高压直流电流测量装置的应用现状与研究进展

高压直流电流测量装置为高压直流输电系统的线路控制和保护提供输入信号。随着我国直流输电系统电压等级的不断升高,系统中的直流电流的测量已成为一个新课题。文章首先综述了已在国内外直流输电工程中运行的高压直流电流测量装置的结构和工作原理,指出各自存在的问题。然后介绍了我国在高压直流电流测量技术领域的研究进展,主要涵盖零磁通直流电流互感器、有源式直流电流互感器、全光纤式直流电流互感器、基于巨磁电阻效应的直流电流互感器和基于光纤光栅器件的直流电流互感器,希望能为未来高压直流电流测量装置的设计、实施与运行维护提供有益的参考。

直流电流处理对FT01钛合金组织与性能的影响

为提高FT01钛合金的强韧性,开展不同电流密度的直流电流处理对FT01钛合金微观组织与力学性能的影响研究。研究结果表明,采用直流电流处理,FT01钛合金试样的强度比采用常规固溶处理明显提高,对于不同电流密度的直流电流处理,FT01钛合金试样的强度较为接近。采用电流密度为11.34 A/mm^(2)的直流电流处理,FT01钛合金试样的延伸率比采用常规固溶处理提高7.28%。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、能谱仪等表征手段,发现直流电流处理使FT01钛合金试样快速升温,发生α→β相变,快速冷却后,β相组织无充足时间长大,使晶粒细化,由此提高强韧性。直流电流的热效应和非热效应会促进FT01钛合金中位错发生运动,进而促进元素扩散,降低相变温度,并使FT01钛合金的相变、晶粒尺寸、力学性能发生变化。通过研究确认,合理电流密度的直流电流处理可以使FT01钛合金的力学性能明显提高。

±500kV换流站直流电流互感器现场校准装置与技术

随着中国超高压直流输电工程大量建成并投入商运,作为关系到直流输电系统稳定、安全、可靠运行的关键测量设备之一的直流电流互感器,目前主要依赖进口,并且还比较缺乏自主的产品性能检测手段和设备,因此,目前无论在换流站的投运前,还是在运行检修时,对其进行性能考察都比较困难,或成本很高,从而导致了难以准确掌控和把握该类型直流测量设备真实的运行状况。所提的直流互感器现场校准用设备与技术,通过在实际直流工程现场进行实际应用,证明了其有效性和实用性,并在实际应用中取得了良好的效果。

计及直流电流暂态冲击的柔性直流输电系统改进卸荷保护方法

针对卸荷可能诱发半导体器件过流闭锁,威胁交直流混联电网安全稳定的问题,提出1种计及直流卸荷动作特性的基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统(MMC-HVDC)等值模型,推导了由换流站电容、直流线路和泄能电阻构成的二阶放电回路的电流时域解析式。通过分析故障换流站有功功率不同受限程度下直流电压的振荡特征及其影响因素,发现了相同故障持续时间下卸荷电流峰值与投切频率负相关,计算计及暂态冲击电流的卸荷投入门槛,进而提出了计及卸荷电流冲击的MMC-HVDC改进卸荷保护方法。算例表明,所提方法能有效抑制卸荷引发的暂态冲击电流,降低交流故障持续时间内卸荷投切频次,提高MMC-HVDC交流故障穿越的可靠性。

高压交流断路器直流电流开断试验技术研究

高压直流输电具有输送容量大、传输距离远、损耗低,以及更有效地连接可再生能源入网和便于灵活操作等多种优势,已成了人们最为关注的能源输送方式。直流系统使用直流转换开关可以获得多种功能和运行的灵活性,关系到输电系统的可靠性、可利用率、可维护性。直流转换开关中的开断装置一般由交流断路器代替,本文进行交流断路器的直流电流开断试验技术研究,通过试验验证断路器的直流开断能力和恢复电压承受能力。

