直流偏磁抑制装置接入对线路距离保护的影响探究

直流偏磁抑制装置接入对线路距离保护的影响探究

王密娜

（国网新疆电力公司哈密供电公司）

摘要：太阳活动的高峰期，会产生地磁感应电流，导致变压器或保护用电流互感器发生直流偏磁的现象。当直流偏磁现象发生时，会对交流电网保护、继电保护装置等产生很大的影响，关系到电网的安全运行与使用寿命。对于单一直流偏磁抑制装置的情况，应当根据短路的情况，结合测量电压与电流，确定线路距离保护所需的测量阻抗大小。当过渡电阻一定时，电阻型的变化幅度较大，而电容型抑制装置由于变化小，因此对线路距离保护的影响也较小。对于多个抑制装置接入的情况，接入位置的不同，测量阻抗的变化不一。

关键词：直流偏磁；抑制装置；测量阻抗；电容型；电阻型；距离保护

1.直流偏磁影响概述

直流输电经过变压器的中性点后，流入到交流电网中，会产生直流偏磁，被称为HVDC型。其中，直流输电系统又可分为两种方式，单极大地回路运行方式，以及双极不平衡运行方式。输电线、中性点接地的变压器、以及大地之间会形成一个回路，太阳磁暴通过回路诱发磁感应电流，而引发GIC型直流偏磁。不仅会影响到变压器的本体，还会涉及到发电机、静止无功补偿器、及机电保护装置等。同时也会，引起电力系统继电保护装置不正确动作，为电网系统的安全稳定带来了巨大的隐患【1】。

当直流偏磁现象发生时，变压器铁芯的磁通量会趋近或达到饱和的状态，产生的励磁电流畸变会形成谐波，增大铁芯的无功损耗。局部过热的情况不仅会对绝缘体造成破坏，更会影响变压器的安全及使用寿命，会对交流电网保护、继电保护装置等产生很大的影响。在变压器中性点接入电阻或电容型偏磁抑制装置，能够有效抑制流经系统中性点的直流电流，从而减小直流偏磁对交流电网的危害。线路距离保护具有原理简单、受系统运行方式影响小等特点，主要表现在测量阻抗上，对于电网的安全运行至关重要。

2.单一直流偏磁抑制装置情况

2.1线路距离保护电压与电流的确定

测量短路抗阻，能够间接的测量和判断出故障的距离，从而确定合适的距离保护。电压、电流和电阻之间，可以依据Um=ImZm的关系予以确定，当测量电压与电流满足公式时，测量电阻可以反应出正确的故障距离。对于金属性的两相短路情况，位于故障点处的两相对地电压的值是相同的，各相电压均不为零，适用于两相不接地的短路故障【2】。当故障点的两接地相电压都为零时，则表现为两相接地的短路故障。对于三相对称的短路故障，各相电压在故障点处具有相同的数值，并且在三相对称的系统中大小为零。此时，任何一相或两相的电压与电流之差，均可作为测量电压和电流，用于确定距离保护的电阻。

2.2过渡电阻对距离保护的影响

大多数电网短路并非金属性短路，而是由于在短路点出现过渡电阻造成的。直流偏磁抑制装置，需要在发生单相或两相接地故障时，才会对距离保护的测量阻抗产生影响。对于单相接地故障来说，与两相接地故障有着极大的相似性，是根据流经保护安装点的电流与电压而计算得出阻抗距离。根据所测得阻抗的大小，从而对保护装置进行确定，阻抗的变化会使距离保护的可靠性降低。对于单一电阻型的抑制装置，当接入系统后，相关参数的相角和幅值会发生变化，导致附加测量阻抗的相角增大、幅值增加。单一电容型抑制装置情况也较为相似，幅值减少、相角也发生变化。

2.3仿真分析

利用专业的仿真软件，对某电厂的输电线路进行模拟仿真。采用110kv电压，线路长度200km，发动机容量82MW，两端功能角差为20°，采用的距离I段保护范围为保护线路全长的80%。其中，电阻型抑制装置R=5Ω，电容型抑制装置C=3286µF。以线路M侧距离保护的测量阻抗作为研究目标，结合各种故障情况下，线路距离保护附加测量阻抗的表现形式。对于不同类型的直流偏磁抑制装置，充分分析其接入前后的变化情况，以得出测量阻抗的变化。

经过仿真分析，可以得到表1中的数据。我们可以看出，在过渡电阻一定的情况下，单一电阻型直流偏磁抑制装置，与故障点的位置无关，测量阻抗的幅值和相角均表现为增加。而单一电容型直流偏磁抑制装置，则表现出相反的趋势，测量阻抗的幅值与相角均减小。其中电阻型的变化幅度较大，而电容型抑制装置由于变化小，因此对线路距离保护影响也较小。因此，电阻型直流偏磁抑制装置有着更为明显的经济优势，但选用时还需根据实际情况具体分析。

3.多个抑制装置接入的影响

从表2可以看出，当线路两侧均接入电阻型偏磁抑制装置时，附加阻抗的情况会发生一定的变化。不仅与送电侧有关，故障点的位置也会对其产生一定的影响。M侧首端发生单相接地故障时，测量阻抗的幅值增加、相角增大；MN线路中点发生单相接地故障时，测量阻抗的幅值减小、相角增大；N侧首端发生单相接地故障时，测量阻抗的幅值减小、相角增大。当线路两侧均接入电容型偏磁抑制装置时，由于接入的电容阻值过小，对测量阻抗的不会产生明显的影响，因而也不会对线路距离保护产生影响【3】。对于M侧接入电阻型、N侧接入电容型抑制装置的情况，由于电容阻值较小，与单一电阻型接入情况相似，表现为幅值增加、相角增大。而M侧接入、N侧接入电阻型抑制装置的情况，则表现为幅值减小、相角增大。

4.结语

当发生直流偏磁现象时，电流会接入到交流保护环境中，过渡电阻会使传统的距离保护发生拒动，进而改变阻抗变化而影响保护的范围。随着高压直流输电的快速发展，直流偏磁问题给电网的安全运行，带来了日益严重的潜在威胁。因此，要充了解握不同情况下，直流偏磁抑制装置的保护作用，掌握单一装置、多个装置接入，以及接入点的不同，对线路距离保护产生的影响。需要结合电网电路的实际情况，从而确定直流偏磁抑制装置的选择，以及接入点的合理位置，保障电网的安全运行。