论文部分内容阅读
【摘要】本论文从电磁感应现象的概述出发，系统阐述了地磁感应电流对电网设备的影响。接着研究了应对地磁感应电流对电网安全稳定运行影响的措施。
【关键词】地磁感应 电网 稳定运行
一、前言
建电网安全稳定运行是保证电力工程质量优劣的首要前提，电力工程质量的优劣不仅关系到企业的生存发展，而且关系到国家和人民群众的生命财产安全，所以一定要加强应对地磁感应电流对电网安全稳定运行影响的措施。
二、电磁感应现象的概述
电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一，它显示了电、磁现象之间的相互联系和转化，对其本质的深入研究所揭示的电、磁场之间的联系，对麦克斯韦电磁场理论的建立具有重大意义。电磁感应现象在电工技术、电子技术以及电磁测量等方面都有广泛的应用。
若闭合电路为一个n匝的线圈，则又可表示为：式中n为线圈匝数，ΔΦ为磁通量变化量，单位Wb，Δt为发生变化所用时间，单位为ε为产生的感应电动势，单位为V。因磁通量变化产生感应电动势的现象，闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应。这种现象叫电磁感应现象。产生的电流称为感应电流。闭合线圈面积不变，改变磁场强度，磁通量也会改变，也会发生电磁感应现象。所以准确的定义如下：当穿过闭合电路的磁通量变化时电路中就有感应电流产生，这种利用磁场而产生的电流的现象叫感应电动势。
感应电动势的产生的条件是：穿过电路ΔΦ，无论电路闭合是否，只要磁通量变化了，就一定有感应电动势的产生。楞次定律是判断感应电流方向的。感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流磁通量的变化。首先明确闭合回路原磁场的方向。穿过闭合电路的ΔΦ是增加还是减小。由楞次定律是判断出感应电流的方向。或者也可以用右手定则判断出感应电流的方向。楞次定律中的阻碍是磁通量的变化，而不是阻碍磁通量。当磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反。当磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。即“增反减同”。阻碍导体的相对运动“来拒去留”。磁通量增加，线圈面积缩小，磁通量减小，线圈面积“扩招”。阻碍线圈自身电流变化自感现象。感应电流的方向的判断，可利用右手定则判断感应电流闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时感应电流方向。我们经常遇到切割的几种情况：①导体平动切割磁感线。②导体转动切割磁感线。③导体不动，磁场运动，等效的磁场不动，导体反向运动切割磁感线。
若导体不动，回路中磁通量的变化，应该用楞次定律是判断出感应电流的方向而不要用右手定则判断感应电流。若是回路中一部分导体做切割磁感线运动产生感应电流。用右手定则判断较为简单。用楞次定律是判断也可以，但较麻烦。从研究对象上说，楞次定律研究的是整個回路，右手定则研究的是闭合电路的一部分导体，即一段导体做切割磁感线运动。从使用范围上说，楞次定律可以用于磁通量的变化引起的感应电流的各种情况。包括一部分导体切割磁感线运动的情况，右手定则只是由于一段导体在磁场中做切割磁感线运动的情况。因此，右手定则是楞次定律的一种特殊情况。
三、地磁感应电流对电网设备的影响
1、对变压器
由于GIC的变化频率为0.001～0.1Hz，这种准直流性质的GIC进入变压器之后，与变压器的励磁电流相叠加，合成的励磁电流波形呈正负半波极不对称的形状，将导致变压器直流偏磁饱和。变压器偏磁饱和的主要危害表现在以下几方面：变压器励磁电流在饱和的半周很大，导致变压器铁心磁滞伸缩增加，噪声增大，以及变压器局部过热、绝缘老化和损耗增大。变压器饱和将向系统注入大量富含偶次和奇次的谐波，谐波电流会造成补偿电容器过负荷，并且可能导致继电保护的误动作。变压器从系统中吸收的感性无功功率急剧增大。系统的无功需求急剧变化，将可能导致整个系统的电压波动、系统解列，甚至电压崩溃。
2、对发电机
一般来说，GIC对发电机的影响相对较小。但当系统中流有GIC时，系统电压不平衡及其波形畸变可能对发电机造成危害，以及正、负序谐波电流流入发电机后，可能造成发电机过热、噪声增大和机械振动。对发电机的负序保护而言，是针对电网基波不平衡电流而设计的。因此，它不能正确地保护发电机免受GIC引起的正序和负序谐波电流所造成的侵害。
3、对继电保护
近年来，大多数电网已将电磁继电保护装置更换为数字（电子式）继电器。电磁继电器是通过检测电流有效值实现保护，而数字继电器则以检测电流的幅值为依据。因此，数字继电器对电流波形畸变（或谐波）很敏感。
研究表明，在变压器偏磁饱和谐波的情况下，数字继电器动作的正确性比电磁继电器低20%～30%。保护误动将造成输电线路、变压器或补偿电容器等退出运行，可能导致系统负荷转移或无功缺额增大，进而引发更严重的事故。
