±660kV HVDC输电线路典型杆塔绕击性能评估

±660 kV高压直流输电线路是世界上首条该电压等级的线路,对其耐雷性能研究至关重要。已有研究表明改进的EGM是所有计算线路绕击跳闸率模型中较为精确的模型。利用改进的EGM,考虑雷电对导线、地线和大地三者击距的差异、风偏影响、地形影响和导线工作电压影响等,基于典型杆塔对我国±660 kV高压直流输电线路进行绕击性能分析。仿真结果表明,在相同地面倾角时,考虑导线工作电压的绕击跳闸率大约是不考虑导线工作电压的2倍,因此计算中必须考虑导线工作电压。随着风速和地面倾角的增大,绕击跳闸率呈加速度增长。当地面倾角大于20°,风速大于20 m/s时,杆塔为ZP2711的线路绕击跳闸率超过指标要求0.1次/100 km.a,因此ZP2711杆塔适用于在内陆平原地区使用。而JP2711杆塔在地面倾角小于30°,风速小于30 m/s时绕击跳闸率都达标,因此可以在沿海以及山区地带选用。

A New Principle of Fault Identification of on the Same Tower Based on Traveling Wave Reactive Powers

In order to improve the reliability of fault identification of the double-circuit transmission lines on the same tower, a new algorithm for fast protection of double-circuit transmission lines on the same tower based on the reactive powers of traveling wave is proposed. With the implementation of S-transform, the initial traveling wave reactive powers are calculated and the change characteristics of reactive power under different fault conditions are studied. The protection criterion is constructed by analyzing the ratio of the reactive powers of the same end on double-circuit transmission lines and the ratio of the reactive powers at both ends on the same line. According to the ratio of reactive power on the same side of the line and both ends of the same line, it is possible to identify whether the faults of the double-circuit line of the same tower occurred in or out of the protection zone. A large number of simulation results show that the protection performance is sensitive and reliable, and quick to respond. The criterion is simple and is basically not affected by fault initial angles, fault types, and transitional resistances.

同塔双回直流线路故障选线方法

故障选线研究是同塔双回直流线路保护的重要组成部分,准确判断出故障线路有助于运维人员快速处理故障,有效保障直流系统安全稳定运行。本文提出的一种同塔双回直流线路故障选线方法,并对搭建的同塔双回直流输电系统进行数字仿真试验,验证了本文所提故障选线方法的有效性。

±500 kV直流输电工程同杆并架技术的综合研究

同杆并架输电技术用于长距离高压直流输电工程在国内外尚无先例,在葛南直流综合改造工程中,如应用同杆并架技术将原葛南1回1200 MW直流系统改造成2回3 000 MW直流系统,其输电能力将达到现有直流输电系统的5倍,但也会遇到各种新的技术问题。从直流线路杆塔参数的选择、雷电特性、电磁环境及同杆并架直流系统间的相互影响、可靠性等方面对该方案进行了深入的分析。分析结果已被应用于研究葛南直流增容工程的可行性。

雷击高压直流线路杆塔时的过电压和闪络仿真研究

雷击高压直流线路杆塔时,由于预先存在的直流工作电压对杆塔间隙的电气强度可能带来较大的影响,因此线路的耐雷性能与交流情况的不同。作者建立了雷击直流线路杆塔时的线路模型、杆塔模型、闪络判据等,采用仿真软件PSCAD/EMTDC对雷击直流线路杆塔的过电压和闪络进行了仿真分析,讨论了各种运行方式下直流工作电压对线路耐雷性能的影响。仿真分析结果表明:+500kV单极-金属回线运行与双极±500kV运行时,正极线的耐雷水平基本相同,负极线的耐雷水平远高于正极线;-500kV单极-金属回线运行时线路的耐雷水平最高。

