永磁直驱型风机海上风电送出系统不对称接地及甩负荷电磁暂态研究

为明确海上风电交流送出系统过电压的特征与水平,需考虑风电机组的故障穿越特性。该文结合永磁直驱风机变流器的控制原理,提出海上风电送出系统不对称接地过电压的解析计算方法。基于PSCAD对风电机组进行精确电磁暂态建模与故障电压穿越测试,以国内某500 kV大规模海上风电工程为背景,仿真计算送出系统不对称接地及甩负荷过电压。结果表明:系统不对称接地过电压大小与风机正负序控制策略有关;海缆电网侧甩负荷将产生持续百ms的1.3 pu以上的暂态过电压,风机过电压保护动作延时越长,暂态过电压越严重。实际海上风电工程计算需紧密联系风机控制保护策略及其参数,并综合关键设备耐压水平进行评估,通过风机控制策略优化可以降低系统过电压水平。

小电流接地系统间歇性弧光接地过电压影响因素分析

弧光接地过电压作为小电流接地系统中最常见的内部过电压之一,对电力系统的安全稳定运行产生巨大威胁。弧光过电压的产生往往伴随着间歇性,通过分析间歇性弧光过电压的暂态特征以及影响因素能够为防治该现象提供必要的参考。为此,考虑了包括电弧重燃时刻、燃弧时长、熄弧时长、电弧电阻在内的几个不同影响因素,通过搭建中性点不接地系统的仿真平台分析间歇性弧光接地过电压的暂态特征,并对比各影响因素的作用程度。结果表明在中性点不接地系统的间歇性接地能够产生明显的过电压,并且过电压的幅值主要受重燃时刻和电弧电阻影响,而燃弧时长、熄弧时长对过电压幅值影响较小。

高铁高架桥箱梁雷击电磁瞬态建模及特性分析

高速铁路高架桥箱梁是雷击接触网时雷电流的主要泄流通道。由于箱梁是由成百上千根钢筋绑扎而成的复杂鼠笼结构,准确建立其雷击宽频计算模型的难度较大,因此文章基于传输线矩阵法(transmission-line matrix,TLM)建立不同纵向钢筋数量的箱梁模型,分析其雷击电磁瞬态简化建模的可行性。研究发现:箱梁泄流时,雷电流主要分布在外层纵向钢筋,符合趋肤效应规律;箱梁横截面曲率较大处纵向钢筋为雷击瞬态计算中的关键钢筋,保留该部分纵向钢筋,适当减少曲率较小处的纵向钢筋,可以简化箱梁雷击电磁瞬态模型。箱梁泄流时瞬态电流会在其周围产生瞬态电磁场,威胁轨旁信号设备和线缆端接设备的正常运行,为进一步研究简化纵向钢筋对箱梁周围瞬态电磁环境的影响,基于上述简化建模方法,计算不同纵向钢筋数量桥面电磁场分布及衰减特性,发现箱梁对幅值为100 kA的雷电流泄流时,雷电流注入点30 m范围内的磁场强度超出国家标准规定的电子设备磁场抗扰度,该范围内的桥面电子设备受到严重威胁。

关于取消新疆电网750 kV断路器合闸电阻可行性的仿真研究

目前,超、特高压输电线路常用合闸电阻吸收能量,并将其作为限制合闸过电压的主要手段,但是带有合闸电阻的断路器不仅造价昂贵,而且还存在运行可靠性差、故障率高等缺点,如果能利用低残压、保护性能优异的金属氧化物避雷器替代合闸电阻来限制操作过电压,不仅可以降低成本,还能简化断路器操纵机构以提高电力系统运行的可靠性。文中以新疆电网最长距离的750 kV线路为研究对象,通过沿线安装多组避雷器的方式,将沿线最大2%合闸过电压限制到规程规定的1.8 p.u.以内,为新疆电网所有750 kV长距离线路取消断路器合闸电阻的可行性提供了理论依据。

