三峡直流输电对江苏电网设备影响的试验研究

三峡直流输电对江苏电网设备影响的试验研究CONTENTS目录01项目背景与工程概况02试验研究方案设计03变压器直流偏磁影响分析04电网谐波与继电保护影响CONTENTS目录05接地网腐蚀影响评估06直流偏磁限制措施研究07研究成果与工程意义08工程案例与经验推广01项目背景与工程概况三峡输电系统工程背景国家能源战略核心工程定位三峡输电系统工程是1992年经全国人大批准的国家能源重点项目，作为国家能源战略核心工程，其论证与建设历时近20年，构建了全球规模最大、技术最复杂的交直流混合输电系统。漫长的可行性研究阶段工程论证历时30余年，其中1958-1992年为可行性研究阶段，重点论证供电范围与经济性；1992-1995年完成输电方式、电压等级及规模的系统规划；1995-2002年通过仿真模拟优化系统可靠性。资金筹集与动态投资基于"谁受益、谁负担"原则，通过征收三峡电网建设基金等多渠道筹集动态资金，工程动态总投资达615亿元，为工程的顺利实施提供了坚实的资金保障。工程建设周期与覆盖范围三峡输电系统工程建设周期为1992-2011年，截至2011年3月，包含的92项单项工程全部完工。该工程覆盖华中、华东等160多个县级行政区，形成6519公里交流线路与2965公里直流线路组成的总长达9484公里的输电网络。三峡-江苏直流输电工程参数

工程名称与输送容量三峡-常州直流输电工程，输送容量为3000MW。

电压等级与线路长度电压等级为±500kV，输送距离达860km。

换流站位置整流站位于三峡电站附近的龙泉换流站，逆变站位于江苏常州的政平换流站。江苏电网受电需求与挑战

01江苏电网受电需求背景三峡500kV直流输电（湖北龙泉-江苏政平）作为国家能源重点项目，承担向江苏电网输送电力的重要任务，以满足华东地区经济社会发展对电力的需求。

02受电过程中出现的设备问题自2022年12月至2022年4月单极对地调试和试运转以来，常州武南两组500kV主变压器出现噪声大幅度上升（上升20dB），政平换流站滤波器切换试验造成武南变电所故障录波器多次启动等问题。

03应对挑战的试验研究意义针对上述问题开展试验研究，其成果对于江苏电网顺利接受三峡来电，确保江苏电网和常州武南变电所的安全运转具有重要意义。02试验研究方案设计研究目标与范围核心研究目标针对三峡直流输电对江苏电网设备产生的影响，深入分析其作用机理，评估潜在风险，并研究制定有效的限制措施，以确保江苏电网及相关变电所的安全稳定运转。主要研究对象重点研究三峡直流输电对变压器（如武南变电所500kV主变压器）、电网谐波、继电保护装置以及变电所接地网腐蚀等方面的影响。关键研究内容包括直流偏磁对变压器的影响（中性点电流、噪声、振动、温升等）、换流站滤波器切换引发的电网谐波问题、直流偏磁限制措施以及地网腐蚀评估等。试验范围与地点结合三峡龙政直流输电系统大负荷试验，在500kV武南、220kV常州鬲湖等10多个变电站以及利港和谏壁电厂开展参数测试与研究。测试站点与设备选取

