劉 民，姚金霞，牛新生，徐志恒

（山東電力研究院，山東 濟(jì)南 250002）

1 概述

自20世紀(jì)50年代高壓直流（HVDC）輸電技術(shù)興起后，經(jīng)50多年的發(fā)展，已日趨成熟。20世紀(jì)80年代以來，隨著可控硅技術(shù)以及大電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，HVDC技術(shù)取得了階躍性的發(fā)展。特別是光纖和計(jì)算機(jī)等新技術(shù)的發(fā)展，使直流輸電系統(tǒng)不斷進(jìn)步，輸電容量不斷增大，可靠性進(jìn)一步提高。高壓直流輸電目前是世界上作為解決高電壓、大容量、長距離送電和異步聯(lián)網(wǎng)的重要手段。

1.1 直流輸電的優(yōu)點(diǎn)

直流輸電不存在兩端交流系統(tǒng)之間同步運(yùn)行的穩(wěn)定性問題，其輸送能量與距離不受同步運(yùn)行穩(wěn)定性的限制。

用直流輸電聯(lián)網(wǎng)，便于分區(qū)調(diào)度管理，有利于在故障時(shí)交流系統(tǒng)間的快速緊急支援和限制事故擴(kuò)大。

直流輸電控制系統(tǒng)響應(yīng)快速、調(diào)節(jié)精確、操作方便、能實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)控制。

直流輸電線路沿線電壓分布平穩(wěn)，沒有電容電流，不需并聯(lián)電抗補(bǔ)償。

1.2 直流輸電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

換流閥。最近10年，換流閥的制造技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，可控硅元件的尺寸和參數(shù)迅速增加，目前工程上廣泛采用小于100 mm元件。在建工程上采用小于125 mm元件。目前單片可控硅元件額定電壓已達(dá)10 kV額定電流達(dá)4 000 A，元件可靠性進(jìn)一步提高，并開發(fā)出帶一定保護(hù)功能的光直接觸發(fā)可控硅。換流閥的冷卻技術(shù)更加完善，出現(xiàn)了并聯(lián)冷卻、串聯(lián)冷卻的各種防腐技術(shù)。換流閥的安裝方式進(jìn)一步完善，由模塊式發(fā)展到混合式，更利于檢修維護(hù)。

濾波器。直流輸電一般采用無源濾波器對諧波進(jìn)行抑制，但無源濾波器存在一些難以克服的缺點(diǎn)，容易與電力系統(tǒng)發(fā)生諧振；補(bǔ)償效果依賴于系統(tǒng)阻抗特性；受溫度漂移及電網(wǎng)上諧波污染；濾波電容老化及非線性負(fù)荷變化的影響。現(xiàn)已出現(xiàn)自動(dòng)可調(diào)交流濾波器及有源電力濾波器。

輕型高壓直流輸電。輕型高壓直流輸電是電壓源換流器在直流輸電中的具體應(yīng)用，是最近幾十年發(fā)展起來的最有潛質(zhì)的電力傳輸系統(tǒng)。它具有改變未來輸電方式的潛力，尤其適用于小型的發(fā)電和輸電應(yīng)用，它將高壓直流輸電的經(jīng)濟(jì)應(yīng)用功率范圍降低到幾十兆瓦，它采用GTO、IGBT等可關(guān)斷的器件組成換流器，省去了換流變壓器；整個(gè)換流站可以搬遷，可以使中型的直流輸電工程在較短的輸送距離也具有競爭力；可使一些小電力系統(tǒng)方便地接入大電網(wǎng)，特別是頻率不穩(wěn)定的風(fēng)力發(fā)電、小水電站等，它們的接入對電網(wǎng)沒有任何影響。此外，可關(guān)斷的器件組成的換流器，可以免除換相失敗，對受端系統(tǒng)的容量沒有要求，故可用于向孤立小系統(tǒng)（海上石油平臺、海島）的供電，今后還可用于城市配電系統(tǒng)，并用于接入燃料電池、太陽能發(fā)電等分布式電源。

