不同风场中特高压换流站阀厅屋盖风压特性试验研究

特高压(ultra high voltage,UHV)换流站阀厅的金属屋面系统在风荷载作用下易发生屋面表层风揭事故。为深入探讨该类建筑屋面的风压极值特性,基于风洞试验分别探讨了大气边界层(atmospheric-boundary-layer,ABL)风、壁面射流、均匀湍流三种风场作用下的屋面风压特性,比较了平均风剖面、风速、风向、湍流强度等因素对屋面风压的影响。结果表明:阀厅屋盖迎风前缘负风压最大,且控制风向角在45°左右;壁面射流风场下平均风压系数与脉动风压系数均超过大气边界层风场的结果;风速对阀厅屋盖的负风压系数均值和极值影响较小,而湍流度对风压系数的极值影响较大;大气边界风场时,JGJ/T 481—2019《屋盖结构风荷载标准》的最不利风压系数建议值偏于安全;而在壁面射流风场下,阀厅屋盖全风向最不利风压系数在所有区域都大于JGJ/T 481—2019的建议值,设计中应加以重视。

特快速瞬态过电压和雷电冲击作用下特高压GIS绝缘特性

随着电压等级的提高,气体绝缘开关设备(GIS)的额定雷电冲击(LI)耐受电压和特快速瞬态过电压(VF-TO)水平的差异越来越小,由VFTO引起的绝缘事故也日益严重。为研究特高压GIS在VFTO下的绝缘耐受水平,设计了VFTO模拟产生装置,研究了不同气压下SF6棒-板和球-板间隙在VFTO和雷电冲击下的绝缘特性。实验结果表明:稍不均匀电场间隙在VFTO下的击穿电压高于雷电波;对于高气压下棒-板间隙,负极性VFTO下的击穿电压和伏-秒特性曲线位于雷电波之下;雷电冲击下棒-板间隙极性效应在一定的气压下会出现反转现象。分析表明:在不同冲击波前和振荡波尾的VFTO和雷电波作用下SF6气体间隙击穿特性的差异与放电过程中空间电荷行为的差异有关。

特高压换流变压器现场局部放电试验技术

向家坝—上海±800 kV特高压直流输电示范工程是世界上输送容量最大、送电距离最远、技术水平最先进、电压等级最高的直流输电工程。特高压换流变压器的局部放电交接试验也是首次进行,试验电压高,局部放电量要求严格,现场环境复杂,需要很好的抗干扰措施和应对复杂试验情况的能力,试验难度非常大。基于此,以已经顺利投运的向家坝—上海±800 kV特高压直流输电示范工程复龙换流站特高压换流变压器为例,详细叙述了从试验方案的提出到现场试验成功完成的全过程,重点阐述了关于试验电源的选择,试验频率的选择以及加压方式的选择等关键问题。该次特高压换流变压器现场局放试验的顺利完成,为今后特高压换流变压器现场局放试验提供了宝贵的实践经验,为特高压换流变压器现场局放试验标准制定提供了重要的试验依据。

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。

特高压交流试验示范工程GIS隔离开关带电操作试验

为验证我国特高压交流试验示范工程金属封闭开关设备(gas insulated switchgear,GIS)中隔离开关带电操作的安全性,在长治、南阳和荆门变电站对所有特高压GIS隔离开关进行了带电操作试验。在前期特高压GIS和复合型气体绝缘金属封闭开关设备(hypid gas insulated switchgear,HGIS)中特快速瞬态过电压(very fast transi-ent overvoltage,VFTO)实测研究基础上,开展现场典型运行方式下隔离开关带电操作,监测产生的VFTO和暂态壳体电位(transient enclosure voltage,TEV)。试验初步得出了特高压变电站实际VFTO和TEV水平及分布,结果表明:特高压GIS隔离开关的带电操作是安全的,但应注意产生的TEV对二次设备的影响,阻尼电阻能够有效抑制VFTO和TEV。带电操作试验的开展为今后特高压GIS隔离开关的带电操作提供了依据。

