[发明专利]基于TDCM模型的变电站地表电位计算及选址检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及变电站地表电位计算检测技术领域，尤其涉及基于TDCM模型的变电站地表电位计算及选址检测方法。

背景技术

在远距离、大容量输电和电力系统联网方面，高压直流输电具有明显优势，在我国能源结构调整及“西电东送”工程中起着重要作用。然而，当高压直流输电采用单极大地回路运行方式时，强大的入地直流造成地表电位（Earth Surface potential，ESP）分布不均匀，一部分直流电流通过接地的变压器中性点进入交流输电系统，引起变压器直流偏磁，铁芯高度饱和，磁化电流严重畸变，造成变压器噪音增大、振动加剧、局部过热、寿命减少等，严重时甚至威胁交直流混联电网的安全稳定运行。随着我国高压直流输电工程的日益增多，高压直流输电单极大地运行总时间越来越长，而且作为故障应急方式，大地回路运行方式基本不可避免。因此，对高压直流输电接地极附近变电站的变压器直流偏磁进行研究具有重要的理论意义和重大工程实用价值。

要评估直流偏磁对高压直流输电接地极附近变压器的影响，首先需要根据特定土壤模型计算各变电站ESP，再求得流过变压器中性点的直流电流量，以评估变压器是否受到直流偏磁威胁或采取合理措施治理直流偏磁。

申请号为201310720023.5的发明专利公开了一种直流输电单极运行时变压器中性线电流的计算方法，包括：建立接地极模型和大地土壤模型，计算接地极周围地表电位分布；建立电网的直流电路模型；根据计算的所述地表电位分布和建立的所述直流电路模型，计算变压器中性线电流。本发明考虑海岸效应对大地土壤模型的影响，建立接地极模型和大地土壤模型计算接地极周围地表电位分布；建立电网的直流电路模型，根据求得的中性点电位计算变压器中性线电流。本发明适应性强，可以计算内陆和沿海地区变压器中性线电流，能显著提高计算精度，对直流单极大地运行时变压器乃至整个系统的安全稳定运行都具有重要的实际意义。

申请号为201110370619.8的发明专利公开了一种跨步电压多点拟合测试方法，本发明以跨步电压测试点为中心，按田字形网格均匀布置指定数量地表电位测试点；之后，测量地表电位测试点与跨步电压测试点之间的电位差；最后，将测得的地表电位测试点和跨步电压测试点之间的相对距离和电位差进行数据拟合，求出最大的电位差，即为跨步电压测试点的跨步电压值。本发明能够保证测量准确度，而且操作简便、快捷。

申请号为03119386.2的发明专利公开了一种阴极保护管道的管地电位和地表电位综合检测方法及装置，属于对埋地管道的检测技术。该方法采用至少各一个检测管地电位和地表电位的参比电极同时进行测量，并在测量过程中采用瞬间中断电流法或外加激励电流信号法消除IR降，将记录仪采集的测试数据经微机分析，确定真实的管地电位和地表电位。实现本技术的装置包括参比电极组、数据采集记录装置、信号发生装置、电流中断器、测距仪以及微机分析系统，数据采集记录装置与电流中断器和信号发生装置采用GPS进行同步设置。本发明由于同步记录管地电位和地表电位梯度，获取更加真实、丰富的信息，检测效率高。

然而，在地表电位计算机仿真的计算评估领域，上述方法均不适用。要准确计算变电站地表电位值，取决于点源格林函数的精确求解。要准确计算点源格林函数，需基于合适的土壤模型应用物理意义明确、收敛性好的简便算法。土壤模型越接近实际土壤结构，计算结果将越准确。迄今为止，三维复合分层土壤导电模型（Three-Dimensional Combined-layer Soil Model，TDCM）是最能准确模拟实际土壤结构的模型，模型综合考虑了土壤结构在三维方向的变化，但TDCM模型下格林函数的有效求解是一个尚未有效解决的难题。由于经典镜像法级数收敛速度很慢，不具备推导TDCM格林函数能力；由于复镜像法引入了复数距离和角度等概念，大大增加了计算复杂性，且镜像的位置和强度均为复数，物理意义不明确，因而应用受到相当限制。上述原因使任意多层TDCM格林函数精确求解受到限制，导致对流经一些变压器中性点的直流量评估严重失真，造成不合理的电网规划方案和直流偏磁治理措施。

发明内容

本发明的目的是提供基于TDCM模型的变电站地表电位计算及选址检测方法，通过一种物理意义明确、可靠收敛的计算任意分层TDCM格林函数的算法，用以准确计算复杂地形条件下的ESP值，为高压直流输电接地极附近变电站规划选址和直流偏磁治理提供支持。

为实现上述目的，本发明的方案是：基于TDCM模型的变电站地表电位计算及选址检测方法，包括如下步骤：