赵航 焦点
国网安徽省电力有限公司检修分公司，安徽 合肥 230000
摘要：科技在不断发展，社会在不断进步，电力行业在我国得到了快速发展，高压直流输电 （HVDC）技术采用IGBT、IGCT等元件构成电压源型换流站。由于这种方式具有功能强、体积小等优点，适用于可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市电网供电、异步交流电网互联等众多领域。海上石油平台多在中心平台建立独立电站，并未与其他海上油田电站相连，即单个电站拥有较差的抗冲击性能。移相变压器是直流输电 系统中重要组成部分，其安全性和稳定性对整个电力系统的运行非常重要。
关键词：直流输电 ；抗冲击能力；移相变压器；电磁涌流
引言
电磁辐射对于人身和环境的影响越来越受到人们的关注。近年来,随着城市规模的扩大,直流输电 的敷设越来越多,直流输电 线路与居民区之间的距离也越来越近,人们开始关注城市的电力设施是否会影响市民的身体健康等问题。本文将讨论直流输电 线路可能带来的电磁污染问题。
1直流一次系统建模
直流一次系统建模则包括交流滤波器电容器组、避雷器、换流变压器、换流阀、平波电抗器、直流滤波器、直流开关场、直流线路及测量环节。交流滤波器电容器组、直流滤波器、平波电抗器及直流开关场可根据实际参数及运行方式建模,其保护避雷器可根据研究需要决定是否建模。对于换流变压器,可采用两种模型:一种为经典分析法模型,不考虑相间影响;一种为统一磁路等效电路法UMEC(unifiedmagneticequivalentcircuit),其考虑了相间影响。两者对于铁心饱和建模也有不同,经典分析法是在选定绕组终端注入电流源来等效,这可能会导致各绕组饱和程度不平衡,统一磁路等效电路法则是用分段线性磁通电流曲线等效,不会带来各绕组饱和程度不平衡的问题。两种模型稳态及暂态下的对比。建模可根据需要,分别对单相双绕组、单相三绕组、三相三绕组进行建模。各种模型可方便进行分接头调节,以实现触发角度及电压的慢速控制。换流器模型是直流输电 仿真的关键。电磁暂态仿真中,换流器可由6脉动桥组合而成。换流器桥由换流电路、内部锁相环、阀触发闭锁控制及触发角熄弧角测量组成。同时,可对晶闸管阀进行阻尼吸收电路参数设置。为提高仿真精度,晶闸管的通断采用了插值算法,以确定开关的通断时刻,实现暂态等值电路修正。采用插值后的触发控制,其熄弧角触发角的精度由0.9°变为0.001°(步长为50μs)。换流器模型中锁相环PLL(phaselockedloop)的参数设置对仿真结果有很大影响,应在仿真时进行校验,使其有良好的动态特性。测量环节是直流控制系统建模的关键之一,测量点的选择应据实际工程配置。为了研究电流、电压互感器对控制保护暂态性能的影响,可采用互感器模型,从而考虑测量环节饱和特性的影响。同时,测量环节时间常数的选择对控制系统的动态性能有很大影响,应合理选择测量方法及滤波器结构和参数,实现正确的动态模拟。线路模型有集中参数模型及分布参数模型,比较了各种线路模型的特点。分布式参数贝杰龙模型在高频时使交流系统的阻尼更小,结果偏保守;而频率相关分布式参数模型则可随系统频率变化,适于频率变化较大的场合。相域频率相关模型因对线路进行分相(极)描述,且相模和模相转换矩阵是频率的函数,是分布式参数模型。近年来同杆并架交直流线路仿真中,因运行方式的改变正负极不平衡时,交直流线路均应采取相域频率相关模型,以准确模拟邻近线路间的相互影响。
2直流输电 解决系统及改造
2.1预充电系统改造方案