4、对SVC装置
静止无功补偿装置（SVC）对保证电网安全运行意义重大，但变压器半波饱和产生的2次谐波对SVC的影响很大。在强地磁暴期间产生的负序性质的2次谐波电流，将使晶闸管控制电抗器（TCR）装置的工作点发生偏移。TCR工作点平衡控制是为了滤除流过装置的直流电流而设计的，并不能减少电网电压波形的畸变程度。当装置因存在2次谐波电流而发生谐振时，TCR平衡控制减少了装置直流电流，同时将增大系统电压的畸变程度。
我国江苏阳-淮输电系统自2001年3月投运以来，系统中的上河变电站主变多次发现持续达1～2h的噪声异常现象，变电站750MVA变压器为日本三菱公司制造，经中日双方共同对录制的噪声分析认为，是GIC导致的变压器直流偏磁所致。近年来，与南方电网长距离输电系统相关的广东岭奥核电站，也多次检测到过变压器中性点的GIC和变压器发现过遭受磁暴侵袭的事件。因此，GIC是长距离输电系统值得关注和研究的问题。
四、应对地磁感应电流对电网安全稳定运行影响的措施
1、GIC的补偿和消除方法
电力系统中的GIC通过长距离三相输电线、电力变压器的中点接地线和电力变压器一侧的三相绕组形成闭合回路。可通过电流传感器测量各相电流，并经傅氏级数分析，得到的直流分量即为线路中的GIC。
2、补偿、削弱和消除GIC方法的探讨
（一）、补偿GIC方法
外加直流电源补偿GIC方法要求外加的直流电源可以调节，使每相补偿绕组中的补偿电流能补偿GIC产生的磁势。这是一种有源的GIC补偿方法。自激补偿GIC方法不需外加直流电源，其补偿电流随着GIC的变化自行调节，但要求每相补偿绕组的匝数为GIC侧相绕组匝数的1/3。
3、削弱GIC方法
串电阻的GIC削弱方法。这种方法是把非线性电阻或线性电阻设备串入电力变压器中点与地之间，根据GIC的大小，通过对非线性或线性电阻的调节，保证电力变压器中线GIC数值在规定的范围内。这属于无源的GIC削弱方法。
五、结束语
从实践出发对当前地磁感应电流对电网安全稳定运行的影的相关知识，进行了粗略的分析和研究。综上分析，应对工作的主要任务是运用科学的方法，促进工作的开展。
参考文献
[1]蒯狄正，刘成民，万达.直流偏磁对变压器影响的研究[J].江苏电机工程，2013
[2]王梅义，吴竟昌，蒙定中.大电网系统技术[M].北京：中国电力出版社，2010
[3]薛向党，文剑莹，郑云翔.地磁感应电流消除方法初探[J].电力系统自动化，2011
【关键词】地磁感应 电网 稳定运行
一、前言
建电网安全稳定运行是保证电力工程质量优劣的首要前提，电力工程质量的优劣不仅关系到企业的生存发展，而且关系到国家和人民群众的生命财产安全，所以一定要加强应对地磁感应电流对电网安全稳定运行影响的措施。
二、电磁感应现象的概述
电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一，它显示了电、磁现象之间的相互联系和转化，对其本质的深入研究所揭示的电、磁场之间的联系，对麦克斯韦电磁场理论的建立具有重大意义。电磁感应现象在电工技术、电子技术以及电磁测量等方面都有广泛的应用。
若闭合电路为一个n匝的线圈，则又可表示为：式中n为线圈匝数，ΔΦ为磁通量变化量，单位Wb，Δt为发生变化所用时间，单位为ε为产生的感应电动势，单位为V。因磁通量变化产生感应电动势的现象，闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应。这种现象叫电磁感应现象。产生的电流称为感应电流。闭合线圈面积不变，改变磁场强度，磁通量也会改变，也会发生电磁感应现象。所以准确的定义如下：当穿过闭合电路的磁通量变化时电路中就有感应电流产生，这种利用磁场而产生的电流的现象叫感应电动势。
感应电动势的产生的条件是：穿过电路ΔΦ，无论电路闭合是否，只要磁通量变化了，就一定有感应电动势的产生。楞次定律是判断感应电流方向的。感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流磁通量的变化。首先明确闭合回路原磁场的方向。穿过闭合电路的ΔΦ是增加还是减小。由楞次定律是判断出感应电流的方向。或者也可以用右手定则判断出感应电流的方向。楞次定律中的阻碍是磁通量的变化，而不是阻碍磁通量。当磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反。当磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。即“增反减同”。阻碍导体的相对运动“来拒去留”。磁通量增加，线圈面积缩小，磁通量减小，线圈面积“扩招”。阻碍线圈自身电流变化自感现象。感应电流的方向的判断，可利用右手定则判断感应电流闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时感应电流方向。我们经常遇到切割的几种情况：①导体平动切割磁感线。②导体转动切割磁感线。③导体不动，磁场运动，等效的磁场不动，导体反向运动切割磁感线。
