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1 第 29 卷 第 3 期 电 网 技 术 Vol. 29 No 年 2 月 Power System Technology Feb 文 章 编 号 : (2005) 中 图 分 类 号 :TM721 文 献 标 识 码 : 学 科 代 码 : 直 流 输 电 系 统 接 地 极 电 流 对 交 流 电 网 的 影 响 分 析 王 明 新 1, 张 强 (1. 中 国 电 力 科 学 研 究 院, 北 京 市 海 淀 区 ;2. 国 家 电 网 公 司, 北 京 市 西 城 区 ) 2 NLYSIS ON INFLUENCE OF GROUND ELECTRODE CURRENT IN HVDC ON C POWER NETWORK WNG Ming-xin 1,ZHNG Qiang 2 (1.China Electric Power Research Institute,Haidian District,Beijing ,China; 2.State Grid Corporation of China,Xicheng District,Beijing ,China) BSTRCT: Based on the commissioning test results of the HVDC from Three Gorges hydro power station to Guangdong power network, the basic law of the influence of DC ground electrode current on C power network, in which multi-hvdc receiving ends exist, is analyzed. To reduce this influence, it is necessary to rationally arrange the operating mode of the HVDC, build reliable current channel, reduce the grounding resistance of ground electrode, rationally configure the grounding points and grounding modes of C transformers in C power network, etc. The concrete study items of these measures to be performed are presented. KEY WORDS: HVDC ; Grounding ; Current of ground electrode;c power system;bipolar DC power system 摘 要 : 基 于 三 广 直 流 输 电 系 统 ( 三 峡 广 东 高 压 直 流 输 电 工 程 ) 的 调 试 结 果, 分 析 了 有 多 个 直 流 系 统 落 点 的 交 流 电 网 中 直 流 接 地 极 电 流 对 交 流 电 网 影 响 的 基 本 规 律 提 出 为 减 小 直 流 接 地 极 电 流 对 交 流 电 网 的 影 响 应 合 理 安 排 直 流 系 统 的 运 行 方 式 ; 建 立 可 靠 的 电 流 通 道, 减 小 接 地 极 的 接 地 电 阻 或 建 立 专 门 线 路 ; 合 理 安 排 电 网 中 交 流 变 压 器 的 接 地 点 和 接 地 方 式 文 章 介 绍 了 实 施 上 述 措 施 需 进 行 的 具 体 研 究 工 作 关 键 词 : 直 流 输 电 系 统 ; 接 地 ; 接 地 极 电 流 ; 交 流 系 统 ; 双 极 直 流 系 统 1 引 言 自 高 压 直 流 输 电 出 现 以 来, 为 构 成 直 流 回 路 或 建 立 电 位 参 考 点 需 要 设 置 直 流 接 地 极 [1,2] 为 减 小 直 流 大 地 回 线 接 线 方 式 下 直 流 电 流 对 换 流 变 压 器 的 影 响, 通 常 需 要 将 直 流 接 地 极 引 到 换 流 站 几 十 公 里 外 ; 并 且 为 防 止 直 流 接 地 极 电 流 的 电 腐 蚀, 在 接 地 极 半 径 几 十 公 里 的 范 围 内 不 能 有 重 要 的 地 下 设 施 贵 州 天 生 桥 广 东 广 州 高 压 直 流 输 电 工 程 ( 以 下 简 称 天 广 直 流 ) 调 试 过 程 中, 由 于 接 地 极 和 [3] 交 / 直 流 并 联 输 电 系 统 等 多 种 因 素 的 作 用, 直 流 接 地 极 电 流 对 交 流 系 统 的 影 响 突 显 出 来 目 前, 我 国 一 个 电 网 内 有 多 条 直 流 输 电 线 路 进 出, 直 流 系 统 的 不 同 接 线 方 式 对 交 流 系 统 的 影 响 引 起 了 极 大 关 注 三 峡 广 东 高 压 直 流 输 电 工 程 ( 以 下 简 称 三 广 直 流 ) 调 试 过 程 中, 考 虑 到 单 极 大 地 回 线 运 行 方 式 下 接 地 极 电 流 对 附 近 交 流 变 压 器 运 行 的 影 响,2004 年 3 月 18 日, 南 方 电 网 公 司 广 电 集 团 公 司 大 亚 湾 核 电 运 营 管 理 有 限 责 任 公 司 和 三 广 直 流 调 试 指 挥 部 等 各 方 在 大 亚 湾 核 电 站 就 有 关 问 题 进 行 了 研 讨, 决 定 采 用 天 广 直 流 双 极 不 平 衡 