随着高压直流输电(HVDC)技术在国内电网愈来愈多地应用,由于其输送容量大、输送距离远、调节迅速、运行灵活,HVDC在远距离大容量输电、区域电力系统互联中起到了十分积极的作用,但同时也带来了一些新问题。实际运行发现,当直流输电系统采用大地回路运行方式时,从大地中流过的巨大直流电流会对附近的交流系统产生影响,特别是会对接地极附近中性点直接接地变压器产生比较严重的直流偏磁,这不仅增加了变压器的无功消耗,影响变压器的正常运行,引起继电保护误动,而且引起的谐波大幅升高也会对其他电气设备产生较大影响,从而直接影响到变电站、发电厂的安全运行。随着我国高压直流输电工程的日益增多,直流输电工程单极投运时间和每年直流输电线路的检修造成的单极大地运行总时间也越来越长,而且直流输电系统大地回线运行方式作为故障应急方式,基本上不可避免,因此,由直流输电引起的变压器直流偏磁的相关研究在近几年越来越受到重视。
本文采用了场路结合的办法,将直流输电单极大地回路方式下地表电位(Earth Surface Potential,简称ESP)分布计算分为电网和地下两部分来计算；推导出了复镜像法在水平多层、垂直多层土壤模型上的计算公式;通过对海洋、山脉、湖泊、河流等地形单独存在时的仿真计算,分析了地形因素对接地极的接地性能和接地极附近的地表电位的影响；由于土壤结构对地表电位分布和流入变压器中性点直流电流影响很大,通过合理选择换流站站址的办法可减小直流接地极电流对交流电网的影响。
本文从变压器的理论模型出发,研究和分析了变压器在直流偏励磁情况下,励磁电流和谐波分量的变化情况；建立变压器的有限元模型,通过有限元仿真分析了变压器发生偏磁的机理；并提出了一种实用的方法来检验变压器耐受直流偏磁电流的能力。
本文设计了一种新型变压器中性点电容器隔直装置(Neutral DC Current Blocking Device,简称NCBD),与一般的电容器隔直装置相比,由于不需要额外的整流回路和晶闸管关断回路,主回路的拓扑结构得以大量简化,降低了装置的成本,同时该NCBD采用纯硬件的集成电路保护和微机保护的完全双重化冗余结构,提高了系统的可靠性和智能性。通过分析其拓扑结构和工作原理,讨论了装置的电容器保护和直流电流抑制能力。仿真结果、大电流试验以及装置在广东电网的应用,表明该NCBD能有效解决由直流输电单极大地回路运行方式下造成的接地变压器直流偏磁的问题。
