基于复杂网络理论的变电站直流偏磁治理研究

为解决特高压直流输电引起的直流偏磁现象,提出了在直流偏磁条件下,基于复杂网络理论的送端电网关键站点识别方法。在PSCAD中建立自耦变压器模型,进行变压器直流偏磁仿真研究,为治理酒泉地区变电站中存在的直流偏磁,基于实际电网结构参数建立仿真模型,对受偏磁电流影响大的关键站点进行识别治理,定义节点熵和线路熵的概念,其大小反映被治理地区节点电流和线路电流分布是否均匀,规定直流偏磁治理标准,用以评判治理效果是否合格。仿真结果表明,进行关键站点识别与治理后,节点熵和线路熵有明显的下降,该地区的总偏磁电流得到了有效抑制。

新型牵引变直流偏磁励磁的混合仿真分析

城市轨道交通牵引供电系统的稳定关乎城市电网的安全和交通稳定运行,由于大量投入使用的电缆和一系列电力电子装置,产生了严重破坏牵引供电系统安全性的谐波和无功问题。牵引变作为牵引供电系统的核心设备,具有传输供电和滤除非线性负载谐波等重要作用,直流偏磁是1种广泛存在的会对牵引变产生不利影响的现象,严重时会直接威胁牵引变的安全稳定运行。基于PSCAD/EMTDC及ANSYS分别建立了1种新型牵引变的UMEC及有限元模型,由励磁电流特性入手,通过多平台混合仿真的手段对这一新型牵引变遭受直流偏磁影响时的电磁、损耗等励磁特性进行了观测和分析,并与传统牵引变进行对比,评估了该新型牵引变遭遇直流偏磁时的励磁状态。

直流偏磁下磁控电抗器铁芯矢量电磁振动特性

在交直流共同激励的工作方式下,磁控电抗器(magnetically controlled reactor,MCR)受直流偏磁的影响,其电磁特性及振动特性会发生极大的变化。为了精确模拟材料在直流偏磁下的磁化及振动特性,首先基于电工钢片的矢量磁致伸缩逆模型和磁特性测量曲线,采用速度可控粒子群优化(velocity-controlled particle swarm optimization,VCPSO)算法提取并优化模型参数,对磁控电抗器铁芯电工钢片的磁滞和磁致伸缩特性进行分析,并对比实验和仿真曲线,验证磁化特性仿真的准确性;其次,结合矢量磁致伸缩逆模型与MCR有限元模型,模拟MCR铁芯在不同直流偏磁下的矢量电磁振动特性,并分析MCR铁芯位移波形的谐波分量。最后,搭建MCR振动测试系统,验证模型仿真的准确性。研究结果可为磁控电抗器铁芯振动的相关研究提供参考。

地铁杂散电流引起变压器直流偏磁抑制方法

针对城市地铁运行时泄漏的杂散电流会引起沿线变压器直流偏磁问题,提出一种基于碳化硅PiN二极管的偏磁抑制方法。首先,建立杂散电流分布模型并采集现场地电位实测数据,明晰了地铁运行下城区整体大地电位的数值分布特点。然后利用碳化硅PiN二极管在直流电压和故障电流下的电压阻断能力及电流导通特性,提出了基于碳化硅PiN二极管的变压器直流偏磁抑制电路结构与工作流程。最后基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了城市电网110kV变电站主变直流偏磁仿真模型,验证了偏磁抑制方法故障电流导通能力和偏磁直流抑制效果。仿真结果表明:电网故障时,偏磁抑制方法瞬时导通,继电保护迅速动作跳闸;变压器实施偏磁抑制后,中性点直流电流被阻隔,磁滞回线、一次侧绕组电流及励磁电流畸变率降低,直流偏磁得到有效抑制。

