本發(fā)明涉及環(huán)保及直流輸電
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其是涉及一種直流偏磁影響評(píng)估范圍的確定方法。
背景技術(shù)：
：直流輸電系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)工作模式為雙極方式，直流電流通過(guò)正負(fù)兩極的輸電線構(gòu)成回路。但在系統(tǒng)調(diào)試、檢修或發(fā)生故障的情況下，高壓直流輸電會(huì)采用單極大地回路的運(yùn)行方式。單極大地回線運(yùn)行時(shí)地中電流場(chǎng)對(duì)電流流經(jīng)范圍環(huán)境會(huì)造成較大的影響。由于此時(shí)，巨大的直流電流經(jīng)直流接地極流入大地，并在較大范圍內(nèi)造成地電位的明顯變化。這種地電位的變化，對(duì)于同一地區(qū)的交流系統(tǒng)可能產(chǎn)生影響。例如，對(duì)于變壓器中性點(diǎn)接地的交流系統(tǒng)，將會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)處于不同直流電位的變電站經(jīng)輸電線路構(gòu)成回路，并有直流電流流到變壓器中性點(diǎn)和變壓器繞組。使得變壓器出現(xiàn)直流偏磁現(xiàn)象，變壓器直流偏磁會(huì)造成變壓器噪聲增大，振動(dòng)加劇等，還可能發(fā)生過(guò)熱以及交流電網(wǎng)的諧波畸變?cè)龃蟆＿@種直流單極運(yùn)行或經(jīng)大地運(yùn)行對(duì)交流系統(tǒng)的影響在嚴(yán)重時(shí)甚至可能造成一次設(shè)備的損壞或保護(hù)的誤動(dòng)，特殊情況下還可能對(duì)周圍的電子設(shè)備造成一定程度的干擾，長(zhǎng)期的直流影響還可能對(duì)周邊地埋設(shè)施造成損害。大量的直流工程建成后，越來(lái)越多的交流變壓器受到了直流偏磁影響，大家逐漸意識(shí)到了直流偏磁影響的嚴(yán)重，因此直流偏磁治理應(yīng)該作為一項(xiàng)全過(guò)程、常態(tài)化的工作進(jìn)行管理，從直流工程的設(shè)計(jì)選型，到地電流的日常監(jiān)測(cè)和運(yùn)維都需要開(kāi)展相關(guān)工作。因此，確定直流偏磁影響范圍、建立相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法、手段，是有效保障直流偏磁管理工作的手段。DL/T437-2012《高壓直流接地極技術(shù)導(dǎo)則》中規(guī)定了直流接地極在選址時(shí)應(yīng)進(jìn)行模擬計(jì)算，評(píng)估接地極電流引起的地電位升高對(duì)周邊有效接地的交流變壓器的影響，這些影響與變壓器所處的位置、電氣參數(shù)、系統(tǒng)接線和電網(wǎng)接線等有關(guān)，所以規(guī)范中未明確規(guī)定評(píng)估范圍。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問(wèn)題提供一種有效確定需要進(jìn)行直流偏磁影響評(píng)估的變電站、減小計(jì)算量、減少建模復(fù)雜性以及避免遺漏的直流偏磁影響評(píng)估范圍的確定方法。本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種直流偏磁影響評(píng)估范圍的確定方法，用于確定需要進(jìn)行直流偏磁影響評(píng)估的變電站，其特征在于，所述方法包括下列步驟：1)建立土壤模型和接地極模型；2)根據(jù)步驟1)中建立的土壤模型和接地極模型進(jìn)行地表電位分布計(jì)算；3)根據(jù)步驟2)中得到的地表電位分布，確定評(píng)估范圍半徑R；4)根據(jù)步驟3)中確定的評(píng)估范圍半徑R，確定需要進(jìn)行直流偏磁影響評(píng)估的變電站。所述地表電位分布計(jì)算的方法包括數(shù)值計(jì)算法或軟件模型計(jì)算法。所述數(shù)值計(jì)算法的具體步驟為：21)根據(jù)電磁場(chǎng)理論確定流入土壤中的電流與地表電位的關(guān)系，即：▿×E→=0]]>▿×J→=-∂ρv∂t]]>J→=σE→]]>其中，E為電場(chǎng)強(qiáng)度，J為電流密度，ρv為電荷密度，t為時(shí)間，σ為電導(dǎo)率；22)確定不同電導(dǎo)率土壤之間分界面滿足的邊界條件：Vi＝Vj1ρidVidt=1ρjdVjdt]]>其中，Vi、Vj為土壤分界處的電位，ρi、ρj為土壤電阻率；23)確定參考坐標(biāo)系為三維笛卡爾坐標(biāo)系，根據(jù)步驟21)的結(jié)果得到地表電位滿足的偏微分方程：∂∂x(σ∂V∂x)+∂∂y(σ∂V∂y)+∂∂z(σ∂V∂z)=f(x,y,z)]]>其中，V為土壤電位，f(x,y,z)為電流源在(x,y,z)處的貢獻(xiàn)的電位；24)根據(jù)步驟22)的結(jié)果確定第一類邊界條件和第二類邊界條件：第一類邊界條件：v|s1＝v0第二類邊界條件：其中，v0為邊界土壤電位，s1、s2為土壤邊界；25)根據(jù)步驟23)中的方程和步驟24)的邊界條件，結(jié)合步驟1)中建立的土壤模型和接地極模型，得到地表電位分布。