运 行 方 式 以 产 生 反 向 接 地 极 入 地 电 流, 补 偿 三 广 直 流 单 极 大 地 运 行 方 式 接 地 极 电 流 对 岭 澳 核 电 主 变 运 行 的 影 响 ;3 月 19 日, 调 试 指 挥 部 制 定 了 三 广 直 流 极 1 大 地 回 线 大 负 荷 试 验 方 案, 并 提 交 有 关 各 方 讨 论 审 核 ;3 月 20 日 方 案 获 得 各 方 通 过, 当 日 在 国 调 中 心 和 南 方 调 度 中 心 的 支 持 和 配 合 下, 参 加 调 试 的 各 单 位 完 成 了 极 1 大 地 回 线 下 的 大 负 荷 试 验 通 过 此 次 试 验, 检 测 了 广 东 岭 澳 核 电 站 500kV 变 压 器 接 地 中 性 点 和 义 和 220kV 变 压 器 接 地 中 性 点 流 过 的 直 流 电 流, 掌 握 了 直 流 接 地 极 电 流 对 交 流 系 统 影 响 的 一 般 规 律, 为 研 究 解 决 此 问 题 奠 定 了 基 础 由 于 大 地 导 电 率 和 电 力 系 统 接 地 结 构 非 常 复 杂, 因 此 本 文 通 过 合 理 的 简 化 图 例 定 性 说 明 直 流 接 地 极 电 流 对 交 流 系 统 的 影 响, 结 合 三 广 直 流 系 统 的 调 试 结 果, 力 求 清 楚 地 描 述 其 影 响 规 律

2 10 Power System Technology Vol. 29 No.3 2 直 流 接 地 极 电 流 对 交 流 系 统 的 影 响 规 律 2.1 单 个 双 极 直 流 系 统 的 影 响 双 极 直 流 系 统 的 典 型 接 线 方 式 是 单 极 大 地 回 线 ( 见 图 1, 图 中 的 U G 表 示 接 地 极 电 压 ), 直 流 电 流 从 整 流 器 高 压 端 流 出, 通 过 直 流 线 路 送 到 逆 变 器, 从 逆 变 器 高 压 端 到 中 性 端, 再 经 大 地 回 到 整 流 器 中 性 端, 构 成 直 流 系 统 的 输 电 回 路 [4] 0 UG 整 流 器 逆 变 器 图 1 单 极 大 地 回 线 电 流 方 向 和 接 地 极 压 降 Fig.1 The current direction of the ground retune in monopole and the voltage of ground electrode 按 照 直 流 电 路 原 理, 两 个 换 流 站 接 地 极 之 间 必 然 存 在 电 位 差, 电 流 总 是 从 高 电 位 ( 逆 变 站 接 地 极 ) 流 向 低 电 位 ( 整 流 站 接 地 极 ) 在 两 端 电 场 作 用 下, 逆 变 器 的 入 地 电 流 通 过 无 数 条 通 道 流 向 整 流 器 在 研 究 直 流 输 电 系 统 接 地 极 附 近 大 地 中 的 电 场 时 要 考 虑 地 质 结 构 的 影 响 在 地 质 结 构 中, 地 壳 由 上 层 土 壤 层 和 中 层 原 始 岩 层 构 成, 其 中 岩 层 的 电 阻 率 较 高 ; 地 壳 以 下 的 下 层 包 括 地 幔 和 地 核, 具 有 良 好 的 导 电 性 能 在 接 地 极 附 近, 其 入 地 电 流 主 要 在 上 层 土 壤 层 中 流 动 ; 而 在 距 接 地 极 较 远 处, 入 地 电 流 将 逐 渐 转 入 导 电 性 能 良 好 的 地 球 下 层 流 动 通 常 将 无 穷 远 处 的 大 地 电 位 看 作 零 电 位, 接 地 极 总 是 存 在 一 定 的 接 地 电 阻, 接 地 极 电 流 通 过 接 地 电 阻 时 会 产 生 压 降, 使 接 地 极 电 位 升 高 [5,6] 在 上 层 土 壤 层 中, 这 个 高 电 位 随 着 与 接 地 极 距 离 越 来 越 远 而 逐 渐 下 降, 下 降 速 度 与 地 质 条 件 有 关, 土 壤 导 电 率 越 小 下 降 越 慢 在 接 地 电 阻 较 大 的 地 区 电 位 下 降 较 慢, 电 流 分 布 的 影 响 范 围 会 扩 大 交 流 电 网 中 存 在 不 同 的 电 压 等 级, 为 减 小 系 统 短 路 容 量 和 保 证 绝 缘 水 平, 一 些 交 流 变 压 器 应 采 用 Y 0 接 线 方 式 在 以 直 流 接 地 极 为 中 心 的 电 压 下 降 圈 内, 如 果 在 其 不 同 幅 值 的 地 点 有 交 流 系 统 相 同 电 压 等 级 的 多 台 交 流 变 压 器 中 性 点 接 地, 则 直 流 电 流 按 通 路 电 阻 小 电 流 大 的 原 则, 从 地 电 位 较 高 的 交 流 变 压 器 中 性 点 流 入, 从 地 电 位 较 低 的 交 流 变 压 器 中 性 点 流 出, 即 有 一 部 分 直 流 电 流 会 通 过 接 地 极 附 近 较 高 电 位 的 交 流 Y 0 接 线 变 压 器 中 性 点 流 入 变 压 器 的 三 相 绕 组, 再 通 过 与 其 相 连 的 交 流 线 路 进 入 电 网 内 地 电 位 较 低 的 交 流 Y 0 接 线 变 压 器 的 三 相 绕 组, 并 经 过 这 些 变 压 器 的 中 性 点 入 地 在 这 种 情 况 下, 直 流 电 流 会 在 变 压 器 中 产 生 直 流 磁 通, 发 生 直 流 偏 磁, 使 磁 化 曲 线 的 运 行 部 分 变 得 不 对 称, 加 大 铁 心 的 饱 和, 导 致 噪 音 增 大 和 变 压 器 铁 心 金 属 紧 固 件 等 的 发 热 增 加 [7] 此 外, 对 于 交 直 流 并 联 输 电 系 统 或 直 流 系 统 在 一 个 交 流 系 统 中 的 情 况, 直 流 电 流 从 逆 变 站 接 地 极 附 近 的 交 流 变 压 器 中 性 点 流 入 交 流 系 统, 从 整 流 站 接 地 极 附 近 的 交 流 变 压 器 中 性 点 流 出 交 流 系 统, 入 地 直 流 电 流 按 接 地 电 阻 与 交 流 回 路 并 联 的 阻 抗 成 反 比 的 原 则 分 配 以 上 分 析 是 以 双 极 直 流 输 电 系 统 的 正 极 大 地 回 线 运 行 情 况 为 基 础, 如 果 以 负 极 大 地 回 线 方 式 运 行, 则 进 入 变 压 器 中 性 点 的 直 流 电 流 的 流 向 和 接 地 极 上 压 降 的 极 性 都 相 反 一 个 双 极 直 流 输 电 系 统 在 双 极 平 衡 运 行 时, 正 负 极 的 回 流 相 互 抵 消, 接 地 极 线 流 过 的 电 流 为 零, 不 存 在 对 交 流 系 统 变 压 器 的 影 响 ; 当 某 一 极 大 地 回 线 运 行 或 双 极 不 平 衡 运 行 时, 接 地 极 将 流 过 电 流 : 正 极 电 流 大 时, 接 地 电 流 从 逆 变 器 中 性 端 经 大 地 流 到 整 流 器 中 性 端 ; 负 极 电 流 大 时, 接 地 电 流 从 整 流 器 中 性 端 经 大 地 流 到 逆 变 器 中 性 端 由 于 不 同 方 向 的 接 地 电 流 在 接 地 极 上 的 压 降 相 反, 因 此 流 入 交 流 系 统 的 电 流 也 相 反 2.2 两 个 双 极 直 流 系 统 的 影 响 目 前 国 内 外 电 力 系 统 的 研 究 很 少 涉 及 两 个 双 极 直 流 输 电 系 统 对 交 流 系 统 的 影 响, 三 广 直 流 工 程 调 试 中 利 用 两 个 实 际 双 极 直 流 系 统 进 行 接 地 极 电 流 影 响 的 试 验 在 世 界 尚 属 首 次 以 两 个 双 极 直 流 系 统 均 为 正 极 单 极 大 地 回 线 运 行 逆 变 站 接 地 极 电 流 流 入 电 网 为 例 ( 见 图 2), 直 流 电 流 均 为 从 接 地 极 流 出 时 压 降 为 正 图 中 以 理 想 的 地 电 位 剖 面 ( 实 线 1 和 实 线 2) 表 示 两 条 直 流 输 电 线 (TG 和 JC) 的 接 地 极 压 降, 它 们 在 逆 变 电 网 中 分 布 的 各 点 上 相 叠 加 ( 虚 线 3) 0 U G TG JG B 图 2 两 个 双 极 直 流 接 地 极 电 流 对 逆 变 侧 电 网 的 影 响 Fig.2 Influence of the current on the ground electrode in two bipolar HVDC on power network at the inverter side C

3 第 29 卷 第 3 期 电 网 技 术 11 假 设 电 网 中 处 于 同 一 交 流 电 压 等 级 的 B C 3 个 变 电 站 具 有 中 性 点 接 地 变 压 器, 由 图 2 可 见, 站 距 TG 的 接 地 极 较 近, 处 于 较 高 的 地 电 位 U G ; B 站 距 JC 的 接 地 极 较 近, 距 TG 的 接 地 极 较 远, 地 电 位 U GB 处 于 中 间 ;C 站 距 两 个 接 地 极 都 较 远, 地 电 位 U GC 最 低, 因 此, 接 地 电 位 差 U GC 最 大,U GB 最 小 在 不 同 电 位 差 的 作 用 下,TG 直 流 的 部 分 接 地 极 电 流 从 站 流 入 交 流 系 统, 从 B 站 和 C 站 流 出 ; JC 直 流 的 部 分 接 地 极 电 流 从 B 站 流 入 交 流 系 统, 从 C 站 流 出 这 样, 两 个 直 流 系 统 相 同 极 性 的 极 在 交 流 系 统 B 站 的 作 用 相 反, 在 C 站 的 作 用 相 同 ; 作 用 的 大 小 与 输 入 输 出 接 地 点 间 的 电 位 差 成 正 比, 与 它 们 之 间 交 流 网 络 的 等 值 电 阻 成 反 比 由 于 不 同 极 性 的 直 流 对 接 地 极 的 作 用 相 反, 因 此 两 条 直 流 输 电 线 使 用 不 同 极 性 的 极 运 行 时 对 交 流 系 统 的 影 响 也 不 同, 例 如 TG 直 流 采 用 负 极 性 JC 直 流 采 用 正 极 性 时 对 交 流 系 统 B 站 的 作 用 相 同, 对 C 站 的 作 用 相 反 2.3 多 个 双 极 直 流 系 统 接 地 极 影 响 的 一 般 规 律 以 上 分 析 是 在 理 想 条 件 下 的 定 性 分 析, 通 过 三 广 直 流 系 统 调 试 已 得 到 了 证 明, 从 而 可 得 出 多 个 直 流 系 统 接 地 极 电 流 对 交 流 系 统 影 响 的 一 般 规 律 : (1) 直 流 双 极 平 衡 或 单 极 金 属 回 线 稳 态 运 行 时 没 有 接 地 极 电 流, 对 交 流 系 统 没 有 影 响 (2) 直 流 接 地 极 电 流 在 接 地 极 附 近 产 生 的 向 四 周 扩 散 的 压 降 随 土 壤 导 电 率 变 化, 导 电 率 越 高 下 降 越 快 交 流 系 统 各 点 的 接 地 电 位 是 每 个 直 流 系 统 接 地 极 压 降 在 该 点 的 代 数 和 (3) 同 一 双 极 直 流 系 统 不 同 极 性 的 