若导体不动，回路中磁通量的变化，应该用楞次定律是判断出感应电流的方向而不要用右手定则判断感应电流。若是回路中一部分导体做切割磁感线运动产生感应电流。用右手定则判断较为简单。用楞次定律是判断也可以，但较麻烦。从研究对象上说，楞次定律研究的是整個回路，右手定则研究的是闭合电路的一部分导体，即一段导体做切割磁感线运动。从使用范围上说，楞次定律可以用于磁通量的变化引起的感应电流的各种情况。包括一部分导体切割磁感线运动的情况，右手定则只是由于一段导体在磁场中做切割磁感线运动的情况。因此，右手定则是楞次定律的一种特殊情况。
三、地磁感应电流对电网设备的影响
1、对变压器
由于GIC的变化频率为0.001～0.1Hz，这种准直流性质的GIC进入变压器之后，与变压器的励磁电流相叠加，合成的励磁电流波形呈正负半波极不对称的形状，将导致变压器直流偏磁饱和。变压器偏磁饱和的主要危害表现在以下几方面：变压器励磁电流在饱和的半周很大，导致变压器铁心磁滞伸缩增加，噪声增大，以及变压器局部过热、绝缘老化和损耗增大。变压器饱和将向系统注入大量富含偶次和奇次的谐波，谐波电流会造成补偿电容器过负荷，并且可能导致继电保护的误动作。变压器从系统中吸收的感性无功功率急剧增大。系统的无功需求急剧变化，将可能导致整个系统的电压波动、系统解列，甚至电压崩溃。
2、对发电机
一般来说，GIC对发电机的影响相对较小。但当系统中流有GIC时，系统电压不平衡及其波形畸变可能对发电机造成危害，以及正、负序谐波电流流入发电机后，可能造成发电机过热、噪声增大和机械振动。对发电机的负序保护而言，是针对电网基波不平衡电流而设计的。因此，它不能正确地保护发电机免受GIC引起的正序和负序谐波电流所造成的侵害。
3、对继电保护
近年来，大多数电网已将电磁继电保护装置更换为数字（电子式）继电器。电磁继电器是通过检测电流有效值实现保护，而数字继电器则以检测电流的幅值为依据。因此，数字继电器对电流波形畸变（或谐波）很敏感。
研究表明，在变压器偏磁饱和谐波的情况下，数字继电器动作的正确性比电磁继电器低20%～30%。保护误动将造成输电线路、变压器或补偿电容器等退出运行，可能导致系统负荷转移或无功缺额增大，进而引发更严重的事故。
4、对SVC装置
静止无功补偿装置（SVC）对保证电网安全运行意义重大，但变压器半波饱和产生的2次谐波对SVC的影响很大。在强地磁暴期间产生的负序性质的2次谐波电流，将使晶闸管控制电抗器（TCR）装置的工作点发生偏移。TCR工作点平衡控制是为了滤除流过装置的直流电流而设计的，并不能减少电网电压波形的畸变程度。当装置因存在2次谐波电流而发生谐振时，TCR平衡控制减少了装置直流电流，同时将增大系统电压的畸变程度。
我国江苏阳-淮输电系统自2001年3月投运以来，系统中的上河变电站主变多次发现持续达1～2h的噪声异常现象，变电站750MVA变压器为日本三菱公司制造，经中日双方共同对录制的噪声分析认为，是GIC导致的变压器直流偏磁所致。近年来，与南方电网长距离输电系统相关的广东岭奥核电站，也多次检测到过变压器中性点的GIC和变压器发现过遭受磁暴侵袭的事件。因此，GIC是长距离输电系统值得关注和研究的问题。
四、应对地磁感应电流对电网安全稳定运行影响的措施
1、GIC的补偿和消除方法
电力系统中的GIC通过长距离三相输电线、电力变压器的中点接地线和电力变压器一侧的三相绕组形成闭合回路。可通过电流传感器测量各相电流，并经傅氏级数分析，得到的直流分量即为线路中的GIC。
2、补偿、削弱和消除GIC方法的探讨
（一）、补偿GIC方法
外加直流电源补偿GIC方法要求外加的直流电源可以调节，使每相补偿绕组中的补偿电流能补偿GIC产生的磁势。这是一种有源的GIC补偿方法。自激补偿GIC方法不需外加直流电源，其补偿电流随着GIC的变化自行调节，但要求每相补偿绕组的匝数为GIC侧相绕组匝数的1/3。
3、削弱GIC方法
串电阻的GIC削弱方法。这种方法是把非线性电阻或线性电阻设备串入电力变压器中点与地之间，根据GIC的大小，通过对非线性或线性电阻的调节，保证电力变压器中线GIC数值在规定的范围内。这属于无源的GIC削弱方法。
五、结束语
从实践出发对当前地磁感应电流对电网安全稳定运行的影的相关知识，进行了粗略的分析和研究。综上分析，应对工作的主要任务是运用科学的方法，促进工作的开展。
参考文献
[1]蒯狄正，刘成民，万达.直流偏磁对变压器影响的研究[J].江苏电机工程，2013
[2]王梅义，吴竟昌，蒙定中.大电网系统技术[M].北京：中国电力出版社，2010
[3]薛向党，文剑莹，郑云翔.地磁感应电流消除方法初探[J].电力系统自动化，2011