所述步驟3)具體為：31)以接地極為圓心，取土壤電阻率最低的徑向方向求出地表電位分布的二階導(dǎo)數(shù)；32)在步驟31)中求出的地表電位分布的二階導(dǎo)數(shù)中，選取值ε作為評(píng)估范圍的邊界值；33)確定值ε所在位置點(diǎn)，計(jì)算該位置點(diǎn)與接地極之間的距離R，R即為評(píng)估范圍半徑。所述ε不大于0.005V/km2。所述步驟4)具體為：41)判斷變電站與接地極之間的距離是否小于R，若是則需要進(jìn)行直流偏磁影響評(píng)估，若否則進(jìn)入步驟42)；42)判斷變電站與接地極之間的距離是否等于R，若否則不需要進(jìn)行直流偏磁影響評(píng)估，若是則進(jìn)入步驟43)；43)判斷變電站的相連變電站是否滿足相連變電站評(píng)估條件，若是則需要進(jìn)行直流偏磁影響評(píng)估，若否則不需要進(jìn)行直流偏磁影響評(píng)估。所述相連變電站評(píng)估條件為：所有相連變電站與接地極之間的距離均不大于R且至少一個(gè)相連變電站與接地極之間的距離小于R。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：(1)通過(guò)本發(fā)明提出的直流偏磁影響評(píng)估范圍的確定方法，可以對(duì)接地極電流引起的直流偏磁影響范圍有個(gè)預(yù)先評(píng)估。(2)由于對(duì)引起的直流偏磁影響范圍有了預(yù)先評(píng)估，因而在接地極選址時(shí)，可以相對(duì)減少計(jì)算工作，減小計(jì)算量。(3)通過(guò)本發(fā)明提出的直流偏磁影響評(píng)估范圍的確定方法，可以有效地確定需要進(jìn)行直流偏磁影響評(píng)估的變電站，減少了建模的復(fù)雜性，提高了計(jì)算效率。(4)本發(fā)明中對(duì)評(píng)估范圍半徑進(jìn)行計(jì)算時(shí)，只需要計(jì)算出地表電位與地表電位的二階導(dǎo)數(shù)即可確定，不需要知道電網(wǎng)的具體接線，既減少了計(jì)算量又減小了計(jì)算的復(fù)雜程度。(5)本發(fā)明中除了考慮了在評(píng)估范圍半徑內(nèi)的變電站以外，還考慮了在評(píng)估范圍半徑邊界的變電站，避免出現(xiàn)遺漏，計(jì)算更加全面。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明實(shí)施例中接地極周圍地電位分布示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例中接地極沿土壤電阻率最小徑向方向地電位二階導(dǎo)數(shù)分布圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例中接地極周圍交流電網(wǎng)接線圖；圖4為本發(fā)明的方法流程圖；圖5為本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部變電站示意圖；圖6為本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)邊緣變電站示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。如圖4所示，本發(fā)明提供了一種直流偏磁影響評(píng)估范圍的確定方法，該方法通過(guò)計(jì)算接地極電流引起的周邊地電位分布，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)接地極周圍直流偏磁影響范圍的預(yù)估，指導(dǎo)接地極的選址和直流偏磁抑制工作開(kāi)展，該方法包括下列步驟：s1)建立接地極模型和土壤模型，使用數(shù)值計(jì)算方法計(jì)算接地極流入直流電流時(shí)，周圍地電位的分布，所述的地電位計(jì)算使用如下數(shù)值計(jì)算方法：根據(jù)電磁場(chǎng)理論，流入土壤中的電流與地表電位滿足恒定電流場(chǎng)方程，為：▿×E→=0---(1)]]>▿×J→=-∂ρv∂t---(2)]]>J→=σE→---(3)]]>其中，E為電場(chǎng)強(qiáng)度，J為電流密度，ρv為電荷密度，t為時(shí)間，σ為電導(dǎo)率；在不同電導(dǎo)率土壤之間的分界面滿足邊界條件為：Vi＝Vj(4)1ρidVidt=1ρjdVjdt---(5)]]>其中，Vi、Vj為土壤分界處的電位，ρi、ρj為土壤電阻率；若參考坐標(biāo)系取為三維笛卡爾坐標(biāo)系，則根據(jù)式(1)～式(3)可得到電位滿足的偏微分方程為：∂∂x(σ∂V∂x)+∂∂y(σ∂V∂y)+∂∂z(σ∂V∂z)=f(x,y,z)---(6)]]>其中，V為土壤電位，f(x,y,z)為電流源在(x,y,z)處的貢獻(xiàn)的電位；這個(gè)電流可以看作是穩(wěn)恒電流。