宁明水电安装培训学校

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（浙江巨磁智能技术有限公司）

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近年来随着发电侧、储能等直流源的增加，电力电子技术的进步，负载侧直流用电设备也越来越多，直流配电应用环境越来越广泛，同时，高压直流输电具有线路输电能力强、损耗小的优势、造价低等优势，高压直流输电系统正广泛应用于大功率、跨地区、远距离输电。高压直流系统设备承受超高电压、强大电流，在其连接的交流系统发生故障、天气环境、雷电等的影响下，不可避免会发生故障。为了避免直流设备遭受严重破坏，必须迅速、可靠、有选择地切除故障，从而保证高压直流输电系统的安全稳定运行。因此，高压直流输电系统必须配置高压直流保护。

尤其需要注意的是，高压输电系统单极大地回路方式会导致直流输电大地电流通过接地变压器中性点串入变压器绕组, 产生直流偏磁, 使铁芯磁饱和，带来严重的安全隐患。

图 1 直流电流对变压器励磁电流的影响

当变压器绕组无直流分量时，励磁电流工作在铁芯磁化曲线直线段，此时若铁芯中磁通为正弦波时，励磁电流也是正弦波，当变压器绕组中存在直流分量时，由于直流电流偏磁的影响，可能使得励磁电流工作在铁芯磁化曲线的饱和区，导致励磁电流的正半波出现尖顶，负半波可能是正弦波。通过对励磁电流进行分解，可以发现，除了包含奇次谐波外，还包含偶次谐波。

励磁电流幅值和波形的变化会导致变压器噪音增大、使电压波峰变平、增加变压器损耗、增加变压器温升，严重情况下甚至造成变压器着火爆炸，严重威胁用电安全、生产安全。

在直流工程中，交直流电网的各个接地极都在一定地理范围内连接于同一片大地，在直流接地极和某些交流接地极之间可能存在耦合。当直流线路单极大地运行时, 数千安培的直流电流流入直流接地极, 其中小部分电流通过直流接地极与交流接地极之间的耦合通道, 流向交流厂站, 由于交流电网接地极之间存在由元件直流电阻构成的直流通路, 于是部分直流电流便通过接地变压器在交流电网内流动。

图3 直流输电线路单极运行大地电流对交流系统的影响

直流输电大地电流分布随交流电网直流通路变更、土壤湿度等变化、接地极数目和其他金属构架物分布变化而改变，所以，直流输电大地电流对交流系统的影响分析难度极大，需要理论与实际的密切结合。

图4.1是某直流输电工程单极大地运行时输电功率与变压器中性点电流的关系，可以看到，输电功率越大，变压器直流电流成分也越大。图4.2是直流输电工程1、工程2 同时单极大地运行时变压器中性点电流的消长，可以看到同时存在两个直流输电线路时，变压器上的直流成分存在抵消的情况，最小电流在810ma左右。

为了避免直流输电线路直流电对变压器造成破环性影响，监控变压器中性点的直流电流十分有必要，必须选用合适的电流传感器。变压器中心点接地线缆一般都很粗，根据不同容量大小35mm²～100mm²不等，所以电流传感器需要很大的孔径，同时直流电流范围在几百毫安到十几安培不等，隔离式直流采样可以选用霍尔原理检测。

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参考文献

【1】马志强，黎小林，钟定珠，直流输电大地电流对交流系统影响的网络分析算法.

【2】王洪亮，西南交通大学，高压直流输电单极大地回线方式运行时接地极电流的研究.

【3】丁彩红，中国市政工程中南设计研究总院有限公司，高压直流保护研究.

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