特高压交流输电线路雷电流监测

为了掌握特高压(UHV)线路雷击故障的类型以及击于线路的雷电流幅值和极性,进一步优化我国特高压架空输电线路防雷设计,采取了在特高压交流示范工程输电线路上广泛布置磁钢棒的雷击电流监测方法。即在每基塔的塔顶地线羊角处安装引雷针,并在引雷针和杆塔两侧地线上分别布置6个测点,每个测点采用磁钢棒来记录雷击电流,并通过与雷电定位系统相结合提高雷击故障杆塔的定位效率。试验测试和理论分析表明,通过在6个测点安装新研制的具有涡流损耗更小、灵敏度更高、稳定性和线性度更好等优点的新型磁钢棒获取雷电流幅值和方向,可直接判别出线路雷击故障类型;另外,通过与仿真计算相结合,可推算出线路绕击雷电流的幅值以及雷击塔顶和档距中央避雷线的雷电流幅值,从而可以更高效、准确地判别出特高压线路雷击故障的类型以及击于线路的雷电流幅值和极性。

基于先导发展法的特高压直流输电线路绕击特性分析

雷电绕击是影响高压输电线路安全稳定运行的关键因素之一,特高压直流线路对雷电防护的需求与常规线路相比更加迫切。为此介绍了基于先导发展法的特高压直流线路雷电绕击跳闸率分析方法;利用该方法针对±800 kV特高压直流线路绕击特性开展仿真研究,分析了绕击跳闸率随绝缘水平、保护角的变化规律,研究了典型地形条件下雷电绕击路径和绕击电流的分布特性,分析了山坡、山脊和跨谷地形条件下线路的绕击跳闸率,研究了线路极性对跳闸率的影响。研究表明,减小保护角可明显降低绕击跳闸率,在山坡地形条件下,外侧导线由于受屏蔽减弱更易受到雷击,雷电先导可从近似水平的方向击中导线;跨谷深度增加时,由于地面屏蔽作用减小,雷击跳闸率明显提高;理论分析和运行经验都表明,直流线路正极导线遭受雷击的概率远高于负极,线路位于山脊时雷电绕击基本发生在正极导线侧。

雨雪天气下特高压交流单回试验线段电晕损失实测分析

为了研究特高压交流输电线路在雨天、雪天气象条件下的电晕损失特性,基于我国特高压交流试验基地单回试验线段展开实测研究,采用研制的光电数字化输电线路电晕损失监测系统,实现了试验线段电晕损失全天候条件下实时在线测量,根据监测结果分析不同降雨率及大雪气象条件下电晕损失。研究结果表明,正常运行电压下,特高压交流单回试验线段雨天单相单位长度电晕损失约为20～60 W/m,在大雪气象条件下,根据监测结果,特高压交流单回试验线段单位长度电晕损失最大值为:边相达到53.54 W/m,中相达到62.95 W/m,与等值降雨率推算结果较为符合。电晕损失随降雨率增大呈非线性增长,在大雨条件下逐渐趋于饱和,并初步获得8×LGJ-500/35分裂导线降雨率与电晕损失拟合模型。该试验获得的特高压交流单回试验线段电晕损失实测结果,为特高压交流输电线路导线选型设计及运行经济性衡量提供了参考。

