一种消除磁暴对电网影响的方法技术

一种消除磁暴对电网影响的方法，本发明专利技术涉及电网安全运行和降低电网损耗，特别是消除磁暴对电网影响的方法。太阳活动引起的地磁场剧烈变化称为地磁暴或磁暴。一方面对变压器本身造成如温升、振动、噪声增加等诸多不利影响，另一方面产生的大量谐波可能引起系统电压跌落、无功波动、继电保护误动等可能影响整个电网安全运行的事故。在电网的中性点加装一个非线性电阻(避雷器)来断开地磁感应电流保护变压器安全，同时降低变压器损耗。同时在电网发生故障的时候不影响接地短路电流。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电网安全运行和降低电网损耗，特别是消除磁暴对电网影响的方法。
技术介绍
太阳活动引起的地磁场剧烈变化称为地磁暴或磁暴。磁暴直接或间接地损伤电网、通信和卫星等高技术系统的装置或设备，引发这些高技术系统的严重事故。太阳活动引起的地磁场剧烈变化称为磁暴。时变磁场在地面感应出的电场通过输电线、中性点接地变压器和大地构成的回路产生地磁感应电流(geomagnetically induced current，GIC)。GIC的频率成分一般为0.000 1~0.01 Hz，这种准直流流入变压器后在磁路中产生偏置磁通，由于铁芯材料的非线性，该磁通使得变压器铁芯产生半波饱和，此时变压器的励磁电流急剧增大，且波形严重畸变，一方面对变压器本身造成如温升、振动、噪声增加等诸多不利影响，另一方面产生的大量谐波可能引起系统电压跌落、无功波动、继电保护误动等可能影响整个电网安全运行的事故[1]。磁纬较高的地区(如北美、北欧等)，地磁场变化较剧烈，这些地区的电网曾多次因GIC而引发跳闸事故，甚至曾导致过加拿大魁北克电网的大规模停电[2]。虽然我国大部分地区位于中低磁纬，但近年来，随着长距离输电系统的发展建设，我国江苏、广东等地的电网也发生了一些磁暴侵袭事件。第22 太阳活动周中， 1989 年3 月13 日大磁暴，造成了加拿大魁北克大面积的停电， 60 多条输电线路( 变压器) 保护跳闸; 第23 太阳活动周中，2003 年10 月30 日大磁暴，造成了瑞典马尔默的大停电，美国、南非等20 余台大型变压器永久损坏，以及我国江苏、广东等地电网变压器的严重振动及强烈噪声等。我国地处纬度( 磁纬) 比北欧北美低，在相同磁暴、电网结构和大地构造条件下，电网致灾的可能性低于北欧北美，但我国当前和规划电网规模巨大，特高压交直流输电示范工程的正式投运，使得国家电网迈入世界上电压等级最高、规模最大李威，等灾害磁暴影响电网安全运行的途径及其综合防御方案探讨的交直流混联电网运行阶段。大磁暴对未来电网的影响和损害以及相应的防范措施亟待研究。本文以1989 年强磁暴影响加拿大电网为实例，总结和分析了灾害磁暴影响电网的途径和故障类型，指出目前电网对灾害磁暴防御措施的不足，结合我国电网安全稳定防御系统研究现状，提出进一步拓展极端外部自然灾害停电防御系统以应对极端灾害磁暴可能对电网安全运行造成的影响。1 灾害磁暴影响电网的途径和故障类型1． 1 影响途径在地球磁场发生波动时，时变磁场将在地面感应出电场，并通过输电线、中性点接地变压器和大地构成的回路，形成地面感应电势( ESP) ，产生地磁感应电流( GIC) 。GIC 变化周期约为6 min，故称GIC 为准直流电流，这种准直流流入变压器后在磁路中产生偏置磁通，由于铁心材料的非线性，该磁通使得变压器铁心产生半波饱和，此时变压器的励磁电流急剧增大，且波形严重畸变，一方面对变压器本身造成如温升、振动、噪声增加等诸多不利影响，另一方面产生的大量谐波可能引起系统电压跌落、无功波动、继电保护误动等可能影响整个电网安全运行的事故。基于GIC的准直流特性和电网直流参数的特点，在计算GIC时做如下假设：1）只考虑直流通路和直流参数(电阻)。 2）每相中流过的GIC相等，计算时只考虑一相。 3）高电压电网电阻小，是GIC的主要通路，忽略较低电压等级电网的作用。4）所有变压器绕组的电阻都取为0.3 Ω；所有并联高抗的电阻都取为2.5 Ω；所有变电站的接地电阻都取为0.3 Ω(折算成单相参数时要乘以3，即0.9 Ω)。5）线路按8分裂考虑，电阻取为9.5 m Ω/km。