直流偏磁对500 kV变压器振动特性的影响分析

特高压直流工程单极-大地回路运行时,直流电流侵入大型变压器绕组,致使变压器振动加剧。为了深入了解直流偏磁对大型变压器振动特性的影响,分析了变压器的振动机理及直流偏磁的影响机制。在白鹤滩—江苏±800 kV特高压直流输电工程调试期间,对500 kV三相变压器的中性点电流、振动信号进行了实测,量化了直流偏磁程度,分析了不同直流偏磁程度下变压器振动信号时域及频谱特征。提取了波形畸变比、奇偶次谐波能量比、累计能量占比、功率谱熵等特征量来分析直流偏磁对大型变压器振动特性的影响。结果表明:直流偏磁导致波形畸变,1个工频周期内2个半周期对应的振动波形不再对称分布;随着直流偏磁程度增加,振动信号主频分量改变,50 Hz倍频谐波分量增多,其中50 Hz奇次谐波增幅要大于偶次谐波,且影响主要集中在600 Hz以内;由于铁心饱和作用,直流偏磁增大到一定程度时,磁不平衡性降低,振动信号复杂度不再增加。

地铁杂散电流对变压器直流偏磁的影响分析

地铁运行过程中泄漏的杂散电流引起地电位波动变化,易导致附近接地变压器出现直流偏磁现象。为解决此类问题,首先,建立了地铁运行等值电阻网络模型,实现杂散电流实时数值计算;然后,进一步推导了杂散电流场位方程,实现地铁机车运行时附近大地电位空间分布的动态模拟;最后,基于杂散电流引起的大地电位分布结果与交流电网的等效直流电阻模型,实现接地变压器偏磁直流和励磁电流的数值计算,建立中性点直流量和波形畸变率偏移度评判指标,可有效评估变压器直流偏磁程度。仿真结果表明,机车运行工况及机车间距对变压器直流偏磁影响明显,制定合理的地铁运行策略可有效削弱附近变电站直流偏磁干扰。

直流偏磁对特高压交流变压器漏电感影响的分析

本文作者基于棱边有限元法建立了特高压变压器的时域场路耦合模型,通过对电路模型解耦,建立了自耦变压器的T型等效电路,求得其等效电感参数;通过对磁化曲线的修正,提高了电流的计算精度,得到更精确的直流偏磁下特高压变压器的求解结果。利用单相四柱式自耦变压器试验平台,验证了磁化曲线修正方法的可靠性。结合励磁电流、绕组电流曲线以及磁密曲线,对特高压变压器铁心饱和程度变化的原因进行分析,解释了一个周期内漏电感参数的变化规律;通过不同直流下电流曲线以及漏电感参数曲线的对比,研究了直流偏磁对漏电感参数的影响范围。

观音岩水电站主变压器直流偏磁在线监测系统研究及应用

提出一种基于主变中性点电流、变压器温度信息和噪声信号的主变直流偏磁监测系统。主变中性点电流采用柔性光学电流互感器进行采集,解决了传统霍尔元件测量中性点电流精度低、容易受干扰、绝缘差等问题。系统综合利用中性点电流、温度和噪声等多种检测信号,能够实现主变直流偏磁的异常情况检测,同时方便用户大量搜集第一手资料,为深入研究主变直流偏磁抑制奠定基础。该方案具有良好适用性,可推广至存在同类风险的变电站和电厂。

城市轨道交通杂散电流对500 kV变压器直流偏磁影响测试分析

城市轨道交通运行会引起变压器直流偏磁问题,严重威胁电网的安全稳定运行。为研究轨道交通运行对变压器直流偏磁的影响,文中对上海市轨道交通沿线的某500 kV变压器,采用多物理量同步测量方法测试了轨道交通正常运行、高峰运行和停运后的变压器中性点直流、振动和噪声特性,并与2010年地铁刚投运时振动噪声数据进行比较。分析测试结果发现变压器中性点直流、振动噪声特性与轨道交通负荷功率呈现正相关的变化规律。证明了轨道交通运行引起的杂散电流会导致变压器长期直流偏磁运行,为解决类似问题提供了参考性意见。

改进偏好多目标优化算法在直流偏磁抑制装置优化配置中的应用

基于偏好的多目标优化算法能够定向搜索符合决策者需求的Pareto解集,是多目标优化算法与工程实际联系最为紧密的方法之一。为准确地将决策者偏好需求反映到最终Pareto解集,提出一种偏好映射点动态更新策略,通过动态更新偏好映射点来降低算法对初始参考点位置的依赖。为实现输出Pareto解数目可调可控,引入偏好解集过滤器,使得算法能够得到解集数目符合决策者要求、分布均匀的Pareto解。最后,利用所提算法求解ZDT系列测试函数和浙北区域直流偏磁抑制装置优化配置问题。结果表明,所提算法能有效收敛至决策者偏好对应的Pareto解集,可以为直流偏磁抑制装置优化配置工程实际问题提供符合决策者需求的优秀候选方案。

