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摘要：在±800KV直流输电换流站工作过程中，受各种因素的影响，其可能会出现直流偏磁现象，直流偏磁现象的产生会直接对±800KV直流输电换流站性能以及±800KV直流输电换流站可靠性造成影响，这对于整个供电系统正常工作的实现都是极为不利的，因此必须加强对其的重视，积极的采取措施对±800KV直流输电换流站直流偏磁进行抑制，提高±800KV直流输电换流站安全运行。
关键词：±800KV直流输电换流站；直流偏磁；抑制措施
直流输电系统中的入地电流在低阻性的交流网络中通过从而导致±800KV直流输电换流站铁芯磁化特性半周饱和，由此引发一系列不利影响，产生直流偏磁危害，严重威胁电力系统的安全运行。随着我国超高压直流输电系统的发展，直流输电入地电流引发的交流系统直流偏磁问题日益突出。
当前±800KV直流输电换流站中的直流偏磁治理往往是直流偏磁危害发生后才被动地采取抑制措施，其治理效果没有进行科学评估，对电网扩建也没有进行有针对的直流偏磁风险的评估和指导。
本文提出的交流电网主动防御直流偏磁体系，包括交流电网现阶段直流偏磁风险评估和治理以及电网扩建阶段的风险评估以及优化。通过优化布置交流电网内的直流偏磁抑制措施来实现对直流偏磁的主动防御，在新建线路、变电站选址阶段主动考虑直流偏磁风险，评估新建线路以及变电站带来的直流偏磁风险，指导线路和变电站的建设。
1.±800KV直流输电换流站直流偏磁的来源
只有了解了±800KV直流输电换流站直流偏磁的具体来源，并对其运行机理进行具体分析，才能有效地抑制大型±800KV直流输电换流站出现直流偏磁的现象，进而才能保证大型±800KV直流输电换流站的有效使用，确保其正常工作。现对±800KV直流输电换流站直流偏磁的来源进行有效分析，希望能为相关工作者提供一定的借鉴。
1.1直流输电产生的入地电流
在对电流进行长距离输送的过程中，如果使用直流输电技术，能够提升电力系统的运行效率，确保电力输送的稳定。由于直流输电技术其自身具有较强的优势，因此，其在我国备受青睐，并得到了广泛应用。与此同时，较大的入地电流会引起接地极周围变电站接地网地电位发生改变，在地电阻较大时，地位电位差是直流输电系统的入地电流进入交流电网中引起±800KV直流输电换流站出现直流偏磁的现象，进而会引起±800KV直流输电换流站的磁饱和，使±800KV直流输电换流站产生强大的振动和噪声污染，给人们的生活造成很大的影响。
1.2磁暴产生的地磁感应现象
±800KV直流输电换流站直流偏磁的另一个主要来源就是磁暴产生的地磁感应现象。太阳表面的黑子等物质会产生风能和射线流，这些生成物会共同对地球产生碰撞，从而出现磁暴，其中，以太阳风引起的地磁暴危害最大。在地磁暴影响下极电流会产生相应的磁场，而地球是一个导体，同时受到扰动的地磁场会与其形成可变磁场，进而使得±800KV直流输电换流站出现直流偏磁现象。
2.直流偏磁对±800KV直流输电换流站影响分析
2.1直流偏磁现象的会使得±800KV直流输电换流站噪声增大
当±800KV直流输电换流站出线偏磁现象后，整个±800KV直流输电换流站铁芯磁通会以饱和的状态所存在，这会在一定程度上使得±800KV直流输电换流站在运行过程中所产生的谐波分量得以增加，谐波分量的增加会使得磁滞伸缩以加剧，这是导致±800KV直流输电换流站噪声增大的最主要的原因之一。
2.2直流偏磁现象会增加±800KV直流输电换流站的损耗
当±800KV直流输电换流站出现直流偏磁现象后，会使得整个±800KV直流输电换流站励磁电流大幅增加，使±800KV直流输电换流站励磁电流饱和程度进一步增加，直接导致±800KV直流输电换流站绕组、铁心、油箱涡流损耗加剧，涡流损耗的增加不仅会对±800KV直流输电换流站的性能造成影响，还有可能使得±800KV直流输电换流站顶层油温升高，并致使变压器局部过热状况的，影响变压器油甚至变压器的使用寿命。
2.3直流偏磁现象会使得±800KV直流输电换流站的振动变大
直流偏磁的存在会是的±800KV直流输电换流站在运行过程中所需要的励磁电流产生畸变，这种畸变现象将会直接致使漏磁通的增加，而漏磁通的多少是决定绕组电动力的重要因素，换而言之漏磁通的增加将会使绕组电动力增加，致使±800KV直流输电换流站振动加剧。
2.4直流偏磁会诱发继电器误动作的发生
