[发明专利]基于地铁近区大地和电网模型的变压器偏磁电流计算方法

说明书

本发明涉及一种基于地铁近区大地和电网模型的变压器偏磁电流计算方法，通过电阻网络模型计算了杂散电流的大小，然后基于大地电阻率模型分析了杂散电流引起周围地电位的变化，最后建立了城网220kV变压器网络拓扑模型，得到了变压器中性点电流随时间变化的关系。本发明为研究地铁杂散电流与城网220kV变压器偏磁电流现象之间的相关性，提供了一种定量计算地铁沿线附近电网中的220kV变压器偏磁电流的计算方法，该方法有助于分析地铁杂散电流对变压器的影响，弥补现有技术中有关地铁沿线附近城网220kV变压器计算偏磁电流的模型与方法的不足。

技术领域

本发明涉及城市电网和变压器领域，具体说是一种基于地铁近区大地和电网模型的220kV变压器偏磁电流计算方法。

背景技术

随着城市建设不断发展，城市轨道交通规模越来越大，成为了解决市民出行的最便捷方案。但由于城市的地铁或轻轨多采用直流牵引供电方式，钢轨对地并非完全绝缘，在地铁列车运行过程中，会有直流电流由地铁钢轨泄漏流入大地，构成了所谓的地铁直流杂散电流。直流杂散电流会通过城市电网变电站的接地网流入变压器绕组，造成变压器的直流偏磁饱和，引起主变振动和噪声加剧，以及变压器铁芯和夹件的温度升高，严重的直流偏磁会导致变压器损坏的事故。直流杂散电流对城网220kV变压器偏磁的影响是需要研究的问题。

现有技术中，已有研究直流杂散电流对地下管道腐蚀存在有害影响，通过对地铁杂散电流建模，计算单边和双边供电方式下的杂散电流。基于该目的，现有技术中不乏有研究建立单边供电与双边供电的杂散电流静态分布模型来计算或分析，但其主要是为探明地铁杂散电流对地下金属管道或其它金属设施的影响，但未见建立地铁近区大地和电网模型、计算城网220kV变压器偏磁电流的研究文献报道。而城网变压器是受偏磁电流影响最大的电网区域，计算的复杂性更高，成为了现有技术无法解决的缺陷所在。因此，本发明提出了一种基于地铁近区大地和电网模型的220kV变压器偏磁电流计算方法，用于解决现有技术中存在的问题。

发明内容

针对地铁运行期间产生的杂散电流会影响地铁附近的电磁环境，进而影响地铁周边电网的220kV变压器。为分析杂散电流对变压器直流偏磁的影响，本发明提出通过建立电阻网络模型计算杂散电流的大小，然后基于大地电阻率模型分析杂散电流引起周围地电位的变化，最后建立了城网220kV变压器网络拓扑模型，得到了变压器中性点电流随时间变化的关系。为研究地铁杂散电流与城网220kV变压器偏磁电流现象之间的相关性，计算地铁附近城网220kV变压器偏磁电流提供了一种定量分析的方法，有助于分析地铁杂散电流对变压器的影响，弥补现有技术中缺少针对地铁近区城网220kV变压器计算偏磁电流的不足。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于地铁近区大地和电网模型的变压器偏磁电流计算方法，包括如下步骤：

步骤1：建立电阻网络模型，通过电阻网络模型计算地铁运行期间由钢轨泄露流入大地的杂散电流；

步骤2：根据大地电性及其构造数据，建立大地的三维电阻率模型，并利用大地的三维电阻率模型计算地铁近区变电站的地电位；

步骤3：分析电网偏磁电流的影响因素，利用GIC-Benchmark方法对电网结构、导线电阻、变压器接线和绕组电阻等数据和参数做简化处理得到简化后的变电站与供电线路偏磁电流等效电路；

步骤4：基于GIC-Benchmark方法和步骤3得到的等效电路，建立电网偏磁电流模型，并计算电网各个变电站中性点的直流偏磁电流。

在上述方案的基础上，步骤1中，杂散电流的流通路径为在列车车轮处由轨道向外泄漏，经轨道道床结构、排流网进入大地，由大地流回变电站。

在上述方案的基础上，步骤1的具体步骤为：