电力变压器直流偏磁治理及测试分析

直流输电单极大地运行、地铁运行产生的入地电流会对附近的接地变压器产生影响,入地电流引起的直流偏磁给变压器运行带来安全隐患,本文分析了直流偏磁电流产生的原因,对接地变压器中性点加装电容隔直装置,监测改造前后的变压器的中性点直流电流、噪声及振动等技术指标,治理效果明显,给地铁附近接地变压器运行提供了技术支持。

基于土壤结构的直流偏磁治理装置设计与仿真研究

本文以酒泉 ± 800 kV换流站及其输电线路为研究背景,构建了接地极附近三维复合分层模型并对其线路所经酒泉地区的土壤结构电阻率进行测试,分析了对ESP (地表电位,Earth surface potential)的影响。通过分析直流偏磁产生机理,提出直流偏磁直流方法,首先,在特地土壤结构中,通过设置测站,实测实量对周边交流变电站中性点接地的直流偏磁的影响进行分析研究,最后,搭建了基于土壤结构的隔直装置电路模型,利用MATLAB中Simulink可视化仿真工具,对直流偏磁治理进行仿真研究,为特高压直流输电项目的接地极极址选择和直流偏磁治理提供一定的参考。

无源电容型隔直装置在直流偏磁治理中的应用分析

特高压直流输电建设对周边变电站主变产生了较为严重的直流偏磁影响,威胁主变运行安全。文中通过对直流偏磁影响原理分析,从设备选择、过电压及绝缘配合、运行维护等方面对隔直装置进行分析,并应用到实际工程中,在变电站主变直流偏磁治理中具有一定的参考价值。

基于PID搜索优化算法的变压器直流偏磁治理策略

特高压直流输电系统采用单极大地回线的方式运行时,对直流接地极一定范围内变电站的主变压器会造成影响,出现直流偏磁现象,对单一变电站进行隔直可能进一步扩大直流偏磁影响范围,对电网内全部变电站隔直治理则存在隔直装置的安装运维成本高、变电站改造困难等问题。文中提出了一种基于PID搜索优化算法的变压器直流偏磁治理策略,优化了成本与治理效果。针对不同类型隔直装置建立以安装维护成本和变压器中性点电流值加权作为优化目标函数的安装策略优化模型,以所有变压器中性点直流电流均不超限作为约束条件,采用PID搜索优化算法获得最优治理策略;为验证所提出的安装策略的有效性,搭建了赣州电网实际参数模型,进行多组变电站的综合成本和重要等级等参数计算,算例证明,基于PID搜索优化算法的变压器直流偏磁治理策略能够快速有效地得到区域电网内各变电站隔直装置最佳配置方案。

HVDC/GIC型直流偏磁的差异性分析

考虑到地磁感应电流(geomagnetically induced current,GIC)具有低频性,过去一直将其近似等效为高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)诱发的不平衡电流进行研究。然而,与HVDC型直流偏磁相比,GIC型直流偏磁具有显著的随机性与时变性,因此简单地将两者完全等效处理并不合理,在特定场景下应加以区分。为此,首先,从理论上分析了两种类型直流偏磁在诱发原因及特点上的差异。其次,通过研究直流偏磁对变压器本体以及电流互感器的不利影响,进一步探究两种类型直流偏磁对电网一/二次设备的影响差异,为后续的偏磁治理提供有效参考。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了等效仿真模型,并通过仿真验证了理论分析的正确性。

