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作者：浙江巨磁智能技術(shù)有限公司 MAGTRON TEAM 近年來(lái)隨著(zhù)發(fā)電側光伏、儲能等直流源的增加，電力電子技術(shù)的進(jìn)步，負載側直流用電設備也越來(lái)越多，直流配電應用環(huán)境越來(lái)越廣泛，同時(shí)，高壓直流輸電具有線(xiàn)路輸電能力強、損耗小的優(yōu)勢、造價(jià)低等優(yōu)勢，高壓直流輸電系統正廣泛應用于大功率、跨地區、遠距離輸電。高壓直流系統設備承受超高電壓、強大電流，在其連接的交流系統發(fā)生故障、天氣環(huán)境、雷電等的影響下，不可避免會(huì )發(fā)生故障。為了避免直流設備遭受?chē)乐仄茐�，必須迅速、可靠、有選擇地切除故障，從而保證高壓直流輸電系統的安全穩定運行。因此，高壓直流輸電系統必須配置高壓直流保護。 尤其需要注意的是，高壓輸電系統單極大地回路方式會(huì )導致直流輸電大地電流通過(guò)接地變壓器中性點(diǎn)串入變壓器繞組, 產(chǎn)生直流偏磁, 使鐵芯磁飽和，帶來(lái)嚴重的安全隱患。 
圖 1 直流電流對變壓器勵磁電流的影響 當變壓器繞組無(wú)直流分量時(shí)，勵磁電流工作在鐵芯磁化曲線(xiàn)直線(xiàn)段，此時(shí)若鐵芯中磁通為正弦波時(shí)，勵磁電流也是正弦波，當變壓器繞組中存在直流分量時(shí)，由于直流電流偏磁的影響，可能使得勵磁電流工作在鐵芯磁化曲線(xiàn)的飽和區，導致勵磁電流的正半波出現尖頂，負半波可能是正弦波。通過(guò)對勵磁電流進(jìn)行分解，可以發(fā)現，除了包含奇次諧波外，還包含偶次諧波。 勵磁電流幅值和波形的變化會(huì )導致變壓器噪音增大、使電壓波峰變平、增加變壓器損耗、增加變壓器溫升，嚴重情況下甚至造成變壓器著(zhù)火爆炸，嚴重威脅用電安全、生產(chǎn)安全。
在直流工程中，交直流電網(wǎng)的各個(gè)接地極都在一定地理范圍內連接于同一片大地，在直流接地極和某些交流接地極之間可能存在耦合。當直流線(xiàn)路單極大地運行時(shí), 數千安培的直流電流流入直流接地極, 其中小部分電流通過(guò)直流接地極與交流接地極之間的耦合通道, 流向交流廠(chǎng)站, 由于交流電網(wǎng)接地極之間存在由元件直流電阻構成的直流通路, 于是部分直流電流便通過(guò)接地變壓器在交流電網(wǎng)內流動(dòng)。
圖3 直流輸電線(xiàn)路單極運行大地電流對交流系統的影響 直流輸電大地電流分布隨交流電網(wǎng)直流通路變更、土壤濕度等變化、接地極數目和其他金屬構架物分布變化而改變，所以，直流輸電大地電流對交流系統的影響分析難度極大，需要理論與實(shí)際的密切結合。
圖4.1是某直流輸電工程單極大地運行時(shí)輸電功率與變壓器中性點(diǎn)電流的關(guān)系，可以看到，輸電功率越大，變壓器直流電流成分也越大。圖4.2是直流輸電工程1、工程2 同時(shí)單極大地運行時(shí)變壓器中性點(diǎn)電流的消長(cháng)，可以看到同時(shí)存在兩個(gè)直流輸電線(xiàn)路時(shí)，變壓器上的直流成分存在抵消的情況，最小電流在810mA左右。 為了避免直流輸電線(xiàn)路直流電對變壓器造成破環(huán)性影響，監控變壓器中性點(diǎn)的直流電流十分有必要，必須選用合適的電流傳感器。變壓器中心點(diǎn)接地線(xiàn)纜一般都很粗，根據不同容量大小35mm²～100mm²不等，所以電流傳感器需要很大的孔徑，同時(shí)直流電流范圍在幾百毫安到十幾安培不等，隔離式直流采樣可以選用霍爾原理檢測。 MAGTRON基于HALL技術(shù)的SOC芯片整體方案，為電流檢測提供高可靠性的電流檢測方案，為直流輸配電的安全保駕護航。 參考文獻 【1】 馬志強，黎小林，鐘定珠，直流輸電大地電流對交流系統影響的網(wǎng)絡(luò )分析算法. 【2】 王洪亮，西南交通大學(xué)，高壓直流輸電單極大地回線(xiàn)方式運行時(shí)接地極電流的研究. 【3】 丁彩紅，中國市政工程中南設計研究總院有限公司，高壓直流保護研究. |