特高压输变电系统绝缘子紫外放电数据管理及故障诊断系统设计

绝缘子的运行状态直接关系着特高压(UHV)电网的稳定性,绝缘子在运行过程中会出现绝缘性能下降同时伴随着表面放电,可以用紫外(UV)成像仪对其运行状态进行检测。根据直流特高压工程技术国家工程实验室(昆明)的设计要求开发了一套紫外数据管理系统,采用Delphi7作为管理系统开发软件,SQL Server2000作为后台数据库,运用模块化开发思想,建立了基本信息管理、图像处理、紫外视频播放和报表生产等功能模块,运用数学形态学提取紫外光斑中的放电参数。通过喷水分级法在现场选择了正常、良好、微孔、劣化和严重老化5种绝缘状态的同一种绝缘子,提取了"光斑直径"和"光斑面积",通过MATLAB数字仿真,得到了这2种参数随绝缘状态的变化趋势,结果表明:绝缘状态良好时,光斑面积<250(像素点),光斑直径<15(像素点);出现微弱放电时,光斑面积在12 000(像素点)左右,光斑直径在130(像素点)左右;当出现闪络,绝缘几乎丧失时,光斑面积>30 000(像素点),光斑直径>250。该软件为绝缘子运行状态的评估提供了量化依据和一定的指导。

特高压输电线路对高频信号无源干扰的近似求解

随着特高压(UHV)输电工程的建设,特高压输电线路对邻近无线电台站高频信号的无源干扰是目前迫切需要解决的问题。针对矩量法求解输电线路无源干扰存在的计算量过大,无法求解线路对高频信号无源干扰的缺点,基于输电线路无源干扰面模型,提出了采用一致性几何绕射理论(uniform geometrical theory of diffraction,UTD)求解输电线路对高频信号无源干扰的思想。根据一致性几何绕射理论中的边缘绕射和表面绕射模型,研究了铁塔角钢和导线面模型在高频入射线照射下的绕射场,并介绍了该绕射场的求解方法。结合具体的工程问题,对极高频信号的输电线路无源干扰问题进行了分析研究。经验证,采用UTD方法可以实现对输电线路高频信号无源干扰问题的求解,也可反映各种线路条件下无源干扰的变化趋势。

特高压变电站工频电场模拟计算及其分布规律

特高压变电站内设备种类繁多,且电磁环境较为复杂,因此在设计阶段需对站内工频电场强度进行合理评估。为此,运用有限元分析软件Ansys建立了3维变电站计算模型,并采用谐波分析方法实现了电准静态场的模拟计算。以淮南至上海特高压交流输电示范工程变电站带高抗出线回路新型4柱设计方案为例,研究了母线、设备及构架对回路对地1.5m处电场分布的影响,并对母线高度进行了优化。研究结果表明:带高抗出线回路(简称高抗回路)的大部分区域对地1.5m处的电场强度由母线高度决定,设备结构仅对自身附近区域的电场强度影响较大;构架位置会影响站内电场强度峰值的出现区域;设计方案的母线高度为17.15m,最大电场强度为9.34kV/m,经过优化的母线的最优高度为16.65m。对特高压交流示范工程长治站和荆门站分别进行工频电场模拟计算,计算结果表明:2座变电站的工频电场均满足电场强度设计要求;站内主要区域电场分布的计算结果和测量结果之间的误差约为10%。

特高压空载变压器谐振过电压和励磁涌流分析及抑制方法

为研究从1 000kV侧合闸空载特高压(UHV)变压器的暂态特性,并确定其过电压和励磁涌流的幅值,从而为以后运行中合闸空载变压器的操作方式提供技术依据,首先将特高压交流试验示范工程系统调试时合空变过电压和励磁涌流的实测结果与模拟计算结果进行了对比,并找出了合理的的变压器励磁曲线和剩磁取值以提高仿真模型的准确性,在此基础上进行了合闸空载变压器的模拟计算。结果表明,变压器励磁曲线的电压不宜取得过低,变压器剩磁宜取40%～50%。将所选取的变压器励磁曲线和剩磁运用到特高压交流试验示范工程扩建工程的合空变研究中,并计算了从1 000kV侧合闸特高压空载变压器的过电压和励磁涌流。研究结果表明,合闸特高压空载变压器产生谐振过电压的可能性比合闸500kV变压器大,长治站和荆门站特高压空载变压器合闸均没有出现谐振过电压,而南阳站合闸第2台特高压变压器时产生了标幺值>1.3(基准值为(槡2×1 100/槡3)kV)的谐振过电压,并且基本上不衰减;合闸电阻可有效地抑制该谐振过电压;合闸时产生的励磁涌流均不大。

