【摘 要】
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随着高压交直流混联输电系统的高速发展,对于电网的直流偏磁的评估与治理工作势在必行。由接地极电流场引起的变压器中性点电流波动是评价直流偏磁的重要指标。目前,主要考虑电流场在层状土壤传播引起的中性点电流波动。但电流场的传播过程受土壤电性不均匀性影响严重,需利用三维电性结构精确计算中性点电流波动。格林函数是计算电流场在层状电性结构传播的常用工具,但其在三维电性介质中难以求解;场路耦合法是计算电流场在变压
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随着高压交直流混联输电系统的高速发展,对于电网的直流偏磁的评估与治理工作势在必行。由接地极电流场引起的变压器中性点电流波动是评价直流偏磁的重要指标。目前,主要考虑电流场在层状土壤传播引起的中性点电流波动。但电流场的传播过程受土壤电性不均匀性影响严重,需利用三维电性结构精确计算中性点电流波动。格林函数是计算电流场在层状电性结构传播的常用工具,但其在三维电性介质中难以求解;场路耦合法是计算电流场在变压器中引起中性点电流波动的主要方法,但该方法存在三维土壤中大地互阻难以构造的问题。本文提出了“三维电阻网络”,解决了“格林函数求解难”、“大地互阻构造难”的问题,在地表电位对比中验证了三维电阻网络法分析接地极电流场的合理性和准确性,在IEEE标准算例中验证了中性点电流计算模型的正确性。在此基础上,分别建立了含有含水层模型等电性结构的三维大地模型,分析了不同的电性结构和参数变化分别对接地极电流场和中性点电流数值的影响。具体的工作内容和结论如下:（1）针对三维土壤条件下,高压直流输电产生的接地极电流场的分析问题,建立一种电阻率任意分布的土壤中电流场分析方法——三维电阻网络法,计算了不同接地极和大地模型产生的地表电位分布,对比本文方法与其它算法的地表电位结果,验证了三维电阻网络法的可行性和正确性。（2）针对三维土壤条件下,大地互阻难以构造的问题,建立变压器中性点电流计算模型,推导基于该模型的场路耦合法,提出采用三维电阻网络法计算“互阻”参数。以20母线节点的IEEE标准算例中的电网结构为例,构建了包含变电站和输电线路在内的变压器中性点电流计算模型,得到了输电线路和变压器绕组每相的直流电流,分析表明本文结果与标准结果的相对误差基本都在1%以下,验证了变压器中性点电流计算模型以及场路耦合法的准确性。（3）建模并分析了三维电性结构对接地极电流场的影响。结果表明,电性异常体和含水层电阻率分别为低阻和高阻时,会减小和增大接地极附近地表电位,同时变电站下的含水层会减缓变电站及其周围电位的衰减趋势;高阻的垂直断裂结构对地表电位和其衰减趋势影响较大。由上述结论可以得出,接地极或变电站选址时,应选择地下一定范围土壤电阻率较低的区域,以及考虑要到地下电性结构对地表电位衰减速率的影响。（4）建模并分析了三维电性结构对变压器中性点电流的影响。当电性异常体为低阻和高阻时会分别减小和增大中性点电流;含水层电阻率变化对中性点电流的影响与电性异常体的影响相似;断裂结构对中性点电流计算结果的影响不大。同时也分析了不同电阻率的含水层模型对20母线节点的IEEE标准算例电网结构的直流电流的影响。上述结论对直流偏磁评估和治理工作提供了新的参考,即应分季节监测评估变电站的中性点电流大小,预防电阻率呈季节性变化的电性结构影响到直流偏磁的治理效果。
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