同塔架设直流线路的相互影响研究

林枫直流与葛南直流是世界上首个同塔双回直流输电工程,同塔架设的直流线路间存在电磁耦合,但各极导线间的耦合关系不会给直流系统稳态运行带来严重影响,只有当直流线路发生接地故障等情况下,故障产生的暂态分量会因电磁耦合的关系及线路参数不平衡等原因影响到其他正常运行的极导线。为此,首先对林枫直流系统调试时直流线路故障和丢失脉冲试验对同塔架设直流的影响进行了分析;其次,利用EMTDC建立同塔双回直流输电研究模型,在重现直流线路故障和丢失脉冲试验的基础上,深入分析了林枫直流一极线路故障导致健全极发生换相失败和林枫直流丢失脉冲故障导致葛南直流发生换相失败的原因。

基于单回线路信息的同塔双回高压直流线路故障选线方法

同塔双回高压直流线路间存在复杂的故障电磁耦合关系,大大增加了各回高压直流线路故障选线的难度。为此,基于同塔双回高压直流线路故障行波的相模变换,分析了基于现有单回线路模量行波计算方法所得到的同塔双回高压直流线路故障回和非故障回的模量行波特点;利用故障回和非故障回地模波和线模波的积分比值以及地模波的极性的差异,提出了1种基于单回线路信息的同塔双回高压直流线路故障选线方法。基于PSCAD/EMTDC的溪洛渡—广东±500 k V同塔双回高压直流输电系统的仿真结果表明,该方法能在行波到达后1 ms时间内快速、可靠地识别出故障极线,且所需采样频率为与实际工程相符的10 k Hz,具有工程实用性。

交直流同塔多回输电线路导线布置方式与走廊宽度研究

交直流同塔线路混合电场是决定导线对地高度和走廊宽度从而进行线路优化设计的重要因素。由于其地面横向分布是交流分量和直流分量共同作用的结果,因此其分布特性与两者的叠加和分布特点有着密切的联系。以两回330 k V、750 k V交流线路分别与单回?1100 k V直流线路同塔架设为例,分析了交流线路在不同布置方式与相序排列方式下地面混合电场的分布特性与规律,并据此计算了导线对地最小高度和走廊宽度。结果表明,根据混合电场交、直分量的横向衰减特性,从走廊中心向外,地面混合电场可分为交流分量占主导的"交流区",交、直流分量比例相当的"混合过渡区"以及直流分量占主导的"直流区",为保证地面交、直流分量"错峰"布置,两回交流线路应采用垂直或倒三角排布方式,此时导线最小对地高度按照交流线路单独运行时的情况设计即可。当交流为750 kV线路时,走廊宽度主要由交流电场控制;交流为330 kV线路时,走廊宽度则由交直流电场分量共同控制。最终推荐采用垂直排布的相序6和倒三角排布的相序4两种布置方式。

基于电位系数矩阵的同塔双回直流输电线路故障选线方法

围绕同塔双回直流输电线路的故障分析与故障选线方法,基于麦克斯韦静电耦合理论,根据线路与杆塔的详细参数,考虑架空地线分段接地的特点及近端故障时滤波电容的影响,推算同塔双回直流输电线路的电位系统矩阵,并通过相模变换将线间静电不平衡耦合转换为线路各模量的电压变化量。进一步考虑地模与线模电压行波的传播特性差异,通过定义模电压变化比率以消除过渡电阻的影响,从而提出一种同塔双回直流输电线路的定量故障分析方法。基于所述故障分析方法,根据不同故障的边界条件进行特征分析,提出故障选线判据和定值整定方法。利用PSCAD/EMTDC构建同塔双回直流输电系统模型,通过全面的故障仿真分析,验证了所述方法的正确性,结果表明该故障选线方法不受过渡电阻的影响,能准确、灵敏地判定各种复杂故障类型。

±500kV直流极线与接地极线同塔架设时的感应过电压

结合南方电网某±500kV高压直流输电工程在运行中因雷击极线而造成的直流系统双极闭锁的实际情况,利用电磁暂态仿真软件EMTDC/PSCAD进行了仿真重现,研究分析了该直流系统中当直流极线遭受雷击时,其同塔架设的接地极线上产生的感应过电压造成其绝缘发生闪络并形成电弧,导致直流系统双极闭锁。研究结果表明:同塔架设直流极线和接地极线时,由于其绝缘水平差距较大,所以当直流极线遭受雷击时,在同塔架设的接地极线上将产生很高的感应过电压,并且在雷电波传播过程中,感应过电压具有累积效应,将多次达到其绝缘水平,使得接地极线沿线绝缘发生多点击穿闪络。在设计同塔架设不同电压等级线路时该研究结果具有指导意义,应考虑该问题并进行核算。

