中低纬电网地磁感应电流及其评估方法研究

地磁感应电流(GIC)对电力系统的安全运行产生不利影响。本论文在国家自然科学基金项目(50677020特高压电网地磁感应电流评估模型和算法研究)的支持下,从实际测量和建模计算两个方面系统研究了中低纬电网GIC的特征和影响因素,提出了适合中低纬度电网的GIC评估方法,并对西北750kV规划电网的GIC水平进行了评估。主要研究内容如下: (1)通过对我国电网中发现的GIC影响事件和监测数据进行分析研究,发现我国虽然处于中低纬度但磁暴确实可在电网中产生较大幅度的GIC,可能对电网安全运行构成威胁。随着电网的发展和下一个太阳活动高峰期的来临,预测电网遭受GIC危害的风险将进一步增大,对我国电网GIC问题进行研究是必要和紧迫的。 (2)对多次磁暴发生时采集的变压器中性点直流监测数据和磁暴数据进行对比分析、相关分析和统计分析,首次获得了中低纬电网GIC的特点和规律。发现地磁场水平分量变化率、大地电性结构、电网结构与参数是电网GIC幅度的主要影响因素,并且随着中低纬地磁活动的减弱,大地与电网特性对GIC的影响更为显著。 (3)建立了均匀媒质和一维层状媒质中大地感应电磁场模型,提出了基于磁暴数据和大地电性结构参数的地面感应电场计算方法。以肇庆磁暴数据为依据计算了岭澳核电站变压器中的GIC,计算结果与实测数据符合较好,精度优于文献中高纬地区的计算结果,而且所需数据少,计算更简便。 (4)建立了基于GIC准直流特性的电网主要元件等效模型,提出了计算GIC的电网建模方法和简化方法,推导了便于计算的矩阵方程解法,在此基础上讨论了电网结构与参数对GIC水平的影响。计算了江苏500kV电网上河变电站的GIC,获得了与实测数据相吻合的计算结果。 (5)提出了应用分区大地电阻率模型和磁暴数据插值的方法消弱大规模电网GIC计算中因大地电导率和空间电流分布不均匀引起的误差。建立了2012年西北750kV电网GIC模型,给出了电网及变压器GIC水平评估结果,并对GIC可能对电网产生的影响进行了讨论。 (6)提出了电网GIC以及引发的谐波、无功变化、振动、噪声等次生现象的监测方法,开发了相应的测量装置,获得了国家发明专利。试验结果显示监测装置的功能与性能符合设计要求。目前已在多个变电站安装运行并组成了电网GIC监测系统。