1.3 寧東—山東±660 kV直流輸電工程的特點(diǎn)

寧東—山東±660kV直流輸電工程是國家實(shí)施西電東送重點(diǎn)項(xiàng)目之一，工程輸電容量為4000 MW，采用±660 kV電壓等級；該工程起點(diǎn)為寧夏回族自治區(qū)的銀川東換流站，止于山東省的青島換流站，線路全長1 335 km。

寧東—山東±660 kV直流輸電工程是我國±660 kV直流電壓等級序列的第一條直流工程，該電壓等級在國內(nèi)沒有工程建設(shè)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)施上總體難度雖低于特高壓直流工程，但在某些方面的技術(shù)難度超過了特高壓直流工程，如：換流變壓器制造和大件運(yùn)輸方面、線路長距離同桿并架技術(shù)的應(yīng)用方面等。該工程對后續(xù)規(guī)劃的±660 kV直流輸電工程具有重要的示范作用，是建設(shè)±660 kV電壓等級序列的標(biāo)志性工程，意義重大。

寧東—山東±660 kV直流輸電工程創(chuàng)造了7個(gè)世界第一：

（1）世界上首次采用±660 kV電壓等級；

（2）世界上電壓等級最高的單個(gè)12脈動(dòng)閥組（±660 kV）；

（3）世界上單臺容量最大的單相雙繞組換流變壓器（約402 MVA）；

（4）世界上單臺運(yùn)輸重量最大的單相雙繞組換流變壓器（350 t）；

（5）世界上容量最大的單個(gè)12脈動(dòng)換流器（2 000 MW）;

（6）世界上首次將干式平波電抗器置于戶內(nèi)場（寧東）；

（7）世界上首次在大容量直流輸電工程中采用在極線上（1×75 mH）和中性線上（3×75 mH）不對稱布置平波電抗器。

1.4 寧東—山東直流輸電工程額定電壓選擇依據(jù)

額定直流電壓是在額定直流電流下輸送額定直流功率所要求的直流電壓的平均值，通常額定電壓是基于額定電流的選取和輸送功率的要求確定的，同時(shí)需要考慮經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境影響等因素。

我國已建成7個(gè)±500 kV直流輸電工程，基本形成了±500 kV直流輸電的標(biāo)準(zhǔn)模式，并開始研究和建設(shè)西南水電送華東、呼盟火電送華北以及國外送電等多項(xiàng)±800 kV直流輸電工程。因此將±500 kV和±800 kV作為序列中的兩個(gè)基本電壓等級既考慮了現(xiàn)狀，又滿足了未來直流技術(shù)發(fā)展方向。

但是，±500 kV和±800 kV兩個(gè)電壓等級直流組合匹配能夠獲得的直流輸電容量方案有限，無法滿足我國輸電多樣化需求。在規(guī)劃的直流輸電項(xiàng)目中，西北寧東煤電送華北、彬長煤電送華東、溪洛渡水電送華中等近10個(gè)直流輸電工程的輸電距離為1 000～1 400 km。如果采用±500 kV直流系統(tǒng)，由于其經(jīng)濟(jì)輸電距離為1 000 km以下，損耗較大、經(jīng)濟(jì)性偏差；采用±800 kV直流，其經(jīng)濟(jì)輸電距離為1 400 km以上，且工程投資較高?？紤]直流系統(tǒng)與送端電源規(guī)模相匹配的原則，需引入一個(gè)介于±500 kV與±800 kV之間電壓等級和輸電容量的直流系統(tǒng)。為了提高制造和設(shè)計(jì)的通用化水平，通過選用與±500 kV直流相同的換流閥片，增加串接數(shù)目提升直流電壓達(dá)到提高輸電能力的目的。在滿足輸電能力需求的情況下，避免新閥片的研制。根據(jù)多方因素的優(yōu)化比較，在1 000～1 400 km輸電距離區(qū)間內(nèi)，采用±660 kV直流系統(tǒng)最為經(jīng)濟(jì)，其額定輸電功率達(dá)到3 960 MW?！?60 kV電壓等級直流輸電系統(tǒng)可以采用單12脈動(dòng)換流閥和單相雙繞組換流變壓器，具有接線布置簡單、可靠性高、投資節(jié)省、占地少的特點(diǎn)，大件運(yùn)輸問題也可以解決。而且，±660 kV電壓等級直流可基本利用現(xiàn)有設(shè)備及制造能力，發(fā)展難度小，生產(chǎn)、設(shè)計(jì)和建設(shè)能夠較快形成標(biāo)準(zhǔn)化。