在1989 年强磁暴事件中，强磁暴首先影响加拿大魁北克水电站拉格兰德分站的变压器，使其输出大量奇、偶次谐波，从而使拉格兰德电网中7台静止无功补偿器( 735 kV) 过载，并在不到1min 的时间内，因保护动作而全部退出运行。8 s后，由于失去了无功补偿器对电压的调整作用，拉格兰德水电厂的低周减载保护动作，使1 回735kV 线路跳开。经过不到1 s 的系统扰动，电网中仅剩的4 回735 kV 线路也相继跳开而退出运行，至此拉格兰德电网丧失全部9 500 MW 发电容量。由于该电网的装机容量占魁北克系统总容量的44%，因此导致魁北克系统中其他电网的电压和频率相继持续降低。在拉格兰德电网退出运行6 s 后，魁北克系统功率出现波动，导致绰赤尔佛尔水电厂2 000 MW 的发电功率退出运行，使东北部电网与魁北克系统解列，又过了18 s，整个魁北克系统崩溃，9h 后仍有17%的负载未能供电。该事故波及了近600 万人，造成了巨大的社会影响和经济损失。1． 2 故障类型灾害磁暴下的GIC 直接损伤变压器和电抗器等设备，并使得变压器和并联电抗器成为谐波源，产生次生灾害干扰或损伤电力系统保护、自动化装置，最终导致灾害扩大。( 1) 直接损伤GIC 在变压器产生的磁通使磁路饱和，引起励磁电流显著增大，从而使变压器的高次谐波电流及无功损耗急剧增加。在超、特高压系统中，为了抑制系统轻载运行时输电线路过剩的充电无功功率，避免输电线路电压过高，变电站通常装有并联电抗器，其主电抗多采用Y0 接线方式的铁心式电抗器。主电抗的铁心在GIC 作用下可能产生直流偏磁，其作用机制与变压器直流偏磁相同，因此GIC 对并联电抗器的危害与变压器相同。在GIC 作用下会导致变压器出现以下严重问题:1) 振动和可听噪声极大增加。实测表明，直流偏磁下的变压器可听噪声为正常运行时的5倍。2) 过热及损耗增大。由于变压器铁心磁路饱和，主磁通只能通过油箱、铁心紧固件流通，从而引起这些路径上的元件产生附加损耗，元件发热加剧。过热可极大地破坏绝缘材料，使变压器油起泡和燃烧。实测获得的强磁暴期间变压器铁心温度曾达到175℃。计算证明: 变压器中性线上流过80 A 的GIC 时，可能导致变压器局部温度高达400℃。3) 吸收无功功率剧增。由于励磁电流近似滞后于变压器工作电压90°，因此励磁电流峰值的极大增加，使变压器从交流系统吸收的感性无功随之加大。实测表明: 正常运行时，1 台600MVA 的三相变压器吸收的无功功率不足1 Mvar，而在每相25 A 的GIC 作用下，吸收无功功率升至50 Mvar，为变压器额定容量的8． 3%。( 2) 次生灾害1) 对并联补偿电容器及静止无功补偿装置的影响。由于GIC 在电网产生大量偶次谐波电流，使系统中大量的并联补偿电容器组及静止无功补偿装置中的电容器产生谐波过流，迫使其退出运行，在某些运行方式下，可能使局部电网发生谐波放大，甚至产生谐振，引起并联电容器及静止无功补偿设备过载，可能烧毁这些设备。2) 使继电保护装置误动作。由于变压器饱和产生的基波及谐波零序电流，可能使接地过流保护动作; 此外，由于变压器励磁电流增大从而增加了差动电流，其差动保护也可能误动。而在变压器事故时，因饱和产生的偶次谐波电流也可能使得继电保护拒动。3) 对高压直流输电系统的影响。当高压直流输电( HVDC) 换流变压器铁心产生直流偏磁，导致换流站交流母线谐波电压含量异常增大，使换流变交直流两侧谐波电压、电流急剧增加，严重影响HVDC 系统的正常运行。当HVDC 系统对某次谐波存在谐振本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种消除磁暴对电网影响的方法其特征在于：电网的中性点加装一个非线性电阻(避雷器)。

【技术特征摘要】
1.一种消除磁暴对电网影响的方法其特征在于：电网的中性点加装一个非线性电阻(避雷器)。2.一种消除磁暴对电网影响的方法其特征在于：电网的中性点加装一个非线性电阻(避雷器)，避雷器的导通电压小于线路额定电压的85%。3.一种消除磁暴对电网影响的方法其特征在于：电网的中性点加装一个非线性...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：郭富丽，
类型：发明
国别省市：广西;45