同杆并架±500kV直流系统间相互影响的实时仿真分析

针对葛洲坝—南桥改造工程可能采用的直流线路同杆并架方案,利用实时数字仿真器对2个双极的直流工程进行建模,深入研究了同杆并架的2个直流系统间的相互影响,研究内容包括葛洲坝—南桥一回、二回采用同杆并架技术输电时,在直流线路的首端、中点、末端分别发生单极、2极(同极性/不同极性)线路、3极线路200ms或800ms金属性接地故障时,故障极对健全极的影响、系统恢复情况以及系统过电压情况；单极、双极正常启动或停运、紧急停运时对运行极的影响；还比较了常规直流系统(以三常直流为例)出现单极线路首端、中点、末端故障时与双回直流同杆并架时的区别。研究成果已被应用于葛洲坝—南桥直流增容工程的可行性研究中。

采用区域分解法与高阶单元的交直流同塔线路混合电场计算

交直流线路同塔架设运行是解决电力输送时部分地区通道紧张问题的一种有效解决方案,电磁环境是其可行性分析中的一项重要问题。基于稳态求解方式,采用区域分解法对整个区域分块求解。在导线附近的区域利用2阶三角单元计算以提高电场求解的精度,在远离导线附近的广大区域则采用1阶单元,通过D-N交替法实现各子区域的耦合计算。此外,基于导线电晕的U-I特性曲线,提出一种新的导线表面离子密度更新策略,通过电压而非电场强度修正离子密度,导线表面电场强度直接服从Kaptzov假设。仿真结果与以往结果进行了对比,验证了算法的合理性和有效性。计算结果表明,采用基于区域分解的稳态求解方式可以用于快速预测交直流同塔线路的地面混合电场直流分量。

架空地线对同塔双回高压直流输电线路离子流场的影响

直流输电线路离子流场的计算中,针对外加电压、导线半径、线路高度等线路结构参数对地表电磁环境影响的讨论已很成熟,但针对架空地线半径、位置等因素影响作用的理论分析却并不多见。为此,基于Deutsch假设,编制程序计算了双极导线垂直排列试验线路地表合成场强,并与试验数据进行了比对,结果表明一致性很好。基于三沪二回典型输电线路结构,计算了极导线4种不同布置方式下的地表合成场强以及离子流密度,选出电磁环境较优的"+-/+-"布置方式用于讨论架空地线对地表电磁环境的影响。结果表明,对于不同的输电线路高度,地表电磁环境随架空地线位置变化趋势一致,且受位置变化影响极小。因此,在线路杆塔设计中,考虑防雷要求对地线位置进行调整时,无需考虑地线位置变化对线路下方电磁环境的影响。

共站同塔双回高压直流输电系统双回控制功能及其仿真

溪洛渡右岸电站送电广东±500kV同塔双回直流输电工程是世界上第一个双回直流共用换流站的直流输电工程。区别于其他类型的直流工程,该直流系统的运行既要适应单回独立运行方式,又要适应双回协调运行方式。文中分析了该类双回直流工程控制系统的分层结构,并针对其特有的双回控制层的特点,对双回功率控制功能进行了深入的研究。在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真模型,对3种典型运行控制模式进行了仿真分析。仿真结果验证了同塔双回输电系统协调控制的可行性和有效性。

同塔双回直流输电线路行波时域计算方法

同塔双回直流输电线路作为不平衡线路,行波在传播过程及端口折反射所涉及的频变特性是其故障行波精确计算中需要解决的关键问题。为此,提出了一种适用于同塔双回直流输电线路的暂态行波时域计算方法。该方法利用矢量拟合法和叠加定理,将故障行波在直流线路端口的折反射特性等效为时序波矩阵形式,并利用时域阶跃响应矩阵计及故障行波在直流线路上传播时的频变特性,从而避免了复杂的时频域转换过程。基于PSCAD/EMTDC对实际同塔双回直流线路的仿真测试验证了所提算法的有效性和准确性。