基于高速列车接地系统参数对车体电流及过电压平衡的优化

由于高速列车的不断提速,接地系统迎来了全新的挑战。当列车与轨道之间发生相对运动时会产生加剧接地回流现象,导致列车车体电位升高,造成轴承和接地碳刷、绝缘节、车载传感器等异常甚至损坏等问题。针对目前高速列车存在的接地回流和车体电位的问题以及高速列车接地系统二维模型无法基于径向参数的基础上对同一车轴左右两侧电位进行仿真分析等存在的不足,当前有必要对高速列车综合接地系统进行更为完善的三维建模,并对接地系统的接地方式和接地参数等进行优化分析,以达到抑制接地电流和降低车体电位的目的。首先,基于RCL测试仪对车体的阻抗和感抗参数以及车体尺寸实际参数等实测数据及理论分析,在充分考虑各方面影响因素的前提下,分别从牵引变压器、接触网以及高速列车车载变压器、高压电缆、车体等方面,完成了高速列车综合接地系统三维电路模型的构建;同时,结合列车经过吸上线工况下的动态接地回流试验与高速列车升弓和闭合VCB的静态过电压测试试验,将仿真结果同实测结果进行对比,验证了三维模型的可靠性;最后,基于三维仿真模型,对接地系统的径向参数及保护接地和工作接地的三维分布进行优化设计,优化后,流过列车各保护接地的接地电流均有不同程度的降低,分布更加均匀,同时车体电位也在安全限值内。

高速列车接地系统对车体电流及过电压分布的影响分析

高速列车独特的轮轨耦合移动接地系统在其行车安全方面起到关键作用,不合理的接地设置无法有效降低车体暂态过电压幅值,会造成设备绝缘击穿,同时,窜入车体的环流会恶化车载设备、轴承的电磁环境,车载设备与人员安全也需要得到充分保障。因此,对高速列车的移动接地系统性能研究,需要兼顾接地电流与车体过电压两项重要指标进行优化改进,服务于提升动车组长期的服役性能。以吸上线区间和电分相区间的“车-所-网”供电和回流系统为例,对动车组车载设备进行参数测量,对“车-所-网”供电系统进行等值计算。基于车载关键设备的实测阻抗参数,构建“车-轨-网”牵引供电系统的等效电路模型,研究车载牵引供电系统高压侧操作过电压特性以及车体过电压的传播规律,解析列车接地系统对车轨环流及车体过电压分布的影响机制,并结合接地回流及车体过电压两方面指标,对比不同接地阻抗参数及布局方式对车体过电压与车轨环流的影响规律。最终,获得一套基于调整电阻、电感以及接地方式的平衡了电压与电流的优化方案。

基于零序CT载波信号注入的配电网单相接地故障定位研究

现代配电网不仅结构复杂,而且地下电缆和架空线混合,故障巡视困难,因此迫切需要研究出快速、准确的单相接地故障定位方法。鉴于此,提出一种基于零序CT载波信号注入的中性点不接地配电网单相接地故障定位方法,即对馈线零序电流互感器的二次负载电阻电压通过电子开关进行高频调制,所调制的高频载波信号再通过该互感器回馈到一次线路侧,经电缆和(或)架空线传输到变电站接收、解调,还原出二次负载电阻电压幅值、相位等信息。现分析该方法的原理和应用,并通过仿真验证其正确性和可行性:该方法能够快速获得线路零序电流的分布信息,并据此对接地故障点进行准确定位。

高速动车组输入输出模块(RIOM)接地方式优化分析

文章对在线运行动车组输入输出模块(RIOM)通信故障较高的问题进行了探究。为了有效降低输入输出模块(RIOM)的故障率,提高在线运行动车组的准点率,首先,对输入输出模块(RIOM)的控制原理进行了分析,对典型故障的输入输出模块(RIOM)进行现车数据分析、地面脉冲测试,分析故障原因;然后,对输入输出模块(RIOM)在两种接地方式工况下的通信抗干扰能力进行对比分析;最后,通过对比发现输入输出模块(RIOM)接地方式优化后的抗干扰能力明显增强,有效提升输入输出模块(RIOM)的可靠性。

静电场仿真在550 kV隔离开关VFTO故障解决中的应用

快速暂态过电压(VFTO)一直是高电压等级气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)运行中不容忽视的问题,尤其是550 kV及以上的设备。现结合一起典型的550 kV隔离开关(DS)产生的VFTO导致接地故障的案例,对故障原因进行了分析推断;通过静电场仿真结果的对比,对设计进行了改善;新方案通过了开合母线充电电流方式1和方式3的型式试验,随后对客户的设备进行了升级替换;改善后的设备带电运行数年后的结果表明,改善效果良好,再没有出现过VFTO引发的故障。

