干式空心直流平波电抗器磁场分布与屏蔽研究

作者:杨嘉萌;王亚莉;张雯芳;孙优良;谈翀;吴观斌;冯迎春; 刊名:高压电器 上传者:朱文芬

【摘要】高压直流输电的快速发展使得平波电抗器成为换流站电磁污染的主要来源。为降低平波电抗器周围的空间磁场,对胶东±660 kV换流变电站满负荷运行条件下极母线平波电抗器的空间磁感应强度进行测量得到平波电抗器实际的磁感应强度分布,通过数据处理消除了地磁场对测试数据的明显影响,建立了平波电抗器在静磁场下的磁场分布模型并结合测量数据验证了计算模型的准确性。最终提出了几种磁场屏蔽方案,通过比较不同材料、尺寸及位置下屏蔽体的屏蔽效果的比较,得出了最优的屏蔽体架设方案。

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〇引言电抗器作为感性元件广泛应用于电力系统中,起到无功补偿、限流、稳流、滤波、移相等作用,是输电工程中重要的电力设备n_21。平波电抗器一般串接在换流器与直流线路之间,用来降低高压直流输电系统中整流后直流线路中的电流、电压脉动,以得到更加平稳的电流。同时应用于技术性能要求较高的大功率直流电气传动装置中,以降低直流回路的脉动电流分量。电抗器根据导磁结构不同可分为铁心电抗器和空心电抗器,其中空心电抗器以空气作为导磁介质,因此周围空间磁感应强度相比Project Supported by Science and Technology Projects of SGCC(SGSG0(XX)JSJS1700014).于铁心电抗器较大。直流输电工程中的平波电抗器是空心电抗器的一种,用于减少谐波电流、限制短路电流、防止换相失败和轻负荷运行时电流断续,但漏磁严重使其成为换流站内的主要强磁场源之一[3_41。随着电网等级的不断提升,以及人们对电磁环境安全意识的提高,输变电工程带来的电磁污染越来越受到重视。因此,有必要对平波电抗器的空间磁场进行研究,并分析其影响。空心电抗器的磁场分布研究,常采用解析计算、数值计算与试验测量3种方法151。解析计算法是基于Biot-Savart定律对积分公式进行求解。数值计算法是基于麦克斯韦方程对求解域进行离散,常用的数值计算方法有有限元差分法、有限元法、边界元法等。试验测量法需要耗费大量的人力物力,但能够得到电抗器磁场分布的真实数据。目前针对空心电抗器磁场的研究主要集中在工频条件下的磁场分布。文[6]对变电站内空心电抗器的磁场分布进行了试验测量和数值计算,计算值与测量值吻合度较高。文[7]通过仿真计算分析了三相空心电抗器组的安装高度和相间距离对周围工频电磁场分布的影响。文[8]通过试验测量分析了工频下空心电抗器周围金属设备的涡流损耗发热情况。文[9]和文[10]在空心电抗器磁场分布的基础上研究了磁场屏蔽措施,比较了不同防护体架设方案的屏蔽效果。当前也有一些针对直流条件下的空心电抗器磁场分布研究。文[11]建立了干式平波电抗器的等效电路模型,计算了绕组漏磁场分布、并联支路电流和电感,但未进行试验测量。文[12-13]对干式平波电抗器的磁场分布进行了测量,但其测量范围仅限于极母线平波电抗器的一侧,未考虑地磁场和满负荷运行情况对测量结果的影响。针对以上研究的不足,文中通过测量胶东±660 kV换流变电站极母线直流平波电抗器周围南、北、西三面的空间磁感应强度分布,并分析地磁场的影响,将测量数据与仿真计算结果进行了比较。为降低平波电抗器周围的空间磁场,提出了磁场屏蔽措施,通过比较不同材料、尺寸及位置下屏蔽体的屏蔽效果,提出了最优的屏蔽体架设方案,为平波电抗器空间磁场的改善提供依据,针对换流站平波电抗器空间磁场干扰提出空间磁场干扰抑制措施适应了现代电网发展的迫切需求。1平波电抗器磁场分布测量11.1测试条件与仪器以胶东±660 kV换流站的极I极母线平波电抗器(以下简称“极母平抗”)为研究对象,平波电抗器位于换流器与直流线路之间,极II平抗位于极I平抗北侧约150 m,东侧为极II阀厅,电抗器参数及围栏尺寸与极I平抗相同。由于两电抗器之间距离很远,运行时相互之间没有影响。该换流站双极额定容量4 000 MW,额定电压±660 kV,额定电流3 030 A,双极满负荷运行。站内每极装设平波电抗器4台,单台额定电感值为75 mH,总电感值为300 mH,其中极母线装设1台,中性线装设3台。极母平抗型号为PKK-660-3030-75G,由北京电力设备

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