特高压半封闭气体绝缘组合电器的暂态电压仿真分析

特高压系统的电压等级高、容量大,暂态电压现象严重。为了提高特高压系统暂态电压计算的准确率,结合我国某特高压开关站建立半封闭气体绝缘组合电器(HGIS)系统整体模型。根据多导体传输线理论和相模变换方法,建立了HGIS外壳传输特性模型。除此之外,采用π型等效电路表示接地体单元,并结合HGIS内部暂态模型,详细计算了隔离开关操作时产生的特快速瞬态过电压(VFTO)和暂态壳体电压(TEV),分析了HGIS内部关键设备处VFTO和相应壳体上TEV的最大值和频谱特性,进一步分析了不同壳体接地方式和接地网对VFTO和TEV的影响。研究结果表明:在考虑接地网的情况下,VFTO的最大值为1 296kV,TEV的最大值为83kV,都要比不考虑接地网时的最大值小,且良好的接地方式是降低特高压HGIS系统暂态电压的有效方法。研究结果可供HGIS设计和相关电气设备绝缘结构设计参考。

特高压输电线路杆塔基础独立接地性能仿真分析

为掌握特高压输电线路杆塔基础的独立接地性能,指导特高压杆塔接地优化设计,对特高压杆塔典型基础和人工接地装置的结构进行了调研,采用CDEGS接地分析软件仿真计算了各类基础的自然接地电阻,分析了各种影响因素的作用,比较了典型接地装置的降阻效果,模拟了有无接地装置情况下杆塔附近的电位水平和分布特征。结果表明,土壤电阻率<1 000Ω.m时,大部分类型杆塔基础的自然接地电阻可以满足设计要求;土壤电阻率>1 500Ω.m时,一般杆塔基础的自然接地电阻难以满足要求,应加装人工接地装置甚至辅助降阻措施。加装人工接地装置具有减小最大地电位升和均匀周边电位的作用,仅有杆塔基础散流时,只有当土壤电阻率在数十Ω.m以下时才能满足接触电势的要求。采用现场测量结果对比了仿真计算的误差,结果表明仿真建模的方法是有效的,计算偏差在工程允许范围内。

特高压输电线路宽频带电晕损失测量系统

为研究特高压(UHV)分裂导线宽频带的电晕电流特性,进而计算导线的电晕损失,设计研制了1套基于全球定位系统(GPS)同步时钟的宽频带电晕损失测量系统。该系统通过全球定位系统(GPS)同步授时实现电压和电流信号的同步采集。通过无线网络传输模块,将上位机采集到的电流信号传输到下位机,这种方式可以实现电晕电流的安全可靠测量。误差分析表明:测量幅值误差<0.1%,相位误差<2°。已应用该系统对特高压交流试验基地分裂导线电晕电流和电晕损失进行测量,获得了6分裂、8分裂LGJ630-45型导线宽频带的电晕电流以及在干燥和淋雨(降雨强度20mm/h)条件下的电晕损失,表明该系统可以应用于宽频带电晕电流和电晕损失的测量。

特高压GIS变电站母线不装避雷器可行性研究

随着特高压输电技术的广泛应用,如何降低特高压工程的建设投资成本以提高特高压工程的经济性,已成为特高压技术发展面临的重要问题之一。通过对"皖电东送"同塔多回特高压工程4个变电站的雷电侵入波过电压进行计算和分析,对母线是否可以不装避雷器(MOA)的问题进行了研究。计算仿真结果表明,如果母线不安装避雷器,变电站在正常运行方式下,站内设备上最大雷电侵入波幅值为1 995kV,过电压值均在允许值范围之内;而在特殊运行方式下,站内设备上最大雷电侵入波幅值为2 480kV,超过了绝缘裕度允许的范围。然而,特殊的运行方式可以通过预先确立调度规程予以规避,因此可认为,"皖电东送"工程沿线的4个特高压气体绝缘变电站(GIS)母线可以不装避雷器。此措施可以使4个变电站站节省约1.2亿元(约1 500万元每组)的建设投资,具有明显的经济效益。