单 极 接 地 极 电 流 对 交 流 系 统 中 任 一 地 点 的 中 性 点 接 地 电 流 的 作 用 相 反 (4) 如 果 交 流 系 统 有 多 个 接 地 点, 则 最 靠 近 逆 变 站 接 地 极 的 交 流 变 压 器 中 性 点 接 地 电 流 在 直 流 为 正 极 ( 负 极 ) 性 时 流 入 ( 流 出 ); 距 逆 变 站 接 地 极 较 远 的 交 流 变 压 器 中 性 点 接 地 电 流 在 直 流 为 正 极 ( 负 极 ) 性 时 流 出 ( 流 入 ) 靠 近 和 远 离 整 流 站 接 地 极 的 交 流 变 压 器 中 性 点 的 电 流 方 向 可 类 推 (5) 在 交 流 电 网 结 构 一 定 的 条 件 下, 每 个 双 极 直 流 对 网 内 任 何 接 地 点 电 流 的 影 响 率 近 似 为 一 条 直 线 ; 接 地 直 流 电 流 值 与 输 入 输 出 接 地 点 的 电 位 差 成 正 比, 与 交 流 电 网 的 等 值 连 接 电 阻 成 反 比 (6) 交 流 电 网 中 任 何 变 压 器 的 中 性 点 接 地 电 流 的 直 流 分 量 ( 不 计 交 流 系 统 中 原 有 的 直 流 分 量 ) 是 所 有 网 内 直 流 换 流 站 接 地 极 电 流 对 其 影 响 的 代 数 和 (7) 改 变 交 流 系 统 变 压 器 的 接 地 方 式 或 交 流 系 统 的 结 构 将 改 变 变 压 器 接 地 直 流 电 流 的 幅 值, 实 际 值 需 根 据 现 场 测 量 确 定 3 直 流 系 统 接 地 极 电 流 对 广 东 电 网 的 影 响 将 接 地 极 电 流 对 广 东 电 网 影 响 的 试 验 分 析 列 于 不 同 的 表 中, 具 体 情 况 如 下 : (1) 天 广 直 流 双 极 平 衡 运 行 三 广 直 流 极 1 大 地 回 线 下 输 送 不 同 直 流 功 率 时, 直 流 的 接 地 极 电 流 从 附 近 的 广 东 惠 州 鹅 城 换 流 站 横 沥 站 等 变 电 站 中 性 点 接 地 的 交 流 变 压 器 流 入 500kV 系 统, 从 广 东 东 莞 义 和 等 主 变 中 性 点 流 入 220kV 系 统 ; 从 岭 澳 核 电 站 中 性 点 接 地 的 500kV 系 统 交 流 变 压 器 流 出, 直 流 电 流 值 见 表 1( 假 设 流 入 交 流 系 统 为 负, 流 出 为 正 ) 表 1 三 广 直 流 接 地 极 电 流 对 广 东 电 网 影 响 的 试 验 数 据 Tab.1 Data of test for the influence of the current on the ground electrode in 3GG HVDC on Guangdong power grid 三 广 直 流 极 1( 正 极 岭 澳 1 号 主 岭 澳 2 号 主 义 和 1 号 主 天 广 直 流 性 ) 大 地 回 线 输 送 变 中 性 点 直 变 中 性 点 直 变 中 性 点 直 运 行 方 式 功 率 /(MW/ ) 流 电 流 / 流 电 流 / 流 电 流 / 双 极 平 衡 340/ 双 极 平 衡 440/ 双 极 平 衡 540/ 双 极 平 衡 600/ 由 表 1 结 果 可 得 出, 当 天 广 直 流 系 统 双 极 平 衡 运 行 时, 仅 考 虑 三 广 直 流 系 统 输 送 功 率 的 变 化 对 岭 澳 变 压 器 中 性 点 直 流 电 流 的 影 响, 其 中 性 点 直 流 电 流 与 三 广 直 流 系 统 输 送 电 流 的 比 例 系 数 分 别 为 和 0.011; 而 义 和 中 性 点 直 流 电 流 与 三 广 直 流 系 统 输 送 功 率 的 比 例 系 数 为 0.012, 符 合 第 二 节 的 分 析 规 律 (2) 三 广 直 流 金 属 回 线 运 行 时, 天 广 直 流 极 1( 负 极 ) 功 率 为 600MW, 极 2( 正 极 ) 为 300MW, 因 此 天 广 直 流 负 极 的 300MW 功 率 流 经 接 地 极, 电 流 从 远 方 大 地 经 岭 澳 主 变 等 500kV 变 电 站 和 义 和 等 220kV 变 电 站 流 入 交 流 系 统, 再 经 接 地 极 附 近 的 北 郊 罗 洞 等 500kV 和 220kV 主 变 中 性 点 流 出, 在 接 地 极 电 势 的 作 用 下 进 入 接 地 极, 直 流 电 流 值 见 表 2

4 12 Power System Technology Vol. 29 No.3 表 2 天 广 直 流 接 地 极 电 流 对 广 东 电 网 影 响 的 试 验 数 据 Tab.2 Data of test for the influence of the current on the ground electrode in T-G HVDC on Guangdong power grid 三 广 直 流 运 行 方 式 金 属 回 线 天 广 直 流 输 送 功 率 /MW 极 1( 负 极 性 ):600 极 2( 正 极 性 ):300 岭 澳 1 号 主 变 中 性 点 直 流 电 流 / 岭 澳 2 号 主 变 中 性 点 直 流 电 流 / 义 和 1 号 主 变 中 性 点 直 流 电 流 / 由 表 2 结 果 可 得 出, 天 广 直 流 输 电 系 统 输 送 电 流 对 岭 澳 核 电 和 义 和 主 变 中 性 点 直 流 电 流 的 影 响 系 数 分 别 为 和 0.003, 虽 