直流UHV线路杆塔规划及经济档距的确定

为降低直流特高压(UHV)输电线路的工程投资,结合±500 kV和国外已建UHV的经验,分析了现有杆塔荷载和经济档距。根据工程实际情况,计算了塔型方案中各塔的摇摆角系数、水平档距、垂直档距、摇摆角角度及塔头间隙等。计算确定,在理想平地情况下的经济塔高为51 m、经济档距为510 m。研究结果已被应用于云广±800kV线路。

基于T区中低频衰减特性构成方向元件的特高压三端混合直流输电线路单端方向保护研究

将保护装置安装在T区两侧,基于T区中低频衰减特性构成方向元件,提出一种特高压三端混合直流输电线路单端方向保护方法。分析特高压三端混合直流输电系统整流侧、T区以及线路末端逆变侧三端边界频率特性,发现T区边界对故障电流暂态信号中低频分量有一定的衰减作用、整流侧边界和线路末端逆变侧边界对故障电流暂态信号高频分量有明显衰减作用。利用小波分解,根据T区两侧线路暂态电流中低频能量差判断故障方向,并提出故障方向判据。当T区左侧发生故障时,利用线路L1末端所检测到的高频暂态电流能量与低频暂态电流能量的比值来判别整流侧区内、外故障;当T区右侧发生故障时,利用线路L2首端所检测到的高频暂态电流能量与低频暂态电流能量的比值来判别线路末端逆变侧区内、外故障;T区发生故障时,判定为线路区外故障。给出基于T区中低频衰减特性构成方向元件的特高压三端混合直流输电线路单端方向保护方案,最后在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建昆柳龙特高压三端混合直流输电系统模型并对所提保护方法进行验证,仿真表明该文所提保护方法能实现特高压三端混合直流输电线路全线速动保护。

特高压交直流输电线路带电作业安全防护及碳减排效应分析

特高压(ultra high voltage,UHV)交流与直流线路同廊道运行时带电作业区域电压高、场强大,交直流混合电场比单一电场更为复杂。为确保作业人员安全,结合实际±1100 kV直流和1000 kV交流线路,建立了包含输电导线、杆塔及带电作业人员的三维计算模型,通过分析开展带电作业时人员的体表混合场强、电位转移电流及暂态能量,对作业人员安全防护进行研究。结果表明:随着作业人员不断接近直流线路,体表场强受交流线路影响越明显,最高可使作业人员体表场强增大约9%,达到1920 kV/m;交流线路的存在将导致电位转移电流增长约7%,但对暂态能量影响较小。通过对特高压线路不停电检修所减少的碳排放量进行进一步计算,验证了特高压带电作业对减少碳排放具有促进作用。

特高压多端混合直流线路经验模式分解单端保护

针对特高压多端混合直流输电线路T区边界不明显,现有保护难以实现线路全线速动保护,本文提出一种特高压多端混合直流输电线路单端保护方案。首先分析整流侧边界和线路末端逆变侧边界频率特性,根据T区两侧线路电流线模分量突变量极性的差异,提出故障方向判据;然后,利用Teager能量算子计算故障电流线模第1个固有模态分量的瞬时能量,通过该分量瞬时能量的最大值与整定值比较,判断线路首端整流侧及线路末端逆变侧区内外故障,提出特高压多端混合直流输电线路保护方案。最后,搭建昆柳龙特高压多端混合直流输电系统仿真模型并对所提保护方案进行验证,仿真结果表明,该保护方案能准确判断故障位置,实现特高压多端混合直流输电线路全线速动保护。

特高压直流线路与交流线路同走廊时混合电磁环境的计算

总结了工频电场、合成电场、工频磁场、直流磁场、可听噪声和无线电干扰的标准,提出了交直流同走廊架设时混合电磁环境的合成和评价方法。以上海地区±800kV直流线路与不同电压等级多回交流线路同走廊为例,对混合电磁环境进行了分析计算,包括混合电场、混合磁场、可听噪声和无线电干扰。提出了±800kV直流线路及500kV、220kV交流线路间平行接近距离,给出了各条线路导线对地最小高度,确定了集中规划走廊内建筑物及民房的最小拆迁范围。

污秽条件下±800kV直流输电线路电晕特性

±800 kV特高压直流输电线路起晕特性是影响其线路结构和建设费用的重要因素。起晕特性与导线表面状态相关,而直流电压下导线表面更容易积污,更严重影响输电线路的电晕特性。为了深入研究特高压直流输电线路污秽电晕问题,利用电晕笼研究了导线表面分别附有不同表面密度的模拟污秽和碳粉时的起晕特性并分析了污秽对±800 kV特高压直流输电线路电晕特性的影响。结果表明:当导线表面分别附有模拟污秽和碳粉时,在实际特高压直流输电线路表面场强附近,随污秽度的增加,电晕电流的增加趋势不同。起晕电压随污秽度的增加呈负指数下降,有饱和趋势,其中碳粉污秽对负极性电晕起始电压影响最大。根据实验结论和仿真研究,初步得出了±800 kV特高压直流输电线路导线电晕起始电压与表面污秽度之间的函数关系。

