布  70-72
    5.1.3 工程实例验证  72-73
      5.1.3.1 极址GL  73
      5.1.3.2 极址DY  73
  5.2 深井直流接地极的接地性能分析  73-76
    5.2.1 概述  73-74
    5.2.2 接地性能  74-76
      5.2.2.1 接地电阻  74-75
      5.2.2.2 远区地表电位分布  75-76
      5.2.2.3 跨步电压  76
  5.3 常规直流接地极跨步电压性能的技术经济对比  76-84
    5.3.1 双圆环接地极  77-78
    5.3.2 三圆环接地极  78-80
    5.3.3 圆环-垂直接地极  80-81
    5.3.4 垂直-圆环接地极  81-83
    5.3.5 技术经济对比  83-84
  5.4 斜井直流接地极的接地性能分析  84-90
    5.4.1 斜井接地体的顶部埋深  85-86
    5.4.2 圆环和斜井的圆周半径比例  86-87
    5.4.3 斜井接地体的入地角度  87-88
    5.4.4 斜井接地体的长度和布置间距  88-90
  5.5 应用实例  90-93
    5.5.1 工程概况  90
    5.5.2 双圆环接地极  90-91
    5.5.3 三圆环接地极  91
    5.5.4 圆环-垂直接地极  91-92
    5.5.5 斜井直流接地极  92-93
    5.5.6 方案推荐  93
  5.6 小结  93-95
第六章结论  95-97
参考文献  97-107
致谢  107-108
附录  108-112
  附录1 直流偏置工况时变压器产品励磁电流谐波分析  108-110
  附录2 直流偏置工况时变压器产品漏磁通谐波分析  110-112
个人简历、在学期间的科研成果及发表的学术论文  112-113

直流接地极接地性能及入地电流对变压器影响的研究

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