2 國內(nèi)有關(guān)單位直流輸電調(diào)試、監(jiān)督工作的開展情況

2008年11月，山東電力研究院派專人到國網(wǎng)網(wǎng)聯(lián)直流工程公司、中國電科院、湖北電力試驗(yàn)研究院、廣東電力科學(xué)研究院、華東電力試驗(yàn)研究院、青海電力研究院等單位進(jìn)行調(diào)研，并到南方電網(wǎng)超高壓輸變電公司廣州換流站現(xiàn)場觀摩，了解直流工程調(diào)試項(xiàng)目，直流工程投運(yùn)后研究院可以開展哪些監(jiān)督服務(wù)工作，直流工程對山東電網(wǎng)穩(wěn)定的影響、對電能質(zhì)量的影響，并收集了相關(guān)資料。

2.1 網(wǎng)聯(lián)直流工程公司開展情況

網(wǎng)聯(lián)直流工程公司負(fù)責(zé)國網(wǎng)公司±660 kV直流工程的前期規(guī)劃、成套設(shè)計(jì)、調(diào)試和設(shè)備監(jiān)造。據(jù)當(dāng)時(shí)了解（±660 kV寧東—山東直流輸電工程現(xiàn)已于2011年2月28日正式雙極投入運(yùn)行），±660 kV寧東—山東直流輸電工程爭取于2008年底開工，2010年上半年開始分系統(tǒng)調(diào)試，下半年底單級投產(chǎn)，2011年2月底實(shí)現(xiàn)雙極投運(yùn)，建設(shè)工期為24個(gè)月。當(dāng)時(shí)，各主設(shè)備采購技術(shù)規(guī)范已編制完成，即將進(jìn)行招投標(biāo)工作。另外網(wǎng)聯(lián)公司從靈寶背靠背換流站開始，將換流站二次控制和保護(hù)功能在進(jìn)行現(xiàn)場聯(lián)合調(diào)試之前，先在RTDS仿真試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)很多軟件邏輯和各廠家之間配合存在的問題，為現(xiàn)場調(diào)試提前解決了許多問題、保證了現(xiàn)場調(diào)試的順利開展。寧東—山東±660 kV直流輸電工程，也在二次控制和保護(hù)設(shè)備在現(xiàn)場安裝調(diào)試之前，先在網(wǎng)聯(lián)直流工程公司的RTDS仿真試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行了半年的仿真調(diào)試試驗(yàn)，我院技術(shù)人員提前半年介入RTDS仿真調(diào)試試驗(yàn)，系統(tǒng)地了解和學(xué)習(xí)了二次控制和保護(hù)設(shè)備有關(guān)的調(diào)試程序和出現(xiàn)的技術(shù)問題，為后續(xù)的現(xiàn)場調(diào)試試驗(yàn)，打下了良好的人員和技術(shù)基礎(chǔ)。

2.2 中國電力科學(xué)研究院開展情況

中國電力科學(xué)研究院主要負(fù)責(zé)直流工程投產(chǎn)前的端對端系統(tǒng)調(diào)試，包括系統(tǒng)計(jì)算、調(diào)試方案編制等工作，完成了葛南、天廣、貴廣、三廣、龍政、三滬等直流輸電工程、靈寶背靠背換流站和高嶺背靠背換流站等的調(diào)試任務(wù)。