中性点不接地系统铁磁谐振影响因素与抑制措施研究

35kV中性点不接地系统运行过程中存在铁磁谐振现象,严重影响系统的稳定运行,因此该文进行了中性点不接地系统铁磁谐振影响因素与抑制措施研究。通过模型结构设计、模型中的主变压器与母线出线参数设计、电压互感器(PT)空载伏安接线设计构建了35kV中性点不接地系统模型。探究系统运行方式对铁磁谐振的影响和单相接地故障时故障点对铁磁谐振的影响,并在该基础上提出系统中性点经消弧线圈接地的谐振抑制措施。通过分析工况中性点不接地系统铁磁谐振效果可得一致后系统不会产生铁磁谐振,系统运行稳定性得到显著提升。

10kV配电网铁磁谐振消谐措施的仿真比较研究

在中性点不接地配电系统中,由于电磁式电压互感器(PT)励磁电感的非线性特性,在一定条件下容易产生铁磁谐振过电压,严重影响系统的安全运行。文章以嘉兴电力局斜桥变电所10kV配电网为模型,利用EMTP程序对PT高压侧中性点接非线性电阻、串单相PT、经消弧线圈接地、PT开口三角绕组接阻尼电阻或者分频消谐装置等多种消谐措施进行了详细的仿真分析和综合比较,发现中性点串单相PT的方式在消谐能力和全局性方面不如中性点串非线性电阻方式;在非线性电阻消谐方式下,正温度系数(PTC)热敏电阻和三次谐波滤波器可以较好地解决零序电压偏高的问题。此外,文章还定量研究了采用消弧线圈消谐的有效数值范围,分析了分频消谐装置在实际运行中不能很好消谐的原因,并对其他一些消谐方式的有效性进行了探讨。作者的工作可以为电力部门进行铁磁谐振过电压的防治提供较好的参考依据,对提高配电网的供电安全可靠性也有很高的实用价值。

特高压GIS特快速暂态过电压试验重复击穿过程研究

为深入研究重复击穿过程的发生规律,研究隔离开关特性对重复击穿过程的影响,改进隔离开关设计,完善特快速暂态过电压(VFTO)评估方法,采用1100kV气体绝缘组合电器(GIS)试验回路,对GIS隔离开关分闸和合闸空载短母线所产生的触头间隙重复击穿和VFTO进行了试验研究。鉴于重复击穿过程的随机性,进行了约500次分合闸操作试验,统计获得了被试隔离开关在分合闸操作中的触头间隙击穿电压随触头间隙形成时间的变化关系,试验隔离开关的分闸操作末次残余电压基本是以-0.44倍工频电压幅值为期望,0.037倍工频电压幅值为方差的正态分布,合闸操作中的首次击穿工频相位主要集中在50°～90°。基于试验结果,分析了触头间隙重复击穿的发生规律及对VFTO的影响,给出了重复击穿随机过程终止的条件。

特高压GIS变电站中快速暂态过电压仿真及其特性分析

在计算快速暂态过电压(VFTO)时,建立准确的全封闭气体绝缘变电站(GIS)暂态电路模型是影响VF-TO的关键。为此,将GIS内部暂态模型和GIS外壳传输特性模型相结合,建立了VFTO整体仿真模型。在GIS内部元件建模时,根据电弧的动态物理过程,建立隔离开关分段式动态电弧模型;结合交变电场下电介质极化原理,建立金属氧化物避雷器(MOA)暂态电路模型;并从GIS本体结构出发,通过三维电场分析,获得较准确的GIS元件暂态模型及参数;结合传输线理论和相模变换,获得GIS外壳暂态模型,并建立了考虑接地体间互感作用的暂态地网模型。最后结合国内某1 100kV气体绝缘变电站,进行VFTO详细仿真。仿真结果表明,分段式动态电弧模型下VFTO幅值标幺值高达1.270(基准值取898kV),较指数时变电弧模型下的VFTO幅值标幺值增加了17.59%,当考虑了MOA的非线性特性时,VFTO的振荡幅值有不断减小的趋势,在仿真时间将近20μs时,VFTO标幺值振荡幅度至0.8。最后将仿真结果与实测波形进行对比分析,VFTO幅值标幺值相差0.2～0.4,证明了所建立的VFTO仿真整体模型的实用性。