5000A抗直流偏磁CT现场校验技术仿真

当前的电流互感器现场校验技术无法准确计算电流互感器的比差与角差,导致现场校验结果出现较大偏差。于是提出5000A抗直流偏磁电流互感器现场校验技术。计算5000A抗直流偏磁电流互感器的比差与角差,完成电流互感器误差分析;基于该误差,利用抗直流偏磁电流互感器现场校验装置,以升流器输出端和补偿电容串联模式,实现5000A抗直流偏磁电流互感器误差的现场校验。在MATLAB仿真平台中测试所提方法应用效果。抗直流偏磁电流互感器的输入电流从1000A提高至5000A,过程中研究方法对单匝贯穿类、开口类抗直流偏磁电流互感器的误差分析值与实际值一致;且误差现场校验后,互感器输出功率明显降低,功率控制效果也较为理想。

轨道交通影响下上海电网直流偏磁多参量监测及治理研究

上海电网作为交直流混联特大型城市电网受直流偏磁影响较大,其中轨道交通杂散电流对电网主变的直流偏磁影响较为明显。通过建立上海电网直流偏磁监测系统开展了基于变压器中性点直流、振动和噪声的多参量监测和分析。分析结果表明上海电网轨交线路附近变压器受直流偏磁影响明显,离地铁线路愈近,周围地铁线路越多,主变的偏磁现象愈明显。在地铁运行高峰期,主变的振动加速度和噪声要明显大于地铁低谷期,地铁停运后,主变的振动和噪声明显下降。通过监测,针对受直流偏磁影响严重的主变开展了偏磁治理研究并制定了相应的治理方案。

基于多场耦合的变压器直流偏磁噪声异常表征

针对变压器在直流扰动下普遍存在的振动噪声问题,考虑目前振动噪声难以观测的现状,提出一种电磁-机械-声的多物理场耦合方法。构建变压器三维有限元电磁-振动模型,基于电磁-机械耦合原理计算载流线圈电磁与振动参数,并利用声学波动模型求解绕组空间声压分布。然后以Yd接线三相三柱式变压器为例,研究多种直流扰动下绕组的振动及噪声变化情况,分析绕组受力、振动加速度与噪声对应关系,总结其变化规律。搭建动模实验平台,测量变压器绕组振动参数,并将其与仿真数据进行对比,验证方法的正确性。在此基础上,提出直流扰动与噪声异常的虚拟映射关系函数,并制定失稳判据,实现利用可观测电气信息表征不可观测异常特征的目的,旨在为变压器偏磁效应异常监测保护提供技术支持。

换流变压器直流偏磁对油箱涡流损耗的影响

换流变压器直流偏磁状态下油箱涡流损耗会大幅增加,导致变压器温度升高,威胁其安全稳定运行,因此快速评估直流偏磁下油箱涡流损耗的大小就显得十分必要。该文首先分析了换流变压器在额定和空载直流偏磁状态下油箱表面漏磁场的分布特点。再结合实际换流变压器非线性负载电流和励磁电流波形,得到了不同换流器触发角和直流电流下油箱涡流损耗的变化规律。并在IEC/IEEE 60076-57-129标准的基础上,给出了换流变压器直流偏磁状态下油箱涡流损耗的计算公式。针对一台800 kV单相四柱式换流变压器,利用场路耦合法进行油箱涡流损耗有限元计算。通过对损耗仿真数值以及油箱表面磁通密度和涡流损耗分布的分析,验证了理论分析的正确性,并获得了不同工况下,计算公式中的损耗占比值。利用不同属性的线性负载替代换流器触发角的变化,对两台单相四柱式380 V交流变压器进行了直流偏磁实验,进一步验证了理论分析的正确性。

大型变压器直流偏磁下电磁振动特征研究

为准确掌握直流偏磁下电力变压器铁心的振动特性,文中通过建立变压器电磁—结构多物理场耦合有限元分析模型,计算了变压器直流偏磁前后铁心磁通密度分布和励磁电流,分析了麦克斯韦力和磁致伸缩力作用下不同直流偏磁时的铁心振动特征,定义了S变换相对能谱熵来描述变压器铁心振动随直流偏磁程度的变化规律。对某500 kV三相五柱式自耦变压器的仿真计算结果表明,随着直流电流增加,变压器铁心振动幅值增大,振动频谱分量增多,但随后呈现饱和趋势,且铁心心柱和旁柱振动信号的S变换相对能谱熵变化各异。研究结果可为变压器直流偏磁耐受能力评估提供重要依据。