2.3 有關(guān)省網(wǎng)電力科學(xué)研究院開展情況

湖北電力科學(xué)試驗(yàn)研究院，作為國內(nèi)最早介入開展葛南直流輸電工程的單位之一，為國網(wǎng)及南網(wǎng)培養(yǎng)了很多直流技術(shù)專家，目前承擔(dān)著龍泉、江陵、葛洲壩、宜昌、鵝城（在廣東，屬于國網(wǎng)資產(chǎn)）等多個(gè)換流站的監(jiān)督服務(wù)工作。參與了龍政、三滬、德寶、葛上等多個(gè)直流輸電工程項(xiàng)目的調(diào)試，具有豐富的直流工程調(diào)試及技術(shù)監(jiān)督服務(wù)經(jīng)驗(yàn)。

廣東電力科學(xué)研究院承擔(dān)了廣州、寶安、肇慶、東莞等四個(gè)換流站的監(jiān)督服務(wù)工作，完成了寶安換流站的調(diào)試工作，并參與±800 kV云廣特高壓直流輸電工程的調(diào)試。

華東電力科學(xué)研究院作為國內(nèi)最早介入開展葛南直流輸電工程的單位之一，培養(yǎng)了大量人才，完成了政平站、華新站調(diào)試任務(wù)和南橋站測控系統(tǒng)改造工作，也具有豐富的直流工程調(diào)試及技術(shù)監(jiān)督服務(wù)經(jīng)驗(yàn)。

3 直流輸電工程調(diào)試相關(guān)情況

直流工程調(diào)試工作分為元件調(diào)試、分系統(tǒng)調(diào)試、站系統(tǒng)調(diào)試和系統(tǒng)調(diào)試（端對端系統(tǒng)調(diào)試）。分系統(tǒng)調(diào)試是在完成單個(gè)設(shè)備安裝調(diào)試的基礎(chǔ)上檢查整組設(shè)備各種功能和技術(shù)指標(biāo)的調(diào)試。站系統(tǒng)調(diào)試是指在分系統(tǒng)試驗(yàn)完成并合格的基礎(chǔ)上，換流站一次設(shè)備已具備帶電條件，是按照合同和技術(shù)規(guī)范的要求，檢查換流站功能的試驗(yàn)，即換流站設(shè)備充電、順序控制功能、直流線路開斷等，同時(shí)也是為端對端系統(tǒng)調(diào)試作準(zhǔn)備。端對端系統(tǒng)調(diào)試是指在站系統(tǒng)試驗(yàn)完成并合格的基礎(chǔ)上，驗(yàn)證整個(gè)直流輸電系統(tǒng)的總體功能是否達(dá)到了功能規(guī)范書所規(guī)定的性能指標(biāo)即校驗(yàn)交、直流系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行性能的試驗(yàn)。按以往慣例，直流輸電工程的元件調(diào)試和分系統(tǒng)調(diào)試主要由設(shè)備制造方和施工方完成，端對端系統(tǒng)調(diào)試主要由中國電力科學(xué)研究院組織實(shí)施。從屬地化管理和今后運(yùn)行中交、直流電網(wǎng)出現(xiàn)問題的及時(shí)解決，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的角度出發(fā)，山東電力研究院就應(yīng)該從站系統(tǒng)調(diào)試入手，掌握直流換流站設(shè)備性能、保護(hù)和控制系統(tǒng)的原理，為今后換流站的技術(shù)監(jiān)督服務(wù)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。另外，十二五期間，山東電網(wǎng)還將有其它直流工程接入，因此，山東電網(wǎng)必須培養(yǎng)熟悉直流工程的技術(shù)人才，以便今后為交、直流混合電網(wǎng)安全運(yùn)行打下良好基礎(chǔ)。

下面分別介紹山東側(cè)青島換流站調(diào)試目的、試驗(yàn)范圍、試驗(yàn)項(xiàng)目及系統(tǒng)試驗(yàn)項(xiàng)目，并介紹需要增加的儀器設(shè)備。

3.1 換流站站系統(tǒng)調(diào)試目的

（1）驗(yàn)證開關(guān)、刀閘的人工和自動(dòng)操作順序正確無誤。

（2）驗(yàn)證交流設(shè)備（包括母線、開關(guān)和閘刀、換流變壓器、交流濾波器和電容器組、避雷器、PT和CT等）可以在500 kV電壓下正常運(yùn)行。