然 这 组 数 据 仅 从 一 组 测 量 数 据 得 出, 存 在 较 大 误 差, 但 仍 能 说 明 流 入 天 广 直 流 输 电 系 统 接 地 极 电 流 的 变 压 器 ( 图 2 中 的 站 ) 与 岭 澳 核 电 站 ( 图 2 中 的 C 站 ) 的 电 气 距 离 较 远, 连 接 电 阻 较 大, 与 义 和 ( 图 2 中 的 B 站 ) 中 性 点 的 地 电 位 差 较 小, 这 也 符 合 第 二 节 的 分 析 规 律 此 外, 两 个 直 流 系 统 没 有 接 地 极 电 流 时 交 流 变 压 器 中 性 点 直 流 电 流 基 本 为 零 (3) 利 用 天 广 直 流 双 极 不 平 衡 运 行 的 补 偿 作 用, 三 广 直 流 极 1( 正 极 ) 大 地 回 线 下 输 送 不 同 直 流 功 率 时, 岭 澳 和 义 和 主 变 中 性 点 直 流 电 流 值 见 表 3 表 3 两 个 直 流 系 统 接 地 极 电 流 对 广 东 电 网 影 响 的 试 验 数 据 Tab.3 Data of test for the influence of the current on the ground electrode in two bipolar HVDC on Guangdong power grid 天 广 直 流 双 极 运 行 方 式 极 1( 负 极 性 )/MW 回 线 输 送 功 率 极 2( 正 极 性 )/MW 极 1:300 极 2:100 极 1:600 极 2:300 极 1:600 极 2:300 极 1:600 极 2:300 三 广 直 流 极 1 ( 正 极 性 ) 大 地 MW/ 岭 澳 1 号 主 变 中 性 点 直 流 电 流 岭 澳 2 号 主 变 中 性 点 直 流 电 流 义 和 主 变 中 性 点 直 流 电 流 340/ / / / / / / / / / 号 主 变 : 16 2 号 主 变 : 未 投 1 号 主 变 : 号 主 变 : 未 投 1 号 主 变 : 号 主 变 : 号 主 变 : 号 主 变 : 号 主 变 : 号 主 变 : 号 主 变 : 21.7 由 表 3 结 果 可 见 : 1) 天 广 和 三 广 直 流 按 不 同 极 性 不 平 衡 方 式 运 行 时, 对 岭 澳 等 主 变 中 性 点 直 流 电 流 的 补 偿 作 用 能 有 效 抑 制 岭 澳 等 变 压 器 的 中 性 点 直 流 电 流 利 用 这 一 作 用 完 成 了 三 广 直 流 带 额 定 负 荷 大 地 / 金 属 回 线 转 换 等 试 验 项 目 将 表 3 中 第 一 行 结 果 与 表 1 三 广 直 流 极 1 输 送 相 同 负 荷 的 值 比 较, 可 得 出 天 广 直 流 负 极 对 广 东 岭 澳 电 厂 影 响 的 修 正 系 数, 岭 澳 1 号 变 为 岭 澳 2 号 变 为 0.013, 抵 消 了 三 广 直 流 正 极 的 作 用 通 过 全 部 数 据 的 平 均 计 算 得 出 两 个 直 流 接 地 极 电 流 对 岭 澳 1 号 变 压 器 中 性 点 电 流 的 影 响 系 数 均 为 ) 需 要 指 出 的 是, 天 广 和 三 广 直 流 按 不 同 极 性 不 平 衡 方 式 运 行 时 对 三 广 直 流 接 地 极 附 近 的 义 和 变 电 站 主 变 都 具 有 增 大 变 压 器 中 性 点 直 流 电 流 的 作 用 义 和 变 电 站 一 台 220kV 主 变 接 地 时 的 接 地 电 流 是 两 台 220kV 主 变 接 地 时 的 2 倍 通 过 全 部 数 据 平 均 计 算 得 出 两 个 直 流 接 地 极 电 流 对 义 和 变 电 站 变 压 器 中 性 点 电 流 的 影 响 系 数 三 广 为 (0.006), 天 广 为 0.003(0.0015) 3 ) 由 试 验 数 据 得 出 的 影 响 系 数 可 见 : 义 和 变 电 站 220kV 主 变 接 地 变 化 时 不 仅 直 接 影 响 本 站, 也 会 影 响 岭 澳 核 电 站, 说 明 电 网 结 构 变 化 对 直 流 接 地 极 电 流 有 影 响 4 拟 采 用 的 减 小 接 地 极 电 流 影 响 的 措 施 研 究 为 减 小 直 流 接 地 极 电 流 的 影 响, 首 先 要 从 源 头 解 决 ( 堵 措 施 ), 合 理 安 排 直 流 系 统 运 行 方 式, 减 少 单 极 大 地 回 线 接 线 方 式, 或 设 计 避 免 直 流 电 流 入 地 的 接 线 方 式 ; 其 次, 建 立 可 靠 的 电 流 通 道 ( 疏 导 措 施 ), 减 小 接 地 极 的 接 地 电 阻 或 建 立 专 门 线 路 ; 合 理 安 排 电 网 中 交 流 变 压 器 的 接 地 点 和 接 地 方 式 ( 隔 离 措 施 ) 也 可 减 小 直 流 接 地 极 电 流 的 影 响, 但 大 地 的 地 质 构 造 和 电 网 的 物 理 结 构 比 较 复 杂, 在 交 流 变 压 器 中 性 点 采 取 措 施 时 需 注 意 系 统 故 障 产 生 的 过 电 压 和 过 电 流 对 相 关 装 置 的 影 响 对 这 些 措 施 需 进 行 以 下 研 究 : (1) 深 层 接 地 极 设 计 为 使 直 流 接 地 极 电 流 尽 快 进 入 地 球 深 处 的 导 电 层, 减 小 地 表 压 降 对 交 流 电 网 的 影 响, 需 研 究 深 层 接 地 极 基 本 设 想 是 : 直 流 接 地 极 穿 透 地 壳 上 层 土 壤 层 和 中 层 原 始 岩 层, 安 放 在 地 壳 深 层 ( 包