重点测试变电站选取结合三峡龙政直流输电系统大负荷试验，选取了500kV武南变电站、220kV常州鬲湖变电站等10多个变电站进行测试。

相关电厂测试对象测试范围涵盖利港电厂和谏壁电厂，对其相关设备参数进行监测。

核心测试设备类型主要针对主变压器，重点监测其中性点电流、噪声和谐波等参数。测试参数与方法01测试时间与范围2022年4月至5月，结合三峡龙政直流输电系统大负荷试验，在500kV武南、220kV常州鬲湖等10多个变电站及利港、谏壁电厂开展测试。02关键测试参数重点测试主变压器中性点电流、噪声、谐波等参数，在直流输电1540MW、地中电流3320A方式下，武南变500kV主变中性点直流电流最大达10.4A，噪声最高91.4dB。03变压器直流偏磁试验方法通过施加不同直流偏磁电流（如4.27A），测试铁心拉板温升、绕组热点温升及噪声变化，分析对变压器的影响程度。04保护装置测试方法将换流站滤波器切换时的电流、电压波形数据文件通过OMICRON试验装置还原为模拟量信号，注入ABBREL561和GEALPS线路保护装置进行测试。试验工况设置试验时间安排2022年4月至5月，结合三峡龙政直流输电系统的大负荷试验开展相关测试工作。测试站点选择选取了500kV武南和220kV常州鬲湖等10多个变电站，以及利港和谏壁电厂作为测试站点。关键测试参数重点测试主变压器的中性点电流、噪声和谐波等参数。典型运行方式在直流输电1540MW，地中电流3320A的大方式下进行测试，此工况下500kV武南变受影响最大。03变压器直流偏磁影响分析中性点直流电流测试结果测试背景与范围2022年4月至5月，结合三峡龙政直流输电系统大负荷试验，在500kV武南、220kV常州鬲湖等10多个变电站及利港、谏壁电厂，对主变压器中性点电流等参数进行测试。最大中性点直流电流在直流输电1540MW、地中电流3320A的大方式下，500kV武南变受影响最大，其500kV主变压器中性点直流电流最大达10.4A。典型直流偏磁电流值武南主变压器在直流偏磁电流为4.27A的情况下，开展了铁心拉板温升、绕组热点温升等相关影响研究。变压器温升特性研究

铁心拉板温升测试结果武南主变压器在直流偏磁电流为4.27A时，铁心拉板温升为20℃，该温升不会给变压器带来实质危害。绕组热点温升测试结果在变压器100%额定负荷和最大直流偏磁（4.27A）条件下，变压器最高绕组热点温升为80.5K，超过允许值（78K）2.5K，但此差异不会给变压器绝缘的寿命带来实质性的影响。噪声与振动异常分析

噪声异常现象在直流输电1540MW、地中电流3320A的大方式下，500kV武南变500kV主变压器噪声最高达91.4dB，较正常情况大幅上升，且超过了变压器的噪声合同值(85dB)。

振动加剧问题直流偏磁引起变压器振动加剧，可能导致变压器内有关部件松动，进而威胁变压器的安全运转，此问题远比温升和噪声问题更为严重。

噪声频谱特征直流偏磁下，变压器噪声的频谱出现明显的奇次波噪声，这是变压器受到直流偏磁的重要特征之一。油色谱检测结果与评估异常检测情况

在持续14天的直流偏磁运转后，武南变电所一相变压器油中出现微量乙炔。检测结果评估

微量乙炔的出现提示变压器内部可能存在局部放电或过热等早期故障迹象，需引起重视。后续建议措施

针对此情况，应缩短油色谱的检测周期，加强对变压器运行状态的密切监测，以便及时发现和处理潜在问题，确保变压器安全稳定运行。不同铁心型式变压器影响差异

影响差异的核心因素直流偏磁对变压器的影响程度主要取决于变压器铁心型式，不同铁心结构在零序磁通流通路径上存在差异。

零序磁通回路与影响关联性凡是零序磁通能流经铁心回路的变压器型式，受直流偏磁的影响都比较大，这是判断铁心型式影响的关键特征。

中性点直流电流分配特性试验研究表明，变压器中性点的直流电流对各相绕组是均匀分配的，其影响程度主要由铁心结构对零序磁通的传导能力决定。04电网谐波与继电保护影响谐波水平测试与分析谐波问题的主要诱因三峡直流输电单极对地运转和直流换流站切换滤波器时，均会引起电网谐波大幅度上升，其中换流站切换滤波器时的谐波影响更为显著。谐波对继电保护装置的影响测试通过OMICRON试验装置将换流站滤波器切换时的波形数据还原为模拟量信号，注入到ABB公司的REL561和GE公司的ALPS线路保护装置，未导致保护装置误动。谐波叠加故障对保护范围的影响三相故障时叠加谐波，保护范围将扩大约8.5%，但保护装置的动作行为仍正确，此问题可在保护整定时加以注意，避免系统内保护不正确动作。滤波器切换对谐波的影响

