Design of 1000-kV AC Single-Circuit Overhead Transmission Line

The UHVAC 1 000-kV transmission system is so far the one with the most advanced transmission technique applied and highest operation voltage.There are no guidelines or standards available for the design of 1 000-kV overhead transmission line in China.Study on key technologies and design schemes shall be carried out to ascertain the technical principles and construction standards for project construction,which are presented in this paper based on the Southeast Shanxi-Nanyang-Jingmen test and demonstration transmission line.A comparison and analysis of technical data and economic indices between UHV line and other lines are also described.

中国首条1000kV单回路交流架空输电线路的设计

1000kV交流特高压输电是目前电压等级最高、技术最先进的交流输电方式。在我国1000kV线路的设计没有直接可供采用的设计原则和设计标准。为满足工程建设需要,合理确定技术原则和建设标准,需要研究和分析与工程建设有关的关键技术和设计方案。结合1000kV晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程的建设,介绍我国第1条单回路交流特高压架空输电线路的主要设计原则和特点,如设计风速及机械荷载、导线选择、地线选择、绝缘子串片数、绝缘串型及金具、杆塔空气间隙、导线对地高度及交叉跨越距离、导线排列方式和线路走廊等,并将特高压输电线路的主要技术及经济指标与其他电压等级线路作了比较和分析。

改进电气几何模型法在1000kV输电线路雷电绕击跳闸率计算中的应用

分析现有3种输电线路雷电绕击计算方法的优缺点,改进了电气几何模型法。求解雷电流垂直地面入射时击距曲线间的交点坐标;根据雷电流入射角的变化,将交点映射到不同的几何空间;根据实际击距曲线修正交点坐标并求解雷电绕击跳闸率。计算结果表明,改进电气几何模型法较传统方法计算更为准确。最后,应用该方法分析了地线保护角和杆塔呼高、中相横担长度、层间距对1000 kV输电线路雷电绕击跳闸率的影响。

1000kV/500kV特、超高压同塔4回交流输电线路雷电性能仿真分析

为准确评估1 000kV/500kV超特高压同塔4回输电线路的雷电性能,基于电磁暂态程序(EMTP)和改进后的电气几何模型(EGM)分别对这种线路的反击、绕击耐雷水平及雷电跳闸率进行了仿真研究。分析了同塔多回线路中500kV线路不同相序排列、不同间隙长度及不同杆塔冲击接地电阻对反击跳闸率的影响,并对比计算了1 000kV线路不同绝缘子串布置方式下线路的雷电绕击性能。最后根据研究结果,指出了500kV线路的绝缘配合是1 000kV/500kV混压同塔4回线路防雷的薄弱点所在,并提出通过加强500kV线路的绝缘水平、优化1 000kV线路绝缘子的布置方式等措施,能有效改善线路雷电性能、降低雷击跳闸率,可用于指导工程设计。

1000kV同塔双回特高压交流输电线路工频序参数测量计算

为准确获得淮南—上海1 000 k V同塔双回交流输电线路的工频序参数,采用基于全球定位系统的异频双端同步测量方法测量试验中各相导线首、末端电压与电流;提出了将所测电压与电流代入长线方程来求解异频下的工频序参数的计算方法,并与单端测量所得结果进行比较。结果表明,采用所提出的双端测量计算法能够获得准确的工频序参数,与采用分布参数模型的单端测量计算结果相比,其差异百分比≤1.52%;而与采用常规集中参数算法的单端测量法相比相差较大,其中零序电阻差异百分比可达16.48%,这是因为单端测量法不适用于长距离线路的参数计算。将上述双端测量计算法用于测量特高压同塔双回交流输电线路淮芜Ⅰ线与Ⅱ线的工频序参数,获得了准确的结果,为继电保护及短路电流计算等提供了数据基础。

1000kV紧凑型输电线路的电气参数及电磁暂态分析

分析1 000 kV紧凑型线路的电气参数、工频过电压、潜供电流、操作过电压等,并与常规型线路进行比较。结果表明,紧凑型线路的自然功率较大,其电气参数的平衡性较好;为满足限制工频过电压和潜供电流的要求,紧凑型线路需要较大的高抗容量,其中性点小电抗的阻值也较大。研究发现,紧凑型线路高抗中性点电压较高,在算例中超过了特高压示范工程中相应的耐压水平;为此,建议适当提高线路高抗中性点的绝缘水平。此外,鉴于紧凑型线路的相间距离明显小于常规型线路,还应注意校核相间绝缘水平。必要时,可以考虑采用四星接法MOA来限制紧凑型线路的相间操作过电压。