（3）驗(yàn)證順控和閥控功能，包括極的連接和隔離，直流大地/金屬回線轉(zhuǎn)換，直流場空載加壓，直流線路空載加壓等。

（4）驗(yàn)證閥本體及其閥的輔助設(shè)備、直流場開關(guān)，刀閘，直流濾波器，測量設(shè)備，直流線路可以在±660 kV直流電壓下正常運(yùn)行。

（5）驗(yàn)證換流變壓器和閥體，及其輔助設(shè)備直接向500 kV母線充電的能力。

（6）驗(yàn)證交流濾波器組直接向500 kV母線充電的能力。

（7）驗(yàn)證站內(nèi)各分系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)配合，具備端對端調(diào)試的條件。

3.2 換流站試驗(yàn)范圍

（1）換流站交流開關(guān)場全部一次設(shè)備。

（2）換流站平波電抗器、直流濾波器和直流開關(guān)場全部一次設(shè)備。

（3）換流站換流變壓器及其附屬設(shè)備、閥廳設(shè)備、閥本體和輔助設(shè)備。

（4）換流站交流濾波器和電容器組。

（5）換流站站用電系統(tǒng)。

（6）站測量、控制和監(jiān)視系統(tǒng)。

（7）故障錄波系統(tǒng)和順序事件記錄系統(tǒng)。

3.3 換流站站系統(tǒng)調(diào)試項(xiàng)目

（1）順序操作試驗(yàn)。

（2）跳閘試驗(yàn)。

（3）交流場充電。

（4）交流濾波器組充電試驗(yàn)。

（5）換流變壓器及換流器充電試驗(yàn)。

（6）直流場、線路開路試驗(yàn)。

（7）抗干擾試驗(yàn)。

3.4 直流輸電系統(tǒng)單極調(diào)試項(xiàng)目

初始運(yùn)行方式建立、保護(hù)跳閘功能、系統(tǒng)監(jiān)控功能、有通信及無通信條件下控制模式轉(zhuǎn)換、電流控制、功率控制、降壓運(yùn)行、無功功率和電壓控制、輔助電源切換、電流/電壓/熄弧角/功率指令階躍、控制脈沖故障、大地/金屬回線轉(zhuǎn)換、金屬回線下采用站內(nèi)接地網(wǎng)接地運(yùn)行試驗(yàn)、遠(yuǎn)方控制直流系統(tǒng)運(yùn)行、直流濾波器投切、一個(gè)極運(yùn)行時(shí)另一個(gè)極帶線路OLT試驗(yàn)、直流線路故障試驗(yàn)、接地極線路故障試驗(yàn)、功率反送試驗(yàn)、單極額定負(fù)荷和1.1倍過負(fù)荷試驗(yàn)等。

3.5 直流輸電雙極系統(tǒng)調(diào)試項(xiàng)目

雙極同時(shí)起停、極功率補(bǔ)償、主控權(quán)轉(zhuǎn)移、接地極平衡、利用站內(nèi)接地網(wǎng)接地起停試驗(yàn)、極跳閘、潮流反轉(zhuǎn)、交流輔助電源切換、極控110 V直流系統(tǒng)故障、在換流站備用盤和國調(diào)中心進(jìn)行直流系統(tǒng)起停和功率升降操作、直流線路人工接地故障試驗(yàn)、換流站交流線路出口處人工單相瞬時(shí)接地故障試驗(yàn)和雙極額定功率試驗(yàn)等；以及功率反送方式下，降壓運(yùn)行、極跳閘、功率補(bǔ)償、逆變站最后一條線路調(diào)整試驗(yàn)。

4 今后直流輸電工程監(jiān)督服務(wù)內(nèi)容

目前國網(wǎng)公司換流站的監(jiān)督服務(wù)都是屬地化原則，如華東院、湖北院分別負(fù)責(zé)為本地電網(wǎng)內(nèi)的換流站提供監(jiān)督服務(wù)。