基于单回电气量的同塔双回直流线路故障测距算法

同塔双回直流线路极线间存在复杂的电磁耦合关系,而实际工程中各回直流系统的控制保护仍基于本回电气量信息,必然无法实现其完全解耦分析,从而增加了准确故障定位的难度。首先利用同塔双回直流线路的相模变换对基于单回线路电气量的模量特征进行详细分析,构造了消去地模分量的新差模分量,并对其特点及参数选择进行了分析。然后根据非故障点的线路两端沿线计算电压在故障时刻附近具有最大差值的特点,定义了非故障点最大电压差值区段,进而提出了一种基于单回直流线路电气量的时域故障测距算法。基于PSCAD/EMTDC对实际同塔双回直流系统的大量仿真测试结果表明:所提算法测距精度高,且不受故障极线、故障位置及过渡电阻的影响。

局部同塔双回直流线路故障行波传播特性及其对行波保护的影响研究

局部同塔双回直流线路分界点各侧的线路段具有不同的耦合特性,结合分界点各侧线路段的相模变换,得到了不同线路段入射分界点时各电压模量行波的交叉折射系数。在此基础上,对局部同塔双回线路不同线路区段发生单极接地故障时的故障行波传播特性及其行波保护动作量进行了定量分析,并比较了其与单回线路及完全同塔双回线路的差异。结果表明:同塔双回线路段的线模1分量与单回线路段的地模分量之间的交叉折射是造成局部同塔双回线路的故障行波传播特性与单回线路及完全同塔双回线路不同的主要原因;就基于模量的行波保护判据而言,局部同塔双回线路行波特性的影响主要体现在线模波变化率,其大小介于完全同塔双回线路和单回线路之间,且与单回线路段的总长度有关。

两起高压直流输电系统保护动作事件分析及对策

高压直流输电系统单极运行时,中性母线电压过高会影响系统正常运行。介绍了一起由感应电压导致的同塔双回直流输电系统单极运行时的大地回线转换开关保护动作事件和一起由换相失败引发的换流器差动保护动作事件。文中对这两起事件保护动作过程进行了全面的分析并提出了改进措施以避免相同类型故障的再次发生。通过现场试验和实际运行情况验证了措施的有效性。

同塔双回直流输电线路的感应电压仿真研究

随着对输电能力需求的扩大,同塔双回输电技术不仅在交流输电领域应用广泛,而且在直流输电领域也逐渐得到了应用。针对同塔双回直流输电线路之间电磁耦合带来的感应电压问题,采用雷电流仿真模型、杆塔多波阻抗模型和绝缘子先导闪络模型,并建立雷电绕击故障计算模型和接地故障计算模型,对不同运行电压、导线排列方式、土壤电阻率以及排列间距等对同塔双回直流输电线路感应电压的影响进行分析,以溪洛渡直流工程为参考,研究在不同运行方式、输送功率以及加装线路避雷器情况下,同塔双回线路间的电磁耦合特性。在对溪洛渡工程实例采用ATP-EMTP进行仿真的基础上,分别对雷电绕击和接地故障2种情形下的感应电压进行计算,比较并得出了影响线路间感应电压的主要因素。

±500kV同塔三回柔性多端直流输电线路防雷保护

同塔三回柔性直流输电线路在节约输电走廊等方面具有较大优势,但其防雷设计较单回或者双回输电线路有明显区别,特别在构成直流电网情况下,应从严控制线路雷击跳闸率。为此,以张北±500 kV柔性直流电网试验示范工程(单回)为背景,采用电气几何模型及行波法分析了±500 kV同塔三回柔性直流输电线路的耐雷性能,研究了极导线布置方式、避雷线保护角、地形地貌特征、接地电阻等典型因素对线路绕击及反击跳闸率的影响。计算结果表明,避雷线保护角采用–14°设计,极导线采用推荐的E布置方案时,可将三回直流输电线路的雷击跳闸率控制在0.1次/(100 km·a)以下。研究成果为后续±500 kV同塔三回柔性直流线路的防雷设计奠定了基础。