5 第 29 卷 第 3 期 电 网 技 术 13 括 地 幔 和 地 核 ) 具 有 良 好 导 电 性 能 的 地 层 中 这 需 要 研 究 : 1) 地 质 情 况 选 择 接 地 极 址 需 调 查 地 质 情 况, 包 括 各 地 层 的 厚 度 导 电 率, 寻 找 接 地 极 电 阻 小 具 有 良 好 导 电 地 质 条 件 的 地 点 2) 接 地 极 材 料 接 地 极 使 用 的 材 料 应 具 有 良 好 的 导 电 特 性, 并 有 较 强 的 耐 受 电 腐 蚀 特 性 ; 此 外, 在 土 壤 层 接 地 极 导 体 周 围 需 要 非 导 电 的 绝 缘 物 质, 而 在 岩 石 下 的 导 电 层 的 接 地 极 导 体 周 围 需 要 耐 腐 蚀 的 导 电 物 质 3) 接 地 极 结 构 根 据 直 流 接 地 极 电 流 的 大 小 和 接 地 极 址 的 地 质 情 况 确 定 电 极 数 量 长 度 导 体 截 面 积 及 绝 缘 和 防 腐 蚀 等 措 施 [8] 如 有 必 要, 接 地 极 也 应 便 于 散 热 通 气 及 更 换 4) 接 地 极 效 果 检 验 以 上 研 究 的 每 一 步 均 需 试 验 检 验, 获 得 必 要 的 数 据 但 接 地 极 影 响 的 复 杂 性 决 定 最 终 要 通 过 实 际 直 流 系 统 的 使 用 证 明 其 效 果 [9] (2) 直 流 接 地 极 的 接 地 方 式 以 往 直 流 系 统 采 用 的 接 地 极 除 了 大 地 接 地 极 外, 还 有 海 水 方 式 接 地 极 由 于 我 国 的 直 流 输 电 受 端 交 流 系 统 都 处 于 经 济 发 达 地 区, 人 口 稠 密, 寻 找 半 径 几 十 公 里 范 围 内 没 有 交 流 变 电 站 或 重 要 设 施 的 极 址 十 分 困 难, 因 此 需 要 研 究 新 的 直 流 系 统 接 地 极 方 式 1) 受 端 接 地 极 随 直 流 架 空 线 路 避 雷 线 返 回 到 适 当 地 点 再 接 地 根 据 美 加 多 端 直 流 的 经 验, 美 国 波 士 敦 附 近 Sandy Pond 逆 变 站 是 通 过 直 流 架 空 线 在 加 拿 大 魁 北 克 省 Des Cantons 换 流 站 的 接 地 极 入 地, 这 提 供 了 一 种 可 行 的 接 地 方 式 这 种 方 式 的 优 点 主 要 有 : 可 沿 直 流 线 路 寻 找 合 适 的 入 地 点, 避 免 对 各 种 地 下 设 施 造 成 腐 蚀 该 方 式 存 在 的 问 题 是 : 仍 需 专 门 设 计 的 接 地 极, 因 此 还 存 在 直 流 接 地 影 响 的 问 题 ; 此 外 还 需 特 别 设 计 所 利 用 的 避 雷 线 和 直 流 杆 塔 因 此, 需 要 研 究 用 于 接 地 极 引 线 的 避 雷 线 杆 塔 承 重 和 放 电 间 隙 等, 并 进 行 经 济 比 较 2) 利 用 直 流 架 空 线 路 的 避 雷 线 作 为 直 流 系 统 回 线 受 方 式 1) 的 启 发, 如 果 将 直 流 架 空 线 的 避 雷 线 作 为 两 端 中 性 母 线 间 的 连 接 线, 相 当 于 增 加 一 条 线 路, 其 优 点 主 要 有 : 可 取 消 两 端 换 流 站 的 接 地 极 ; 在 一 极 故 障 停 运 时, 可 为 运 行 极 提 供 电 流 通 道 ; 与 单 极 金 属 回 线 并 联 使 用 可 相 应 地 减 小 损 耗 存 在 的 问 题 是 : 直 流 线 路 造 价 增 加, 甚 至 造 成 线 路 一 次 投 资 超 过 交 流 线 路 进 行 经 济 比 较 时 需 考 虑 电 网 整 体 改 造 (3) 直 流 系 统 运 行 方 式 限 制 为 减 小 直 流 接 地 极 电 流 的 影 响, 必 须 限 制 直 流 输 电 系 统 的 运 行 方 式, 以 三 广 线 为 例, 根 据 三 广 直 流 输 电 工 程 系 统 的 调 试 结 果, 直 流 系 统 运 行 方 式 安 排 如 下 : 1) 方 式 安 排 直 流 单 极 和 双 极 的 正 向 ( 江 陵 送 鹅 城 ) 输 送 容 量 均 可 达 到 额 定 容 量, 即 单 极 为 1500 MW, 双 极 为 3000MW ; 反 向 ( 鹅 城 送 江 陵 ) 输 送 容 量 暂 按 750MW 考 虑 通 常 情 况 下 采 用 双 极 运 行 方 式 ; 如 需 采 用 单 极 运 行, 宜 按 单 极 金 属 回 线 方 式 运 行 ; 如 需 采 用 单 极 大 地 回 线 方 式 运 行, 则 输 送 功 率 应 小 于 400MW 单 极 金 属 回 线 可 采 用 功 率 控 制 或 电 流 控 制 ; 双 极 采 用 平 衡 运 行 方 式, 两 极 均 为 双 极 功 率 控 制 单 极 金 属 回 线 的 电 压 控 制 可 采 用 70%~100% 的 水 平 ; 双 极 电 压 控 制 两 极 采 用 相 同 的 电 压 水 平 采 用 自 动 无 功 功 率 控 制 方 式 2) 关 于 双 极 大 负 荷 送 电 时 的 安 全 措 施 在 双 极 带 额 定 负 荷 3000 MW 运 行 期 间, 如 果 发 生 单 极 闭 锁 故 障, 由 国 调 通 知 南 方 调 度 中 心 后, 确 定 直 流 系 统 是 否 具 备 大 地 回 线 转 为 金 属 回 线 的 操 作 条 件 如 具 备 