1000kV皖南—浙北特高压交流线路静电感应电压分析

为合理选择特高压交流线路参数测试设备,确保测试人员和试验设备安全;同时为有效开展测试结果的干扰分析,有必要分析1 000 kV特高压交流线路上的静电感应电压。调查了1 000 kV皖电东送特高压交流输电线路皖南—浙北段邻近±800 kV、±500 kV直流线路分布情况,分析了±800 kV、±500 kV直流线路在特高压交流线路上产生静电耦合电压的影响因素,仿真计算得到了邻近直流线路在1 000 kV特高压同塔双回线路上产生的感应电压。结果表明：皖南—浙北段特高压交流输电线路平行于多条±800 kV、±500 kV直流线路。邻近直流线路单极运行时,特高压交流线路上的感应电压为8~70 kV,明显高于双极运行时的感应电压0.5~10 kV。邻近直流线路单极运行时,随着接近距离的增加,特高压交流线路上感应电压的减小速率很缓慢,明显小于双极运行情况;最近距离由50 m增加至200 m时,单极运行工况下的感应电压减小约10%,而双极运行工况下的感应电压几乎减小至0。由于不同相别导线的位置差异,各相导线上的感应电压值存在明显差异;邻近直流线路单极运行时,不同相别导线感应电压的最大值、最小值相差4~7倍。研究结果为1 000 kV同塔双回线路参数现场测试提供了重要参考。

1000kV交流输电线路绕击率的计算方法

分析了现有3种雷电绕击计算方法的优缺点,选用电气几何模型法计算1 000 kV交流输电线路雷电绕击率。若用传统电气几何模型法计算,需求解多个二元二次方程组,计算复杂;根据平面几何理论,构造以半径、夹角为变量的圆弧方程,改进了传统电气几何模型法雷电绕击概率方程,并提出圆弧夹角的计算方法。计算结果验证了应用改进方法的正确性;针对1 000 kV输电线路,研究了地线保护角、地面倾斜角和杆塔呼高对雷电绕击率的影响。

1000kV紧凑型输电线路相间间隔棒力学特性仿真分析及配置

与常规线路相比,紧凑型线路在缩小线路走廊占地和提高输送容量方面具有明显的优势,其在结构上最大的特点就是相间空气绝缘距离小,为保证其运行安全,需要在相间加装相间间隔棒。为研究1 000kV紧凑型线路用相间间隔棒的配置,利用清华大学编制的输电导线多档3自由度模型的计算软件,对1 000kV紧凑型线路在加装相间间隔棒前后各种外力作用下的动力响应以及导线的静态张力和弧垂进行了分析。计算结果表明,在1 000kV紧凑型输电线路上加装一支结构高度14m,芯棒直径55mm的相间间隔棒能够有效抑制其在短路电动力和大风激励下的不同步摆动,并且加装相间间隔棒对导线张力、弧垂的影响都在允许范围内,线路仍然可以安全运行。

1000kV角钢塔地震模拟振动台试验研究

为分析地震作用下1 000 kV特高压角钢输电塔动力反应特点以及导、地线质量对该塔架结构动力反应的影响,开展地震模拟振动台试验。选取4种不同类型的地震动输入,针对单塔及单塔悬挂集中质量进行8度烈度水准下的动力反应测试。试验结果表明:该型输电塔悬挂集中质量块后顺线路方向自振频率降低了2%,横线路方向自振频率降低了17%。对于绝缘子采用V型悬挂方式的杆塔结构,在计算塔动力特性时,垂直线路方向需考虑绝缘子连接方式及导线质量的影响。因该型输电塔结构横担较长,高宽比较小,地震反应有显著空间耦合性,地震作用下结构的扭转反应较易激起。总体而言,导线质量对输电塔抗震是有利的,塔线体系动力分析时考虑导线质量的影响将会更加真实地估计结构杆件内力。

1000 kV特高压交流紧凑型输电线路综合工况下间隔棒抑制效果仿真研究

与常规线路相比,紧凑型输电线路的相间空气绝缘距离大大减小,在实际运行过程中遭遇诸如大风、脱冰等外力影响时更容易发生相间闪络、碰线事故。为此,针对1 000 kV特高压交流紧凑型输电线路,主要研究了大风和C相脱冰综合工况下传统相间间隔棒与新型相地间隔棒对相导线不同期摆动的抑制效果。根据清华大学自主研发的非线性导线–绝缘子体系3自由度多档模型,首先研究了大风和脱冰发生时间间隔的影响,然后研究了大风起风和脱冰同时发生时不同间隔棒配置方案的效果。计算结果表明:大风起始时间与脱冰时间一致时对导线相间距离影响最恶劣;在C相中点安装结构高度为14 m、芯棒直径为75 mm的相地间隔棒,且在A–B相间、档距1/4、1/2、3/4处安装3支结构高度为14 m、芯棒直径为30 mm的相间间隔棒,可将线路安全运行档距提升至1 000 m;对于1 000 m以上大档距线路,建议将相间距离增大至18 m,利用上述间隔棒配置方案即可在一定程度上实现1 500 m档距以内的安全运行;运行过程中绝缘子所受拉、压力均在其受力范围内,且具有较大的裕度。综上所述,对于紧凑型线路,在大风和脱冰综合工况下,建议采用较大直径的相间间隔棒和相地间隔棒相结合的方案进行有效的相间距离控制;对于更大档距线路,需结合增大相间距离的方式方可保证安全的相间距离。