张北柔直电网工程直流线路短路过程中直流过电压分析

为解决目前我国间歇式清洁能源大规模、远距离消纳面临的问题,推动全球能源互联网先进输电技术研发,国家电网公司拟在张北建设±500k V四端柔性直流电网示范工程。当直流线路发生短路故障时,故障侧换流站闭锁,继而直流断路器动作切断故障线路,此时换流器直流输出端口出现直流过电压,该过电压是配备了直流断路器的直流电网所特有的,因为该过电压是直流断路器动作后,导致故障侧换流站输入和输出功率不平衡,未闭锁的换流站通过无故障线路给闭锁换流站子模块电容器充电引起的。该示范工程将实现直流断路器的首次工程应用,调整直流断路器的动作策略将会明显的抑制该直流过电压。该文分别对近送端换流站和近受端换流站直流线路故障引起的直流过电压进行分析,详细描述过电压的机理以及动态过程,并给出相应的措施来抑制直流过电压。

谐振接地电网故障暂态能量自适应选线新方法

谐振接地系统发生单相接地故障时,由于故障电流小及接地点电弧不稳定等原因,其零序故障电流准确获取和定值整定困难,使其故障线路的检出仍是难题。提出一种基于暂态能量的故障选线自适应方法,利用所有健全线路暂态能量与故障线路暂态能量之差为最小值的原理,构成故障选线算法。新方法不仅能消除故障电流小和接地点电弧不稳定的影响,还能在短线故障时,克服健全长线电容电流的影响,有很强的抗干扰能力,无需整定也不涉及极性和方向的判断,具有自适应性,可大大改善保护对故障线路检出性能。大量的数字仿真结果表明了该方法的有效性。

输电线路防雷计算中的新杆塔模型

为了超高压输电线路防雷计算的需要,建立了新的杆塔模型,即多波阻抗模型.新的杆塔模型与传统的集中电感模型、单一波阻抗模型相比,既计及了杆塔参数随高度的变化,又包含了波在杆塔上的运动过程,因此其计算准确度有很大提高.实例计算结果表明:在超高压输电系统中,采用多波阻抗模型进行计算,塔顶电位更低,受接地电阻的影响较小;塔基电位的计算结果相差不大,受接地电阻的影响很大.

中性点经小电阻接地配电网中弧光接地过电压的研究

研究了中性点经小电阻接地方式对弧光接地过电压的影响。首先理论分析了弧光接地过电压在中性点经小电阻接地系统中存在的可能性,并用EMTP对其进行了过电压计算。研究表明。

用参数不匹配混沌系统的脉冲同步方法抑制铁磁谐振过电压

根据非线性动力学理论和铁磁谐振的特性,提出一种新的抑制铁磁谐振的概念——用同步脉冲控制理论使过电压系统与正常工作的系统同步。通过Matlab软件仿真计算,表明该方法能有效实现谐振系统与正常系统的快速同步,大幅降低控制能量,并突破以往研究仅抑制混沌形态过电压的局限。同时,首次应用ATP-EMTP软件对采用脉冲抑制铁磁谐振的方法进行仿真,仿真结果同样验证了该理论的有效性。

采用3类特征参量比值法的铁磁谐振过电压识别

电力系统铁磁谐振过电压时常发生,持续时间长,严重危及电气设备及电网的安全运行。铁磁谐振过电压特征提取及类型识别,有助于有针对性的采取快速抑制过电压的措施,对保障电网安全可靠稳定运行具有重要的现实意义。为此,在变电站实测过电压波形基础上,根据铁磁谐振过电压发生机理及波形特征,将小波变换良好的时频局部化特性和傅里叶变换良好的频域分析能力有机结合,提取了能够有效反映铁磁谐振过电压的3类特征参量,并提出利用这3类比值识别铁磁谐振过电压的方法。该方法理论基础比较直观,识别流程清晰简单,大量现场实测数据验证了该方法在识别铁磁谐振过电压时的有效性和可靠性。

输电线路潜供电弧自熄特性仿真

潜供电弧自熄特性影响输电线路的单相重合闸时间,对提高系统的输送容量和可靠性至关重要。基于经典的Mayr电弧模型,采用非线性时变电阻描述弧道特性,建立了弧阻方程,分析潜供电弧的运动特性,获得电弧实时长度以迭代计算弧道电阻,根据能量守恒原则提出了判断电弧是否自熄的弧阻判据。给出了输电线路潜供电弧的计算电路,进而阐明了计算电弧自熄特性的仿真流程。利用长间隙小电流电弧试验数据,对潜供电弧仿真模型的待求变量进行参数估计,编制了实用仿真程序,计算了电流、电压、弧阻和燃弧时间等电弧特性,与试验结果进行了对比分析。结果表明,潜供电弧电位梯度为1 500～2 000V/m,计算结果与电弧试验波形接近,燃弧时间的计算误差在工程允许误差范围内,提出的潜供电弧仿真模型及计算方法合理可行。