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作者：浙江巨磁智能技術有限公司 MAGTRON TEAM 近年來隨著發電側光伏、儲能等直流源的增加，電力電子技術的進步，負載側直流用電設備也越來越多，直流配電應用環境越來越廣泛，同時，高壓直流輸電具有線路輸電能力強、損耗小的優勢、造價低等優勢，高壓直流輸電系統正廣泛應用于大功率、跨地區、遠距離輸電。高壓直流系統設備承受超高電壓、強大電流，在其連接的交流系統發生故障、天氣環境、雷電等的影響下，不可避免會發生故障。為了避免直流設備遭受嚴重破壞，必須迅速、可靠、有選擇地切除故障，從而保證高壓直流輸電系統的安全穩定運行。因此，高壓直流輸電系統必須配置高壓直流保護。 尤其需要注意的是，高壓輸電系統單極大地回路方式會導致直流輸電大地電流通過接地變壓器中性點串入變壓器繞組, 產生直流偏磁, 使鐵芯磁飽和，帶來嚴重的安全隱患。 
圖 1 直流電流對變壓器勵磁電流的影響 當變壓器繞組無直流分量時，勵磁電流工作在鐵芯磁化曲線直線段，此時若鐵芯中磁通為正弦波時，勵磁電流也是正弦波，當變壓器繞組中存在直流分量時，由于直流電流偏磁的影響，可能使得勵磁電流工作在鐵芯磁化曲線的飽和區，導致勵磁電流的正半波出現尖頂，負半波可能是正弦波。通過對勵磁電流進行分解，可以發現，除了包含奇次諧波外，還包含偶次諧波。 勵磁電流幅值和波形的變化會導致變壓器噪音增大、使電壓波峰變平、增加變壓器損耗、增加變壓器溫升，嚴重情況下甚至造成變壓器著火爆炸，嚴重威脅用電安全、生產安全。
在直流工程中，交直流電網的各個接地極都在一定地理范圍內連接于同一片大地，在直流接地極和某些交流接地極之間可能存在耦合。當直流線路單極大地運行時, 數千安培的直流電流流入直流接地極, 其中小部分電流通過直流接地極與交流接地極之間的耦合通道, 流向交流廠站, 由于交流電網接地極之間存在由元件直流電阻構成的直流通路, 于是部分直流電流便通過接地變壓器在交流電網內流動。
圖3 直流輸電線路單極運行大地電流對交流系統的影響 直流輸電大地電流分布隨交流電網直流通路變更、土壤濕度等變化、接地極數目和其他金屬構架物分布變化而改變，所以，直流輸電大地電流對交流系統的影響分析難度極大，需要理論與實際的密切結合。
圖4.1是某直流輸電工程單極大地運行時輸電功率與變壓器中性點電流的關系，可以看到，輸電功率越大，變壓器直流電流成分也越大。圖4.2是直流輸電工程1、工程2 同時單極大地運行時變壓器中性點電流的消長，可以看到同時存在兩個直流輸電線路時，變壓器上的直流成分存在抵消的情況，最小電流在810mA左右。 為了避免直流輸電線路直流電對變壓器造成破環性影響，監控變壓器中性點的直流電流十分有必要，必須選用合適的電流傳感器。變壓器中心點接地線纜一般都很粗，根據不同容量大小35mm²～100mm²不等，所以電流傳感器需要很大的孔徑，同時直流電流范圍在幾百毫安到十幾安培不等，隔離式直流采樣可以選用霍爾原理檢測。 MAGTRON基于HALL技術的SOC芯片整體方案，為電流檢測提供高可靠性的電流檢測方案，為直流輸配電的安全保駕護航。 參考文獻 【1】 馬志強，黎小林，鐘定珠，直流輸電大地電流對交流系統影響的網絡分析算法. 【2】 王洪亮，西南交通大學，高壓直流輸電單極大地回線方式運行時接地極電流的研究. 【3】 丁彩紅，中國市政工程中南設計研究總院有限公司，高壓直流保護研究. |