滤波器切换谐波特征直流输电单极对地运转和换流站滤波器切换时均会引起电网谐波上升，其中滤波器切换导致的谐波增幅更为显著。

保护装置抗谐波性能测试通过OMICRON试验装置将滤波器切换时的电流、电压波形数据还原为模拟量，注入ABBREL561和GEALPS线路保护装置，未发生误动情况。

谐波对保护范围的影响三相故障叠加谐波时，保护范围约扩大8.5%，但保护装置动作行为仍正确，可通过保护整定时的参数调整避免不正确动作。继电保护装置动作特性试验

滤波器切换谐波影响测试将直流换流站滤波器切换时的电流、电压波形数据文件通过OMICRON试验装置还原为模拟量信号，注入到ABB公司的REL561和GE公司的ALPS线路保护装置，未导致保护装置误动。

三相故障叠加谐波测试三相故障时叠加谐波，保护范围将扩大约8.5%，但保护装置的动作行为仍正确。此问题在保护整定时加以注意，不会造成系统内保护不正确动作。故障情况下保护范围变化评估

谐波叠加对保护范围的影响三相故障时，叠加谐波后保护范围扩大约8.5%。

保护装置动作行为验证经试验，叠加谐波情况下保护装置动作行为仍正确。

保护整定的注意事项该问题在保护整定时加以注意，不会造成系统内保护不正确动作。05接地网腐蚀影响评估地中直流电流分布特性

地中电流对变电站接地网的腐蚀影响三峡直流输电单极对地运转时，地中直流电流会加速地网的腐蚀。经实测和计算，武南变电所地网边缘接地体的电流密度比其他部位的最小电流密度高约一倍，但差别不大。

地网腐蚀量评估按照武南变电所平均每年1个月的地中电流为40A计算，50年中的腐蚀量约1500kg，仅为地网接地体总量的3%，腐蚀不严重，可以接受。接地体电流密度测试结果

地网不同部位电流密度差异武南变电所地网边缘接地体的电流密度比其他部位的最小电流密度高约一倍，整体差别不大。

地网腐蚀量评估按照武南变电所平均每年1个月的地中电流为40A计算，50年中的腐蚀量约1500kg，仅为地网接地体总量的3%。

腐蚀程度结论综合测试与计算结果，三峡直流输电单极对地运行时，地中直流电流对武南变电所接地网的腐蚀不严重，可以接受。长期腐蚀量预测与评估

地网不同部位电流密度差异经实测和计算，武南变电所地网边缘接地体的电流密度比其他部位的最小电流密度高约一倍，差别不大。

地中电流作用时长与腐蚀量计算按照武南变电所平均每年1个月的地中电流为40A计算，50年中的腐蚀量约1500kg。

腐蚀量占接地体总量比例评估计算得出的50年腐蚀量1500kg，仅为地网接地体总量的3%，腐蚀不严重，可以接受。06直流偏磁限制措施研究中性点直流监测设备应用

监测设备的核心功能用于监视变电所主变中性点直流电流情况，可监测直流输电、太阳磁暴等因素对主变中性点直流电流的影响，以便及时采取相应措施。

设备的安装方式主要采用穿心式霍尔电流互感器安装在主变压器中性线上，适用于电网和用户对高压变压器中性点直流电流进行监测。

监测设备的应用意义通过实时监测中性点直流电流，为评估直流偏磁对变压器的影响、判断地网腐蚀情况以及采取限制措施提供数据支持，保障电网设备安全稳定运行。限流方案原理与比较

中性点注入反向直流电流原理：通过向变压器中性点注入与偏磁电流方向相反的直流电流，以抵消中性点直流电流。现场4.3A实际抵消试验表明，该方法原理正确，效果明显，实施简单安全。