根据原理分析，为避免系统启动时出现预充电失败的情况，需要对系统预充电电阻R进行改进，重新设计预充电电阻阻值和功率。理论上减小充电电阻阻值即可减小充电过程中预充电电阻R上的充电压降，从而使预充电过程中功率阀组直流电容两端电压可以达到更高水平，减小甚至消除预充电失败的概率。但在减小充电电阻阻值的同时，需要对充电电阻的发热情况进行分析和计算，以合理设计充电电阻功率，避免因发热严重导致充电电阻损坏。为了避免直流输电 变压器进线高压合闸时出现励磁电磁涌流冲击，则需要在高压合闸时保持预充电回路接触器KM12和KM13闭合，等待高压进线开关QF闭合之后再分开预充电回路接触器KM12和KM13，由于直流输电 变压器未出现完全失电的情况，则进线高压合闸时不会出现明显的励磁电磁涌流冲击。但由于预充电回路电源和进线10kV高压电源之间的等效阻抗很小，因此为实现上述操作，必须保证预充电回路电源和进线10kV高压电源电压幅值满足直流输电 变压器绕组变比关系同时两组电源相位同步。根据之前的分析，平台主变组别为DY11，所以平台上的400V电源在相位关系上会超前10kV主电网电源30°相位角，而直流输电 变压器原边主绕组和辅助第三绕组为YY0组别，故为实现上述操作，必须将预充电回路电源相位延迟30°。所以在直流输电 预充电回路系统中需要加入一个调相变压器，变压器输入和输出电压之间存在30°相位差。综合上述分析。通过调相变压器保证直流输电 变压器原边主绕组10kV电压和预充电回路400V电源电压幅值满足变压器变比关系，同时两电源相位完全同步。
2.2工频电磁场对人体的影响
虽然直流输电 周围不会产生电磁辐射，但由于其输送大量的电能，其周围的工频电磁场强度相较于普通环境，势必是较高的。在远离电力线的住户中，背景电磁场强度可以达到0.2μT。直接在高压线的下方，电磁场的强度还会更大，地面的磁通量密度可以达到几μT。在电力线下方的电场强度可以高达10kV/m。然而，电场和磁场强度会随着与电力线的距离增加而迅速减小。在50~100m的距离，电磁场的强度通常会和远离高压直流输电 线的区域的强度差不多。此外，相比于房屋外面同样地点测到的值，房屋的墙壁可以明显降低电场强度。人体处在高强度的工频电磁场环境中会有何影响，又是一个受到高度关注的环保问题。通过查阅世界卫生组织（WorldHealthOrganization，WHO）的相关研究成果，可以知道：低频电场可以影响人体，像其他带电粒子组成的物质。电场导电材料会影响表面电荷分布。电场会使得电流从身体流向大地。低频磁场可以诱导人体当前循环。电流的强度取决于外部磁场的强度。如果当前磁场足够大，可以产生人体刺激神经和肌肉，或影响其他生理过程。电场和磁场可以在人体内感应电压和电流，但即使直接位于高压线以下，人体内的感应电流与能够产生电击或其他电效应的极限相比仍然非常小。根据WHO从1996年开展的一项风险连续跟踪评估，其结论为：（1）根据权威的健康风险评估结果，极低频电场对健康的短期和长期影响以及健康后果是毫无疑问或争议的。（2）极低频电场暴露会对人体造成有害的影响。然而，世卫组织建议的国际接触标准限值（公众5kV/m，职业接触10kV/m）可以完全保护人体免受这些有害影响。
结语
直流输电 移相变压器功率在小微电网中占比较大，空载合闸瞬间将会产生较大的电磁涌流，进而影响电网的稳定，在系统中增加与充电回路可以有效的减小电磁涌流的影响。但当预充电回路与电网存在相位差时，变压器铁芯预充磁时形成的磁场将与新建立的磁场相互叠加，而变压器铁芯励磁材料具有非线性特性，造成合闸磁通饱和，励磁电流成百倍增长，从而产生更严重的励磁电磁涌流。
参考文献
[1]王仁祥.电力新技术概论[M].北京：中国电力出版社，2009.
[2]傅知兰主编.电力系统电气设备选择与实用计算[M].北京：中国电力出版社，2004.
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