直流偏磁会使得±800KV直流输电换流站以交流系统的谐波源的状态所存在，当谐波源所产生的谐波流进入整个供电系统后就容易诱发系统电压出现波形畸变的状况，当继电保护器不能够对这种畸变的波形进行识别时就会产生误动作，这对于整个±800KV直流输电换流站正常工作的进行都是极为不利的。
2.5直流偏磁的存在会使得系统电压下降
直流偏磁现象的会使得±800KV直流输电换流站变压器的磁路饱和，一旦±800KV直流输电换流站变压器的磁路出现饱和，则其励磁电流就会增加，进而使得整个系统的无功消耗增加，无功消耗的增加将会使得无功补偿装置过载以及系统电压出现下降，这对于±800KV直流输电换流站作用的发挥有着一定的影响。
3.换流变编组方式的影响
特高压直流输电工程在建设前期，为尽快发挥经济效益，往往先将一极以单极大地方式投入运行。在双极运行一极故障或检修退出运行，或由于输送容量限制而采用双极不平衡方式运行时，均会有很大的入地直流电流。此时，在接地极附近大地三维方向将会形成一个恒定的直流电流场，导致极址附近地电位升高、出现跨步电压以及接触电势，对极址附近的接地变压器造成直流入侵，引起直流偏磁，造成一系列不良影响。由于±800kV换流站的换流变编组方式多，不同编组运行方式下的入地电流不同，所造成的直流偏磁程度不同。表1给出了±800kV换流站所有可能的运行方式，并列出各种运行方式下换流变压器投运数、输送容量以及入地电流，其中SN为换流站额定变电容量、IN为换流阀额定直流电流。
表1换流变压器编组运行方式
由表1可看出，换流变一共有8种编组运行方式，其中完整单极大地、1/2单极大地以及双极不平衡方式运行时均有较大的入地电流，而以双极不平衡方式运行时入地电流小于额定电流。
直流偏磁的分析计算方法
设定变压器铁心磁感应强度偏离原点Bb为维持系统工频电压正弦波形，铁心中磁感应强度瞬时值B（t）应为
根据磁化曲线B=f（H），计算得到H（t）为
得到励磁电流i（t）为
将i（t）进行傅里叶变换，即得到流过变压器绕组励磁电流的直流、工频和各次谐波分量。
4.目前治理直流偏磁的方法
4.1变压器中性点串电阻法
由于流过变压器直流电流的大小不但取决于中性点接地电位差，还取决于变压器中性点接地电阻、绕组和连接线路的等效电阻，因此，在中性点接地线上串联限流电阻，可以有效地抑制中性点的直流电流。1Ω电阻能使中性点电流下降60%，2Ω电阻就能将中性点电流限制在12A以下。随着电阻的增大，电流的抑制效果降低。该方法操作安装简单，造价低廉。但过大的电阻会降低±800KV直流输电换流站过电压能力和零序网络参数。优点：价格便宜，缺点：装设的限流电阻阻值必须足够大，只有这样才能满足限流的要求；限流电阻不能保证系统可靠接地，若在故障时用放电间隙将此电阻旁路，又会使系统接地阻抗不连续，使继电保护配置复杂化。
4.2变压器中性点串电容法
电容有“隔直（流）通交（流）”的作用。可以有效地消除流过变压器中性点的直流电流，而且不影响交流系统的接地及交流零序电流的正常流通。与反向电流注入法、中性点串电阻法相比，中性点串电容法能更为有效，更加彻底地抑制接地变压器中性点的直流电流，是现今受到推荐的技术方案，国网南网和大量发电企业均有大量应用。
4.3反向注入电流法（变压器中性点补偿电流法）
补偿电流法通过向变压器附近大地注入直流电流，使变压器中性点获得与流过变压器的直流相反方向的补偿电流，以抑制部分变压器直流电流，补偿电流的大小和方向由可控硅进行控制。优点：不改变变压器本体接线。缺点：需另外装设一个接地网，成本较高；不能完全抑制直流电流，通过调研试验反向注入的效率很低，只有20％左右的注入电流流入变压器中性点，抵消变压器中性点的直流，其它80％的注入电流不知去向，有可能对周围其它设备造成新的直流“污染”。
结论
直流偏磁现象与接地极周围的大地电阻、交流电网的构成和参数等情况有关，受换流站地区土壤电阻率分布不均匀度、数值高低，换流站交流出线回路数、周围电网结构等均可导致流入换流站变压器中性点直流电流差异很大，需要通过仿真及现场实测确定采用何种治理方案，目前采用的电容隔直以有效阻塞直流电流通路，具备较强的抗干扰能力，防止在系统扰动的情况下直接接地电容接地转换开关反复动作，高可靠性而在电网中得到广泛应用。
参考文献
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论文作者:吴文伟
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/10
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