条 件 则 由 国 调 下 令 进 行 大 地 回 线 转 为 金 属 回 线 的 操 作 ; 如 转 换 不 成 功 或 不 具 备 条 件 则 由 国 调 下 令 将 直 流 功 率 下 降 至 400 MW, 下 降 速 率 为 100 MW/min 双 极 运 行 时, 若 一 极 因 故 降 压 不 能 立 即 恢 复, 则 另 一 极 也 按 相 同 的 降 压 水 平 降 压 两 端 由 于 通 信 故 障 等 因 素 造 成 两 极 不 能 平 衡 运 行 或 进 行 功 率 变 化 时, 需 分 别 调 整 两 极 的 功 率 ( 电 流 ) 或 电 压, 保 持 流 过 接 地 极 的 电 流 小 于 800 [10] (4) 抑 制 流 过 交 流 变 压 器 中 性 点 直 流 电 流 的 设 备 除 以 上 措 施 外, 需 通 过 计 算 研 究 合 理 安 排 交 流 系 统 500kV 220kV 变 压 器 的 接 地 点 为 减 小 直 流 电 流 的 影 响, 需 研 究 接 地 方 式 和 相 应 的 保 护 装 置, 以 岭 澳 和 大 亚 湾 核 电 站 变 压 器 为 例 : 1) 措 施 的 研 究 收 集 相 关 资 料 ; 计 算 分 析 天 广 和 三 广 直 流 系 统 不 同 运 行 方 式 对 流 过 岭 澳 和 大 亚 湾 核 电 站 变 压 器 中 性 点 直 流 电 流 数 值 的 影 响 研 究 抑 制 流 过 岭 澳 和 大 亚 湾 核 电 站 变 压 器 中 性 点 直 流 电 流 的 措 施 变 压 器 中 性 点 可 采 取 串 入 小 电 阻 变 压 器 中 性 点 串 入 电 容 器 相 关 高 压 输 电 线 路 加 装 串 补 电 容 等 抑 制 措 施, 研 究 对 岭 澳 和 大 亚 湾 核 电 站 变 压 器 中 性 点 绝 缘 水 平 和 继 电 保 护 措 施 的 影

6 14 Power System Technology Vol. 29 No.3 响 ; 提 出 抑 制 流 过 岭 澳 和 大 亚 湾 核 电 站 变 压 器 中 性 点 直 流 电 流 的 最 优 方 法 ; 提 出 抑 制 流 过 岭 澳 和 大 亚 湾 核 电 站 变 压 器 中 性 点 直 流 电 流 装 置 的 技 术 参 数 2) 设 备 的 研 制 研 制 抑 制 流 过 岭 澳 和 大 亚 湾 核 电 站 变 压 器 中 性 点 直 流 电 流 装 置 的 样 机 ; 在 实 验 室 完 成 相 应 的 模 拟 试 验 ; 在 岭 澳 和 大 亚 湾 核 电 站 进 行 现 场 试 验, 检 测 实 际 效 果 ; 对 相 关 参 数 进 行 必 要 的 修 正 和 完 善 3) 安 装 调 试 生 产 抑 制 流 过 岭 澳 和 大 亚 湾 核 电 站 变 压 器 中 性 点 直 流 电 流 的 装 置 ; 在 岭 澳 和 大 亚 湾 核 电 站 进 行 现 场 安 装 调 试 5 结 束 语 随 着 中 国 直 流 输 电 技 术 的 高 速 发 展, 一 个 受 端 交 流 电 网 将 有 多 个 直 流 落 点, 直 流 接 地 极 电 流 的 影 响 成 为 不 可 回 避 的 问 题 本 文 分 析 的 直 流 接 地 极 电 流 对 交 流 系 统 影 响 的 基 本 规 律 得 到 了 三 广 直 流 系 统 调 试 的 相 关 试 验 数 据 的 证 明 ; 提 出 的 增 加 直 流 地 回 线 取 消 专 门 接 地 极 的 措 施 对 彻 底 解 决 该 问 题 将 有 所 帮 助 业 内 人 士 正 在 研 究 各 种 减 小 直 流 接 地 极 影 响 的 措 施 参 考 文 献 [1] 浙 江 大 学 直 流 输 电 编 写 组. 直 流 输 电 [M]. 北 京 : 中 国 电 力 出 版 社, [2] 赵 畹 君. 高 压 直 流 输 电 工 程 技 术 [M]. 北 京 : 中 国 电 力 出 版 社,2004. [3] 毛 晓 明, 吴 小 辰. 南 方 交 直 流 并 联 电 网 运 行 问 题 分 析 [J]. 电 网 技 术,2004,28(2):6-9,13. Mao Xiaoming,Wu Xiaochen.nalysis on operational problems in South China C-DC hybrid power grid[j]. Power System Technology,2004,28(2):6-9,13. [4] 王 冠, 蔡 晔, 张 桂 斌, 等. 高 压 直 流 输 电 电 压 源 换 流 器 的 等 效 模 型 及 混 合 仿 真 技 术 [J]. 电 网 技 术,2003,27(2):4-8. Wang Guan,Cai Ye,Zhang Guibin et al.equivalent model of HVDC-VSC and its hybrid simulation technique[j].power System Technology,2003,27(2):4-8. [5] 鞠 勇, 张 波, 崔 翔, 等. 双 层 土 壤 中 接 地 网 接 地 电 阻 补 偿 测 量 法 的 修 正 曲 线 [J]. 电 网 技 术,2003,27(1):44-46,51. Ju Yong,Zhang Bo,Cui Xiang et al.correction curve for grounding resistance value of ground mesh buried in two-layer soils measured by compensation method[j].power System Technology,2003,27(1): 44-46,51. [6] 陆 家 榆, 庞 廷 智, 薛 辰 东, 等. 