1000kV交流同塔双回输电线路的电气特性仿真分析

为研究1 000 kV同塔双回输电对继电保护装置的影响,需要首先对其电气特性进行深入研究。根据工程设计参数,在实时数字仿真器中建立仿真系统,进行有关模拟试验,将其主要电气特性与1 000 kV单回输电系统和500 kV同塔双回输电系统进行比较。主要针对互感的影响、谐波含量、非周期分量衰减时间、充电电流、恢复电压、高阻接地故障电流水平等进行分析和比较。从研究对继电保护装置影响的角度,分析特高压同塔双回输电系统的电气特征及其对保护装置产生的影响。特高压同塔双回线间的互感影响接地距离保护范围的准确性,故障电流中的非整数次谐波及衰减非周期分量影响继电保护装置的速动性,经高阻接地故障时,故障电流减小影响继电保护装置的灵敏性。继电保护生产厂商需针对这些新电气特征进行深入研究和改进。

1000 kV交流特高压输电线路舞动区的划分

随着全球大气候的变化,中国极端风雪天气愈加频繁,架空输电线路导线舞动时常发生,往往会引起线路跳闸,电弧烧伤,金具、绝缘子损坏,导线断股、断线,倒塔等严重事故,造成巨大的经济损失。因而,对高压架空输电线路舞动区的研究与划分显得尤为重要。笔者对1 000 kV线路进行了全线的实地调研,并且搜集了大量线路经过地区的气象资料,在分析了舞动区基本理论的基础上,结合线路经过地区的地形地貌和气象条件,对该线路进行了舞动区的划分,希望对运行单位更高效的开展运行维护管理提供一定的帮助和指导。

煤层开采与1000kV特高压输电杆塔地基稳定性影响研究

晋东南至南阳段1000kV特高压输电线路途经山西煤田采空区和规划区,为评价规划区煤层开采对已建输电杆塔地基稳定性的影响,根据现场收集的资料、利用FLAC3D数值方法对特高压线路N165输电杆塔下部3号煤层进行开采模拟。结果表明,开采3号煤层将对输电杆塔地基稳定性造成影响,地表最大沉降为3.7m,输电杆塔基础沿线最大倾斜为9.2‰,开采过程中如杆塔基础不采取抗变形措施,杆塔基础倾斜将会危及到特高压输电线路的稳定。

交流特高压变电站1000kV导线的选择

1000kV配电装置导线是保证特高压交流输变电工程电气技术条件的重要组成部分,电晕产生的无线电干扰和可听噪声对环境的影响是特高压导线选型和分裂形式选择的最主要因素之一。文章结合我国1000kV交流特高压试验示范工程的实际情况,对1000kV变电站导线的选型和分裂形式进行优化,确定最优分裂间距及次档距,使导线在满足电气性能和机械性能的前提下,尽可能降低对环境的不良影响。

1000kV交流输电线路用绝缘子技术关键的探讨

根据1000kV交流输电线路对绝缘子的技术要求,对我国现有的瓷、玻璃盘形悬式绝缘子和棒形悬式复合绝缘子的等级规格、电气特性和机械特性进行了分析;结合运行的要求指出特高压系统用的绝缘子应解决的关键技术是污秽问题,同时要完善和开发高吨位等级的各种大爬距的绝缘子;特高压绝缘子串的电位分布对绝缘子的性能影响应引起重视;除了执行GB/T1001-2003和GB/T19519,还应增加补充打击负荷试验(仅是普通型)、可见电晕电压试验、无线电干扰试验、工频电弧试验、机械振动试验和长串机械试验。

1000kV输电塔横风向振动风洞试验研究

为研究特高压输电塔架和输电塔–线耦联体系的横风向风振响应特点,以某1 000 kV输电线路为工程背景,通过气弹模型风洞试验,分析了单塔和塔–线体系在紊流风场中的横风向风振响应。试验结果表明:在紊流风场中,输电塔的横风向响应和顺风向响应处于同一数量级;塔–线体系中输电塔的横风向加速度响应大于单塔,横担端部的横风向位移响应大于单塔,而塔身处的横风向位移响应却小于单塔。高阶振型对单塔横风向加速度和位移响应的影响不能忽略,而位移响应还包含了一定程度的背景响应。在进行特高压输电塔的抗风设计中,应考虑横风向风振响应的影响。

冲击电晕对1000kV交流输电线路耐雷水平的影响分析

为分析冲击电晕对1 000kV特高压交流输电线路耐雷水平的影响,针对现有电磁暂态仿真软件并无电晕模块、且只建立相导线上电晕模型而忽略避雷线上的电晕所存在的不足,基于电晕库—伏特性,采用ATP-EMTP软件分别建立了避雷线与相导线的电晕等值电路模型,并与Jmarti线路相结合,仿真分析了1 000kV交流输电线路反击与绕击耐雷水平。结果表明,不论考虑工作电压与否,与不计电晕相比,计及电晕可使1 000kV交流输电线路的反击耐雷水平提高近21%,绕击耐雷水平提高40%以上,为1 000kV特高压交流输电线路防雷设计提供了参考。