电网gic及衍生干扰采集与监控技术研究

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1、电网GIC及衍生干扰采集与监控技术研究第1章绪论1.1课题的提出空间天气的作用下，在地球表面导电性能良好的人工导体系统中，会产生地磁感应电流(GeomagicallyInducedCurrent,简称GIC)。GIC在大地、输电线路以及接地的变压器中性点之间流通，它的频率在0.0001?O.lHz之间，对于电力系统50Hz的工频来说相当于准直流[1，2]。GIC对电力系统的安全运行会产生不利影响，如：无功功率波动，继电器误动作，变压器中谐波电流增大，振动噪声加剧等[3-8]。自二十世纪四十年代美国首次发现GIC影响以

2、来，在高炜度地区发生过多次GIC影响电力系统安全稳定运行的事故，造成数台变压器损坏，其中影响最广最著名的就是加拿大魁北克和瑞典马尔默的大规模停电事故1991年5月28日在强烈的空间天气作用下，魁北克一新英格兰五端直流输电系统中的Radisson换流站的一组直流滤波器发生过载现象而退出运行，交流滤波器也严重超载，该系统是世界上规模最大的多端直流输电系统[12]。近年来，由于太阳活动越来越频繁以及各国输电线路电压等级的提高，日本、新西兰、南非等中低讳地区国家的电网也受到了GIC的影响。随着我国西电东送，全国联网战略的实施

3、，以及特高压电网建设的开工，浙江、江苏等地的长距离输电系统也遭受了GIC的侵袭，造成变压器振动加剧、噪声异常等事故的发生[16，17]。由此可见，GIC已经影响到了我国电网的安全运行。..1.2国内外研究现状北美、北欧等处于高讳度地区的国家由于发现GIC影响早且影响事故频发，所以这些国家幵展GIC的研究也比较早，且取得了一定的研宄成果。他们除建立了计算模型外，还对电网GIC及其衍生信息进行了监测，建立了预报系统，并针对GIC的影响采取了防范措施芬兰对GIC的研宄开展的早且水平高，早在二十世纪七十年代后期，该国气象研宄

4、院就与Fingrid电力公司合作对400kV电网的GIC信息进行了釆集[22];1996-2000年，加拿大的研宄人员开展了一系列GIC研究，并针对GIC影响提出了电网改造的建议[23];1992年美国建立了SUNBRST系统监测20多个变电站的GIC影响[18，19]。为了实现对磁暴的预测，从而避免GIC影响，在1997年美国国家航空和宇宙航行局(NASA)联合发射了ACE卫星；在2000年左右英国也实现了电网GIC实时信息采集工作【24】；此外，1990年开始，瑞典、南非、日本等国都先后开展了GIC监测、预警和防

5、治工作，且技术日趋成熟。从上世纪八十年代开始国外就已经通过实验的方法对电网GIC影响进行研宄：文献[25<26]在变压器中性点加直流来模拟电网Gic，分析了不同类型的变压器在GIC影响下励磁电流的变化，发现GIC对变压器产生的影响程度与变压器的结构有关，影响程度最小的是三相三柱变压器，三相组式（单相）变压器的影响程度最大。文献[27]通过实验的方法分别分析了735KV、370MVA和735KV、550MVA心式变压器在GIC作用下的铁心元件损耗、铁心损耗、绕组损耗和变压器的温升情况。但是过去的实验研究也存在着一

6、定的局限性。在以往的实验中，一般采用变压器空载运行，这样就忽略了负载电流的影响，从而对实验结果造成了一定误差。..第2章GIC信息采集与监测技术2.1GIC的特性当强烈的空间天气风暴发生时会引起地球磁场的扰动，这时会发生全球性的磁场变化现象，这种现象称为磁暴。太阳风、地震等自然现象或原子弹爆炸都会引发磁暴，其中太阳风引起的磁暴最为常见也危害最大。根据电磁感应定律可知：空间天气的作用下，全球磁场发生变化，大地中感应出电场，在地球表面导电性能良好的人工导系统中会产生GIC，这就是电网中GIC的。GIC在大地、输电线路以及

7、接地的变压器中性点之间流通，中性点的GIC是每相线路GIC的三倍，如图2-1所示[32]。电网中流通的GIC的大小与输电线路长度、地质条件、变压器结构等很多因素有关。输电线路越长，地面电势越大，产生的GIC也越大。GIC的频率成分一般为0.1~0.0001Hz之间，对于50Hz的工频来说相当于准直流，其值可达8(M00A以上，在一些自稱变压器中已测得GIC值超过200A。太阳风流动的方向多为东西向，所以由其引发的磁暴和进而出现的电网GIC都具有较强的方向性。此外，GIC还具有海岸效应，由于水的电导率较高，水中的感应电

8、流与电导率相对很低，所以在海岸上也会产生很大的GIC。.2.2GIC信息采集方法研究GIC是频率为0.0001Hz~0.1Hz的准直流电流，用普通的电磁式电流互感器无法对其进行有效的测量。本文首先研宄了釆用磁通门传感器和霍尔传感器提取GIC信号的方法，并在传统霍尔传感器的基础之上研究了一种新型霍尔传感器用于GIC信号的采集。磁通门传感器是利用高