城 区 变 电 站 地 电 位 模 拟 测 试 研 究 [J]. 电 网 技 术,2004,28(14): Lu Jiayu,Pang Tingzhi,Xue Chendong et al.study on simulation test and measurement of ground potential of substation in city proper[j].power System Technology,2004,28(14): [7] 王 雪, 王 增 平. 变 压 器 内 部 故 障 仿 真 模 型 的 设 计 [J]. 电 网 技 术, 2004,28(12): Wang Xue,Wang Zengping.Study of simulation of transformer with internal faults[j].power System Technology,2004,28(12): [8] 许 崇 武, 胡 学 文. 接 地 网 防 蚀 金 属 材 料 性 能 试 验 研 究 [J]. 电 网 技 术,2003,27(8): Xu Chongwu,Hu Xuewen.Investigation of anti-corrosive metaliic material for earthing grid[j].power System Technology,2003,27(8): [9] 余 涛, 沈 善 德, 任 震. 华 中 华 东 多 回 HVDC 紧 急 功 率 转 移 控 制 的 研 究 [J]. 电 网 技 术,2004,28(12):1-4. Yu Tao,Shen Shande,Ren Zhen.Research on emergency power shifting control of multi-circuit HVDC systems for Central China power grid to East China power grid[j].power System Technology, 2004,28(12):1-4. [10] 陈 汉 雄, 刘 天 琪.HVDC 系 统 中 换 流 站 的 辅 助 模 糊 控 制 [J]. 电 网 技 术,2003,27(1):5-8. Chen Hanxiong,Liu Tianqi.n auxiliary fuzzy control for converter substation in HVDC system[j].power System Technology,2003, 27(1):5-8. 收 稿 日 期 : 作 者 简 介 : 王 明 新 (1954-), 男, 硕 士, 从 事 高 压 直 流 输 电 工 程 的 仿 真 研 究 工 程 调 试 和 运 行 技 术 服 务 工 作 ; 张 强 (1972-), 男, 工 程 师, 从 事 电 网 建 设 管 理 工 作 China Power 2005 研 讨 会 及 展 示 会 将 在 京 拉 开 序 幕 2005 年 6 月 8~9 日, 作 为 世 界 权 威 的 国 际 电 力 会 展 活 动 Power-Gen 将 首 次 登 陆 中 国, 举 办 China Power 2005 研 讨 会 及 展 示 会 此 次 大 会 由 专 业 提 供 能 源 信 息 的 国 际 知 名 企 业 美 国 Pennwell 公 司 主 办, 会 议 将 在 北 京 嘉 里 中 心 饭 店 举 行 据 了 解, 此 次 在 北 京 举 办 的 China Power 2005 将 是 面 向 发 电 和 输 配 电 领 域 的 高 层 国 际 研 讨 会 及 展 示 会, 届 时 大 会 将 并 行 举 办 高 水 平 研 讨 会 40 场, 其 主 题 按 照 会 议 的 两 个 主 旨 技 术 和 战 略 进 行 分 类 ; 其 中 战 略 范 畴 将 讨 论 能 源 市 场 的 趋 势 融 资 及 规 划, 技 术 范 畴 则 着 重 讨 论 地 区 性 能 源 与 环 境 问 题 电 厂 发 电 技 术 电 厂 运 行 与 维 护 输 电 系 统 等 问 题 来 自 国 际 与 国 内 的 权 威 电 力 机 构 的 高 级 专 家 及 成 功 企 业 人 士 将 就 论 坛 主 题 展 开 讨 论 Penwell 公 司 国 际 能 源 组 负 责 人 Nick 先 生 表 示 China Power 作 为 POWER-GEN 全 球 系 列 活 动 之 一, 将 有 来 自 国 际 和 国 内 的 专 家 和 行 业 高 层 人 员 云 集 北 京, 探 讨 中 国 在 电 力 行 业 的 发 展 策 略 需 求 与 目 标, 介 绍 国 外 先 进 的 电 力 技 术, 并 分 享 宝 贵 的 管 理 和 运 营 经 验, 这 将 对 中 国 电 力 市 场 的 发 展 起 到 催 化 作 用 面 对 中 国 庞 大 的 电 力 市 场, 国 际 电 力 公 司 电 力 电 气 设 备 供 应 商 如 LSTOM Power BEM Bechtel Doosan Heavy Industries VGT EDF Siemens G Power Generation SIPOS ktorik GmbH Sulzer Elbar Thermal Ceramics Turbomach S Turbine ir Systems Wartsaila Wood Group 等 均 已 报 名 参 加 此 次 盛 会