磁环抑制特高压GIS设备中特快速暂态过电压的模拟试验

为抑制特高压气体绝缘组合电器(GIS)设备中特快速暂态过电压(VFTO)提出了采用磁环抑制的方法,并进行了模拟试验。利用252kV GIS设备构建试验系统,利用SF6气体间隙在50、75和100kV的电压等级下击穿产生高陡度的行波,测试了不同长度的R2KB铁氧体磁环串和FJ37非晶磁环串对电压行波幅值和陡度的抑制效果。试验表明,只要磁环串的长度>0.5m,其对于电压行波幅值的抑制效果将不再随磁环串长度的增加而发生显著变化,但行波上升时间将随磁环串长度的增加而增加;在磁环串长度≥1m的情况下,铁氧体磁环对于电压行波的综合抑制效果优于非晶磁环。试验表明,采用磁环抑制特高压GIS中VFTO的方法在原理上是可行的。

特高压交流同塔双回试验线段雨天电晕损失研究

为了获得特高压交流同塔双回输电线路雨天电晕损失评估的关键数据,采用特高压交流同塔双回试验线段、特高压电晕笼两种试验手段,应用光纤数字化测量方法监测雨天气象条件下特高压交流同塔双回试验线段电晕损失,测量特高压电晕笼人工淋雨降雨率为12、16、20 mm/h条件下8×LGJ-630分裂导线电晕损失。并采用有效电晕损失等效计算方法,对电晕笼与试验线段试验结果进行等效计算分析。电晕笼与试验线段电晕损失基本等效,其误差在±6.5%范围内。研究结果验证了电晕笼分裂导线电晕损失试验结果与特高压交流同塔双回试验线段雨天监测结果的一致性,同时证明了有效电晕损失等效计算方法可以较为准确地将淋雨条件下电晕笼分裂导线电晕损失等效换算成特高压交流线路,研究成果可为特高压交流同塔双回输电线路电晕损失评估提供参考。

基于模糊优选的特高压输电方式综合评价方法

合理选择特高压(UHV)交直流输电方式是未来特高压电网建设规划中至关重要的一个环节。为此,以特高压交直流输电方式优选作为研究对象,提出了一种基于模糊优选的特高压交直流输电方式综合优选方法。首先建立了一套包含电网结构、电网安全性、经济性、环境影响等多影响因素的特高压交直流输电方式评价指标体系,其次引入了改进层次分析法(AHP)和标准差及平均差方法进行组合权重的计算,最后通过模糊优选方法计算不同备选方案的隶属度,实现输电方式的优选决策。将该方法应用于湖北电网"十二五"新增特高压输电方式的优选,结果表明特高压交流输电方式的综合隶属度为1,而直流方式的最佳相对隶属度为0.588,交流输电方式优于直流输电方式。

用改进粒子群神经网络混合算法优化特高压油气套管均压球结构

在我国特高压(ultra-high voltage,UHV)油气套管样机的试制过程中,套管尾部电场分布和均压球结构的优化是一项重要的研究内容。为此,详细介绍了改进粒子群神经网络混合算法(PSO-BP算法)的基本原理和流程,运用连续显式函数验证了该算法的寻优能力和准确度;并运用该算法对套管尾部均压球结构进行了优化。研究表明:PSO-BP算法能较准确地搜寻到显式函数的极值点,具有较强的挑出局部最优解的能力;需用套管3维全模型才能较准确地计算得出套管尾部的电场分布;PSO-BP算法能有效搜寻到均压球结构参数的最佳配置;优化后均压球表面的最大电场强度较优化前降低了约64.9%,且PSO-BP算法较传统PSO算法可节省约75.2%的计算时间。该研究结果已成功运用于特高压油气套管样机的试制并完成了全部型式试验。