中性点串限流电阻原理：在变压器中性点串联电阻，增加回路阻抗，从而限制直流电流。该方法通过阻抗分压来降低流入变压器的直流分量，实现限流目的。

中性点串电容器原理：利用电容器对直流电流的阻隔作用，在中性点串联电容器以阻断直流通路。此方法可有效阻止直流电流进入变压器，但需考虑交流系统的正常运行需求。

改变系统直流电流分布原理：通过调整电网结构或运行方式，改变直流电流在地网中的分布路径，减少流入敏感变压器的直流电流。该方案需结合电网拓扑和运行工况综合优化。反向直流电流注入试验效果

试验方法在主变压器中性线上安装设备，注入反向直流电流以抵消原有直流偏磁电流。

现场试验数据经现场4.3A的实际抵消试验，验证了该方法的有效性。

试验结论该方法原理正确，效果明显，实施过程简单且安全，可作为限制变压器直流偏磁的有效措施。其他限流措施可行性分析

中性点串限流电阻在变压器中性点串联限流电阻，可通过增加回路阻抗来限制直流电流。该方法原理简单，但需考虑电阻的功率损耗及对系统接地方式的影响。

中性点串电容器利用电容器的隔直特性，在中性点串联电容器可阻断直流电流通路。此方案需结合系统无功补偿需求，避免对交流系统正常运行产生不良影响。

改变系统直流电流分布通过调整电网结构或运行方式，改变直流电流在地网中的分布路径，从而降低特定变电站的中性点直流电流。该措施需进行系统级的仿真与优化设计。07研究成果与工程意义关键试验结论总结

变压器直流偏磁影响评估在直流偏磁电流为4.27A时，武南主变压器铁心拉板温升20℃，绕组热点温升80.5K（超过允许值2.5K），但均未对变压器绝缘寿命造成实质性影响；噪声最大上升21.1dB，超过合同值，振动加剧可能导致部件松动，一相变压器持续14天偏磁运转后油中出现微量乙炔。

电网谐波与保护装置影响直流换流站滤波器切换时电网谐波上升显著；通过OMICRON试验装置回放波形注入REL561和ALPS保护装置，未导致误动；三相故障叠加谐波时保护范围扩大约8.5%，动作行为仍正确。

接地网腐蚀与限流措施效果武南变电所地网边缘接地体电流密度比其他部位高约一倍，按每年1个月40A地中电流计算，50年腐蚀量约1500kg，仅为接地体总量的3%，腐蚀不严重；变压器中性点注入反向直流电流的限流方法，经4.3A实际抵消试验，原理正确、效果明显、实施简单安全。对江苏电网安全运行的保障作用

明确设备耐受边界试验确定了武南主变在直流偏磁电流4.27A时，铁心拉板温升20℃，绕组热点温升80.5K（仅超允许值2.5K），均不会带来实质性危害，为设备安全运行提供数据支撑。

验证保护装置可靠性通过OMICRON试验装置回放滤波器切换波形，注入REL561、ALPS等保护装置未发生误动；三相故障叠加谐波时保护范围扩大8.5%，但动作行为仍正确，保障了继电保护系统稳定。

评估地网腐蚀风险实测表明武南变电所地网边缘接地体电流密度差异不大，按每年1个月40A地中电流计算，50年腐蚀量约1500kg，仅为地网总量3%，腐蚀程度可接受，确保接地系统长期安全。

提供针对性防控措施提出中性点注入反向直流电流等限流方案，现场4.3A抵消试验效果明显；研发穿心式霍尔电流互感器监测装置，可实时监视中性点直流电流，为及时采取措施提供技术手段。技术标准与规范贡献构建超高压输变电技术标准体系三峡输电系统工程在基础研究领域，建成电力系统仿真中心等科研设施，构建了超高压输变电技术标准体系，为我国电网工程建设提供了重要的技术规范支撑。确立交直流混联电网规划设计国际标准该工程的成功实施，创造了多项世界之最，实现了我国电网规划能力从跟随到引领的跨越，确立了交直流混联电网规划设计的国际标准体系。为后续特高压工程提供技术范式其完整的技术体系和工程范式，为我国后续特高压工程建设提供了