交直流互联系统直流电流分布与多层土壤参数的关系

分层土壤参数是影响交直流互联系统直流电流分布的重要因素.将各层土壤的电阻率及厚度作为自变量,变压器中性点的直流电流作为因变量,利用二元函数的三维曲面及等值线来描述变压器中性点直流电流与各层土壤参数的关系;基于此,研究多层土壤参数同时变化时,交直流互联系统直流电流分布与地理位置的关系.结果表明:变压器中性点的直流电流分别与第1层土壤电阻率比厚度、第2层土壤电阻率乘厚度、第3层土壤电阻率比厚度相关;当第1层土壤电阻率取最小值、厚度取最大值,第2～4层土壤电阻率全部取最大值、厚度全部取最小值时,各站点变压器中性点的直流电流相对较大;距离接地极越远,不同站点变压器中性点的直流电流差距越小.

皮安纳安级直流电流高精度的校准方法

针对目前市场上采用无源适配器校准皮安纳安级直流电流存在精度不高、适用范围有限的问题,论文提出了一种精度高、适用范围广的校准方法,该方法通过研制皮安纳安级有源直流电流适配器和建立高值电阻电压精确提取模型,利用欧姆定律计算得到电流标准值。实验结果表明,该方法使用方便、简单,适用于绝大多数皮安纳安级直流输出,可满足市场上准确度较高的皮纳安级直流电流校准要求。

直流电流传感器的研究

通过对传感器样品的制作与试验过程及对实验结果进行分析，对如何利用霍尔元件制作直流电流传感器及提高传感器的测量稳定性。

现场校准用磁调制式直流电流比较仪磁屏蔽结构仿真研究与设计

直流电流互感器现场校准存在较强的电磁干扰和其他不确定的环境因素,因此现场校准用直流电流标准器不仅需要具有较高的测量准确度,还要具备较强的抗电磁干扰的能力。首先利用ANSYS软件对用于现场校准标准器的磁调制式直流电流比较仪磁屏蔽结构进行了建模仿真,分析了屏蔽层厚度、屏蔽材料的磁导率以及气隙对屏蔽效果的影响。根据仿真结果,完成了直流电流比较仪磁屏蔽结构的设计。其次,通过仿真分别分析了无磁屏蔽结构和有屏蔽结构条件下,母线偏心和邻近外导体所产生的干扰磁场对直流电流比较仪测量准确度的影响。最后,完成了额定参数为5 000 A:5 A的直流电流比较仪样机的研制,并通过测试验证了仿真设计的有效性,所研制的直流电流比较仪整体准确度达到0.005级的应用要求。

抑制变压器中性点直流电流的措施研究

为了抑制在直流输电系统单极大地回线运行方式下换流站接地极附近的中性点接地变压器上产生的直流分量,分别对3种抑制措施进行了研究:中性点串联电阻接地、交流输电线串联电容和中性点串联电容接地。结合岭澳和大亚湾核电站主变的具体情况,按实测的流过主变中性点直流电流结果建立了相应的大地电网计算模型,并对在变压器中性点串联电容的方法进行了深入的分析,还根据分析结果提出了有关设备的主要技术参数。研究结果表明:抑制流入变压器中性点直流电流的最优方法是在变压器中性点串联电容。

特/超高压直流输电系统单极运行下变压器中性点直流电流分布规律仿真分析

为揭示直流系统运行方式与变压器直流偏磁现象之间的内在联系,基于宜昌电网的实际参数和PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台,采用交流系统网络化建模的方法,建立了包含宜昌电网两条500 k V直流输电线路以及接地极临近区域220 k V交流变压器的直流偏磁电流分布仿真模型。对给定工况下变压器中性点直流电流的分布情况进行了仿真,并与现场实测的数据进行了对比验证,还分别对单接地极场景以及双接地极场景时各个特征变电站主变中性点直流电流分布情况进行仿真,揭示了变压器中性点电位差是决定其直流电流分布特征的根本原因。结果表明:所建立模型的误差在10%以下,具备复现系统实际运行情况的能力。分析结果能够为从系统运行角度抑制直流偏磁提供理论依据。