雖然隨著時(shí)間的變化電流在流動(dòng)，但電荷的相對(duì)位置和密度是相同的，故可用靜電場(chǎng)來(lái)進(jìn)行比擬。根據(jù)唯一性定理，定義下列第一類邊界條件和第二類邊界條件分別為：v|s1＝v0(7)v|s2=v0∂v∂n|s2=0---(8)]]>其中，v0為邊界土壤電位，s1、s2為土壤邊界。據(jù)此可以確定此恒流場(chǎng)的唯一解。根據(jù)場(chǎng)方程和邊界條件，可根據(jù)實(shí)際問(wèn)題計(jì)算地表電位分布。另外也可以采用商業(yè)軟件模型對(duì)地表電位進(jìn)行計(jì)算。s2)以接地極為圓心，取土壤電阻率最低的徑向方向(偏磁影響范圍最廣)，求出地電位分布的二階導(dǎo)數(shù)，即每公里地電位差的導(dǎo)數(shù)；s3)地電位分布的二階導(dǎo)數(shù)應(yīng)是一個(gè)遞減函數(shù)，取某一個(gè)值ε(建議小于0.005V/km2，即對(duì)應(yīng)偏磁電流變化小于1A)作為評(píng)估范圍的邊界值，該點(diǎn)與接地極的距離即為評(píng)估范圍半徑R；s4)確定評(píng)估范圍內(nèi)需要進(jìn)行直流偏磁影響評(píng)估的變電站：a.對(duì)于處于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的變電站，如圖5所示，該站離接地極距離小于評(píng)估范圍半徑R，則應(yīng)進(jìn)行直流偏磁影響評(píng)估。b.對(duì)于處于網(wǎng)絡(luò)邊緣的變電站，如圖6所示，當(dāng)與其相連的變電站均在其靠近接地極的一側(cè)，且至少有一個(gè)變電站處于條件a確定的評(píng)估范圍內(nèi)，則在進(jìn)行直流偏磁影響評(píng)估時(shí)，也需要將該站納入考慮之列。以圖1所示的某接地極周圍計(jì)算所得的地電位分布圖為例，圖1中，X軸正方向?yàn)橥寥离娮杪首钚》较?，坐?biāo)原點(diǎn)(0，0)為直流電流注入點(diǎn)，按照下列步驟確定該接地極周圍直流偏磁影響范圍：步驟1：使用商業(yè)軟件CEDGS建立土壤模型，計(jì)算接地極周圍地電位分布；步驟2：取電阻率最低的徑向方向(X軸正方向)，求地電位分布的二階導(dǎo)數(shù)，即每公里地電位差的導(dǎo)數(shù)，得到圖2的曲線；步驟3：取ε為0.005V/km2，作為評(píng)估范圍的邊界值，圖2中對(duì)應(yīng)該點(diǎn)與接地極的距離為105km，即為評(píng)估范圍半徑R；步驟4：對(duì)于離接地極小于105km范圍內(nèi)的變電站，均為需要評(píng)估的變電站；對(duì)于105km以外的變電站，若滿足方法s4)中的條件b，則也作為需要評(píng)估的變電站，如圖3中的C站。表1顯示了本實(shí)施例中根據(jù)上述方法得到的評(píng)估范圍邊緣的交流變電站直流偏磁影響實(shí)測(cè)結(jié)果，所得結(jié)論與評(píng)估范圍確定條件設(shè)置一致，驗(yàn)證了本方法的準(zhǔn)確性。表1變電站距離與中性點(diǎn)直流實(shí)測(cè)結(jié)果(5000A)由于C站處在距接地極117km處，該處地電位差的導(dǎo)數(shù)約為0.0034V/km2，而C站約有兩個(gè)變電站與之相連(兩站均不在105km范圍內(nèi))，均在靠近接地極一側(cè)，徑向距離約9km左右，因此對(duì)其的直流電流貢獻(xiàn)應(yīng)該取和，考慮其2臺(tái)主變、線路為雙回路，則回路電阻約為單線單變的一半，估算C站的中性點(diǎn)電流約為0.0034×9×9÷0.25×2＝2.2A，所以單臺(tái)主變的中性點(diǎn)直流約為1.1A，與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合。若以105km作為評(píng)估邊界，則C站不在評(píng)估范圍內(nèi)，其實(shí)測(cè)偏磁電流不大，不需要進(jìn)行相關(guān)抑制措施。而A站由于和相鄰500kV變電站距離約為88km和78km，則電位差要大60-77倍左右，取中值約為68.5倍，回路電阻中線路直流電阻占了主要成分，總體回路電阻大約3倍，因此偏磁電流相較于C站，中性點(diǎn)直流電流約為68.5÷3＝22.8倍，加上B站對(duì)A站的偏磁電流貢獻(xiàn)(6.8km，約為0.4倍)，A站估算的偏磁電流約為C站的23倍左右，約25A，與實(shí)測(cè)電流也吻合。若取105km作為評(píng)估邊界，A站雖不在評(píng)估范圍內(nèi)，但與其相連的兩500kV站均在評(píng)估范圍內(nèi)，是步驟s4)中闡述的情況b，因此也需要評(píng)估。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3