從二次設(shè)備來說，換流站控制和保護(hù)部分在系統(tǒng)投運(yùn)1年內(nèi)會出現(xiàn)控制和保護(hù)邏輯方面的問題，超過1年后系統(tǒng)基本穩(wěn)定運(yùn)行，不會出現(xiàn)較大問題。當(dāng)然不能排除交流系統(tǒng)故障情況下直流系統(tǒng)控制和保護(hù)出現(xiàn)問題，或直流系統(tǒng)故障下交流系統(tǒng)保護(hù)有誤動(dòng)的可能。山東電力研究院可以提供系統(tǒng)定檢及異常分析、事故調(diào)查等監(jiān)督服務(wù)內(nèi)容。

在電氣一次設(shè)備方面，山東電力研究院可通過分系統(tǒng)和站系統(tǒng)調(diào)試，熟悉并掌握換流站內(nèi)設(shè)備的工作原理和結(jié)構(gòu)等；工程投運(yùn)后，可負(fù)責(zé)換流站內(nèi)主要電氣設(shè)備（換流變壓器、平波電抗器、濾波器等）的故障分析、特殊試驗(yàn)（如換流變壓器的局放試驗(yàn)、感應(yīng)耐壓試驗(yàn)）等，參與重大設(shè)備的改造、選型等。

目前國內(nèi)直流一次設(shè)備的檢修規(guī)程基本上是參照交流設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程編寫的，同時(shí)也考慮了直流設(shè)備的特殊性。正在執(zhí)行的規(guī)程具有試驗(yàn)項(xiàng)目多、試驗(yàn)周期短等特點(diǎn)，直接導(dǎo)致了試驗(yàn)工作量大，停電檢修周期長，使整個(gè)直流系統(tǒng)的可用率遠(yuǎn)比國際平均水平低。

國網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司都對現(xiàn)行的直流輸電系統(tǒng)高壓電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目和周期進(jìn)行了總結(jié)，設(shè)備包括換流變壓器、交直流濾波器、換流變壓器閥側(cè)套管、閥廳內(nèi)的一次設(shè)備、直流穿墻套管、平波電抗器（干式平波電抗器和油浸式平波電抗器）、直流CT（直流分流器）和直流PT（直流分壓器）以及直流開關(guān)場內(nèi)所有設(shè)備。我們應(yīng)研究±660kV直流輸電工程的特點(diǎn)，提出適合本直流工程的技術(shù)監(jiān)督辦法和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

5 直流輸電工程對交流電網(wǎng)的影響

寧東-山東直流輸電工程投產(chǎn)后會對山東電網(wǎng)的安全運(yùn)行產(chǎn)生影響，下面就直流輸電工程對電網(wǎng)穩(wěn)定、交流電氣設(shè)備、電能質(zhì)量三個(gè)方面的影響分別加以介紹。

5.1 直流輸電工程對電網(wǎng)穩(wěn)定的影響

依據(jù)中國電科院的研究報(bào)告，直流故障對山東電網(wǎng)影響。2010年情況，山東—華北聯(lián)網(wǎng)方式下，考慮華北向山東送電功率1 500 MW方式，寧東—青島直流發(fā)生雙極閉鎖后，邯東—聊城單回聯(lián)絡(luò)線功率增加到2 200 MW，接近4×400 mm2導(dǎo)線熱穩(wěn)定極限 （按2 300 MW考慮），聊城、濟(jì)南、濰坊、青島等地區(qū)電壓均能保持正常。山東孤網(wǎng)方式下，直流發(fā)生雙極閉鎖后，3.7 s山東電網(wǎng)頻率低于49.1Hz，低頻減載裝置（按目前山東電網(wǎng)低頻減載方案整定）動(dòng)作，切除2240MW負(fù)荷（動(dòng)作一輪，切負(fù)荷比例4%），系統(tǒng)頻率恢復(fù)正常，穩(wěn)態(tài)頻率49.77 Hz，電壓恢復(fù)正常。