直流输电用零磁通直流电流互感器的研制

零磁通直流电流互感器被广泛应用于换流站中性线上直流电流的测量。为此,介绍了研制的1台3 000A/1V,50kV零磁通式直流电流互感器样机的工作原理、结构和性能指标。该直流电流互感器采用一对检测铁芯绕组作为一次和二次电流的安匝平衡检测器,由安匝平衡检测器控制的反馈功率放大器输出二次电流与一次电流达到磁势自平衡。设计的安匝不平衡造成误差约0.02%,且该分量对环境温度不敏感。分析认为主要的误差来源是位于控制室的负载电阻和放大电路。直流误差校准试验表明,该样机在额定持续热电流下的各点测量误差均<0.2%,在18kA下测量误差<0.3%。样机在短时电流试验和阶跃电流响应试验中表现出了良好的暂态性能。参考相关标准,样机通过了电磁兼容试验考核。该类型零磁通型直流电流互感器符合高压直流输电系统要求。

深层大地电阻率对交流电网直流电流分布的影响

深层大地电阻率过高可能导致直流输电入地电流在交流电网中大量分布,诱发变压器直流偏磁危害。有鉴于此,通过大地电磁法测量深层大地电阻率分布从而取得水平多层大地电阻率结构参数,再利用复镜像法计算直流输电入地电流在多层水平土壤中的电位和电流密度,以评估深层大地电阻率对交流电网直流电流分布的影响。结果表明,只要离开直流极超过3倍直流极尺寸区域,点源可以代替具体的直流极进行电场/电位分布的计算。如果要分析直流电流在交流电网中的分布,必须要按实际大范围的大地电阻率参数来进行分析。最后以湖北电网的直流电流分布仿真结果与变压器中性点直流电流测量为例说明准确的深层大地电阻率对正确计算交流电网直流电流分布的重要性。

考虑直流电流上升及交流电压下降速度的换相失败分析

针对目前换相失败研究仅考虑电压降低以及考虑直流电流变化理论研究的不足,在经典关断角表达式的基础上,考虑整流侧、逆变侧以及直流线路运行参数,建立了完整的换相失败分析数学模型。该模型计及了交流电压下降对直流电流上升的影响,将交流电压和直流电流解耦,得到关断角与换流母线电压的单一关系表达式,并在此基础上推导了导致换相失败的临界换相电压值和临界电压下降速度。同时,对故障后电压下降速度与故障严重程度和无功补偿容量之间的关系进行了理论推导,电压下降速度随故障严重程度呈非线性加速下降趋势,在前几个换相过程中电压下降幅值越大,换相失败发生的可能性越高。PSCAD/EMTDC算例仿真结果验证了所提方法的准确性。

土壤结构对流入变压器中性点直流电流的影响

当直流输电系统单极大地回路运行时,会在直流接地极附近的中性点接地变压器中流过较大直流电流,从而导致变压器直流偏磁等一系列后果。采用复合分层土壤结构模型,基于特定的计算模型,对直流接地极流入直流电流时引起的地中电流场分布和地电位分布进行计算,分析流入变压器中性点的直流电流。同时通过改变土壤结构模型参数,分析不同土壤结构配置下流入变压器中性点直流电流的变化。研究表明,土壤结构对流入变压器中性点的直流电流影响较大,因此在精确计算流入变压器中性点的直流电流时应考虑土壤情况的复杂性。研究结果为实际工程中直流接地极附近变电站选址提供理论参考。

考虑直流电流变化及交流故障发生时刻影响的HVDC换相失败分析方法

研究了交流系统三相对称故障造成的直流电流变化及故障时刻对HVDC换相失败的影响,由关断角减小到换相失败临界值,推出换相电压值的计算方法。该方法在经典计算方法的基础上,考虑了故障后直流电流的变化,推导了换相电压值与关断角的关系式;在此基础上进一步研究了故障时刻对临界换相电压值的影响,推导了故障时刻与临界换相电压值的关系式。对双极直流系统算例进行了相应的计算分析,并通过时域仿真验证了该分析结果的正确性。研究得出,计算临界换相电压值在计及故障造成的直流电流的变化和故障时刻的影响是不同的,该方法可有效提高理论分析临界换相电压值的计算精度,进一步说明故障后是否发生换相失败,与是否有足够的关断角或相应的反向换相电压时间面积相关。