5.2 直流輸電工程對交流電網(wǎng)電氣設(shè)備的影響

直流輸電工程對交流電網(wǎng)電氣設(shè)備的影響方面，反映較強(qiáng)烈的是直流偏磁對變壓器的影響。直流輸電系統(tǒng)雙極電流不對稱運(yùn)行或單極大地回線運(yùn)行時(shí)，巨大的直流電流通過接地極注人大地，在地中形成了穩(wěn)定的直流電場。據(jù)調(diào)查，湖北對此反映不是很明顯，廣東電網(wǎng)反映較明顯。主要表現(xiàn)在：（1）噪聲、振動(dòng)增大。在交變磁場作用下，硅鋼片受到外磁場磁化作用，硅鋼片尺寸發(fā)生了微小變化（磁滯伸縮），鐵心隨勵(lì)磁頻率變化而振動(dòng)，并產(chǎn)生噪聲。磁滯伸縮產(chǎn)生的振動(dòng)是非正弦的，噪聲的頻譜含有多種諧波分量。由于變壓器噪聲頻率是變化的，可能會因某一頻率與變壓器結(jié)構(gòu)部件發(fā)生共振而使噪聲加大。（2）直流偏磁引起的振動(dòng)給變壓器本身帶來的問題比噪聲更加嚴(yán)重，可能會導(dǎo)致變壓器內(nèi)外相關(guān)緊固件松動(dòng)，如軸向壓板、壓釘、拉板、地腳螺栓等。此外會導(dǎo)致線圈絕緣層磨損，對變壓器絕緣、抗短路沖擊能力會有較大損害。（3）電壓波形變壞。當(dāng)鐵心工作在嚴(yán)重飽和區(qū)時(shí)，漏磁通會增加，在一定程度上使電壓波峰變平，諧波電壓、電壓總諧波畸變率增大。4）鐵耗增加。在直流偏磁的作用下，變壓器勵(lì)磁電流可能會大幅度增加，變壓器會工作在鐵心的飽和區(qū)，使鐵耗大幅增加。

當(dāng)直流輸電系統(tǒng)單極—大地運(yùn)行時(shí)，流入變壓器中性點(diǎn)的直流電流必然流經(jīng)變壓器本身的電流互感器以及相關(guān)輸電線路的電流互感器，從而產(chǎn)生類似于變壓器的直流偏磁現(xiàn)象。兩者的區(qū)別在于變壓器穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)的磁通離飽和點(diǎn)磁通很近，飽和磁通一般為額定磁通的1.15～1.25倍；而保護(hù)用電流互感器飽和磁通則一般為額定磁通的10～40倍。與變壓器的直流偏磁情況類似，當(dāng)電流互感器沒有進(jìn)入飽和之前，很小的直流電流就會產(chǎn)生較大的直流磁通，但是當(dāng)變壓器進(jìn)入飽和區(qū)后由于磁阻的增大，相同直流電流所產(chǎn)生的直流磁通將大大減少。

直流系統(tǒng)單極—大地運(yùn)行對繼電保護(hù)的影響主要在于變壓器的直流偏磁穩(wěn)態(tài)諧波。就微機(jī)保護(hù)而言，諧波對保護(hù)的影響一方面與保護(hù)采用的算法有關(guān)，另一方面也跟諧波含量的大小有關(guān)。

對于一些輸電線路保護(hù)原理如電流差動(dòng)保護(hù)、方向保護(hù)等，當(dāng)其采用全波傅氏算法時(shí)，理論上不受諧波的影響，而實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)采樣頻率滿足要求時(shí)算法本身受諧波的影響也很小，因此基本上不受變壓器直流偏磁諧波的影響。而對于采用半周積分算法的基于工頻變化量等電氣量的快速保護(hù)原理，如工頻變化量方向保護(hù)、工頻變化量距離保護(hù)等，從算法上都無法完全消除諧波的影響。這些算法雖然受諧波的影響要比全波傅氏算法的大，但實(shí)際上變壓器直流偏磁所產(chǎn)生的諧波對其影響也是非常有限的。