±1000kV特高压直流电流互感器集肤效应分析及结构优化

直流输电作为一项成熟、可靠的大容量、远距离输电技术,在我国跨省、区联网工程中发挥了重要作用。随着±800 kV特高压直流输电工程的顺利开展和实施,更高电压等级的±1000 kV特高压直流输电技术的发展成为可能。直流电流互感器是用于直流输电系统电能计量、电量监测、电力系统控制与保护的重要装置。利用分流器测量直流大电流,结构简单,性能稳定可靠,但系统谐波电流引起集肤效应可能会对测量和保护产生影响。为推进特高压直流设备的国产化进程,更好地研究±1000 kV特高压直流电流互感器,首先对研制±1000 kV特高压直流电流互感器的必要性进行了讨论,对直流分流器集肤效应的影响进行了理论分析,同时,在依据±500 kV贵州一广州直流工程中直流分流器结构设计的基础上,对于±1000 kV特高压直流互感器分流器进行了选型、结构设计、性能及关键技术等方面的研究,根据得到的设计原则而设计的直流电流互感器满足准确度和相关特性的要求,该研究结果对研制±1000 kV特高压直流互感器具有指导作用,对于±1000 kV直流电网的建成具有重大意义。

基于串联电容法的变压器中性点直流电流抑制装置

潖江变1号变压器中性点直流电流抑制装置采用在变压器中性点串联电容器阻断直流电流的方案,且电容器并联了由快速开关、整流桥、大功率晶闸管、过电压触发单元、快速脱扣回路等组成的快速旁路系统。文章介绍了该装置的工作原理,叙述了贵广Ⅱ回直流试验期间该装置的动作情况,并讨论了主变中性点安装隔直装置对相邻变压器中性点的影响,试验及运行数据表明,装置能有效抑制变压器中性点直流电流。

考虑海洋影响的直流输电单极大地运行时变压器中性点直流电流研究

考虑海洋影响的直流输电单极大地运行时变压器中性点流过的直流电流与陆地土壤模型计算的结果有很大不同。海洋介质的面积大于陆地而电阻率远小于陆地土壤,它对附近大地电位的分布有影响,离海洋越近,陆地电位降得越快,进入海洋层后电位迅速降到零电位附近。根据500kV电网实际模型,考虑土壤模型和海洋影响后对直流电流的分布进行仿真比较表明,处于距离接地极较远的海边厂站变压器中性点会流过较大的直流电流。这是由于海洋造成电站电位降低,而导致进入交流电网中的直流电流较多地从低电位的厂站流出交流系统。仿真结果很好地解释了岭澳、大亚湾核电站变压器中性点流过较大直流电流的现象。

交流电网直流电流分布仿真软件的开发

为量化分析高压直流输电入地电流(简称直流电流)在交流电网内的分布,提出了直流分布的完整理论分析模型,实现了变电站地下网络的Thevenin等效;借助潮流计算数据取得交流电网的接线信息,开发了潮流计算接口,解决了现代大型交流电网接线运行方式的数据输入问题。运用随机模拟试验方法探讨交流电网直流分布的机理,分析了交流电网内的直流电流的分布规律:交流电网规模越大直流电流分布越广;杆塔-避雷线系统的存在会使交流电网直流电流分布密集;采用抑制措施后交流电网局部直流电流分布可能更加密集,但直流电流分布总量下降。仿真软件适用于大型交流电网直流电流分布的预测计算和抑制措施的仿真评估,可以为更好地分析、预报和抑制直流电流分布及其不良影响提供参考。