對于變壓器差動(dòng)保護(hù)，正常運(yùn)行時(shí)其差動(dòng)量即為變壓器勵(lì)磁電流，因此變壓器直流偏磁諧波對變壓器差動(dòng)保護(hù)而言不屬于穿越性諧波，其影響值得關(guān)注。正常運(yùn)行時(shí)，在直流偏磁嚴(yán)重的情況下，直流偏磁產(chǎn)生的變壓器勵(lì)磁電流基波將急劇增大，如果大于差動(dòng)保護(hù)的定值將造成變壓器的差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)，但是由于一般變壓器差動(dòng)保護(hù)都配有二次諧波制動(dòng)，而變壓器直流偏磁時(shí)勵(lì)磁電流的二次諧波分量很高（一般在50%以上），遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于通常整定的二次諧波系數(shù)，因此即使保護(hù)起動(dòng)也不會造成差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)。而區(qū)內(nèi)故障時(shí)，對于匝地故障、相間短路或者較嚴(yán)重的匝間短路，由于差動(dòng)電流較大，直流偏磁時(shí)勵(lì)磁電流的二次諧波不會對保護(hù)的正確動(dòng)作造成影響。只有在變壓器發(fā)生輕微的匝間短路，差動(dòng)電流很小，而變壓器直流偏磁二次諧波很大時(shí)，才有可能導(dǎo)致變壓器差動(dòng)保護(hù)拒動(dòng)。

5.3 直流工程對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

任何換流變壓器均會產(chǎn)生諧波，因此直流輸電工程分別配置有直流濾波器和交流濾波器，以消除諧波對電網(wǎng)的影響。一般來說，換流站濾波器設(shè)計(jì)時(shí)要考慮電網(wǎng)背景諧波，并考慮最惡劣的直流運(yùn)行工況。但實(shí)際上濾波器設(shè)計(jì)時(shí)考慮目標(biāo)年背景諧波肯定存在誤差，在實(shí)際運(yùn)行中濾波器會由于各種故障不一定全部投運(yùn)，此時(shí)會對電網(wǎng)電能質(zhì)量造成較大影響。據(jù)了解廣東電網(wǎng)曾發(fā)生電容器組熔絲燒斷或鼓肚等損壞現(xiàn)象，因此廣東、華東電網(wǎng)均對換流站附近交流500 kV站安裝電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測500 kV母線電壓及電容器組諧波電流。

6 對今后開展相關(guān)工作的建議

及早安排有關(guān)科研課題，包括HVDC單極大地回線運(yùn)行方式直流電流在交流電網(wǎng)的分布研究；變壓器承受直流偏磁能力的仿真研究；變壓器中性點(diǎn)隔直措施研究（包括小電阻、電容方式、有源方式等）；HVDC單極大地運(yùn)行方式下對電容器運(yùn)行影響及防范措施的研究；接地極的型式、走向?qū)Νh(huán)境及通訊的影響研究；直流輸電對電網(wǎng)電能質(zhì)量影響的研究等。

在HVDC單極大地運(yùn)行方式下，進(jìn)行相關(guān)變電站（升壓站）變壓器中性點(diǎn)電流普測，直流線路落地點(diǎn)附近土壤情況、地下金屬管道的分布進(jìn)行調(diào)查研究，母線電壓及電容器組電能質(zhì)量測試，以便在直流工程投運(yùn)后相關(guān)運(yùn)行方式下進(jìn)行數(shù)據(jù)比對。

開展換流站二次控制和保護(hù)功能的試驗(yàn)研究，為換流站的技術(shù)監(jiān)督服務(wù)打下良好基礎(chǔ)。

在相關(guān)變電站及發(fā)電廠升壓站安裝電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測內(nèi)容包括500 kV、220 kV母線電壓、35 kV母線電壓和電容器組諧波電流；安裝相關(guān)變電站（升壓站）主變中性點(diǎn)直流在線監(jiān)測系統(tǒng)，并做好相關(guān)隔直措施。