±800kV直流输电线路雷害风险评估方法

为实现对±800 k V直流输电线路雷害风险快速、准确的评估,从绕击计算模型及评估参数计算方法等方面进行研究,确定杆塔雷击最小放电路径应为导线到横担和塔身距离中的较小者;采用左/右地面倾角值多点、独立计算提高地形地貌参数精度;提出以6 km×6 km网格大小对±800 k V线路雷电参数进行分块,来获取正、负极性地闪密度值NGP、NGN,并推荐以雷电地闪2 000次为阀值拟合获得雷电流幅值累积概率分布计算式,其较单一分布公式更加精细;提出单基杆塔计算模型中"极性效应"权重系数值αN=0.91、βN=0.09,αP=0、βP=1;提出的±800k V直流输电线路雷害风险评估方法可达到全长2 058.6 km、4 240基杆塔线路的快速评估要求,评估结果表明特高压直流线路雷击跳闸率计算值和实际运行值虽均满足实际雷击跳闸率控制参考值,但仍存在雷害风险高、雷害防御能力相对薄弱区段。其中,高风险杆塔共649基,占比15.3%,此类杆塔应作为后期运维及治理的主要对象。

特高压直流输电线路岩石锚杆群锚基础试验

针对山区特高压直流输电线路荷载大、杆塔基础全方位铁塔长短腿和高低主柱基础配合方案的工程实际需求,提出了一种新型的山区特高压直流输电线路承台嵌岩式岩石锚杆群锚基础型式,并在现场完成了不同锚杆埋深和承台嵌岩深度的3个2×2承台式群锚基础的抗拔试验、3个3×3承台式(8根锚杆布置)群锚基础的上拔与水平力组合荷载工况试验。试验结果表明:水平力明显降低了承台嵌岩式岩石锚杆群锚基础的抗拔承载性能,适当增加锚杆长度及承台嵌岩深度可有效提高承台嵌岩式岩石锚杆群锚基础的抗拔承载性能。

±800kV特高压直流线路缓波前过电压和绝缘配合

为了确定±800kV特高压直流线路的绝缘水平,依托±800kV云广直流输电工程,采用PSCAD程序模拟计算了单极线路接地在健全极线路产生的缓波前过电压及其沿线分布,给出了2%过电压的计算方法,分析了直流滤波器电容、接地电阻大小和接地位置等因素对过电压波形和幅值的影响。按两种直流滤波器方案,进行了云广直流线路的绝缘配合,选择了线路杆塔最小空气间隙,研究结果已在云广直流输电工程建设中应用。采用V串的特高压直流线路杆塔空气间隙受缓波前过电压控制,建议可以按离线路中点±30km内、外两部分分别进行直流线路缓波前过电压绝缘配合,以节省投资。

特高压直流输电线路分段直流融冰方案

针对融冰线路一般不是全线覆冰的情况,提出了在重冰区线路下方建设分段直流融冰站的分段直流融冰方案。融冰距离取100km,通过对特高压直流线路大截面导线融冰电流范围和融冰时间的计算,确定融冰电流为12 000A,所需融冰功率153MW。为满足融冰功率的需求,提出了分段直流融冰站所需交流电源的电压等级为220kV。最后设计了2套24脉动整流电路并联的分段直流融冰装置,并对装置的设备参数进行了设计选型。通过Matlab仿真软件对特高压直流线路的分段直流融冰进行仿真,结果表明设计的装置其融冰电流可达10 980A,且输出电压为24脉动,总谐波畸变率(THD)仅0.83%,验证了该方案的可行性。

中短波段输电线路无源干扰防护间距求解的关键问题

为更准确地计算输电线路对各类无线台站的无源干扰防护间距,对仿真模型、干扰极大值频率和防护间距计算方法进行研究。仿真模型采用垂直极化平面波进行激励,线路铁塔仿真为面模型,地线仿真为线模型,阐述了线?面模型接点处的基函数及求解方法。结合当前输电线路无源干扰谐振频率发生在整数倍波长回路谐振频率和λ/4谐振频率的观点,计算了垂直极化平面波激励下的输电线路感应电流和不同观测点处的无源干扰水平。结果表明平面波激励下的无源干扰最大值出现的频率符合1倍波长回路谐振频率,不符合λ/4谐振频率;当频率达短波频段后,整数倍波长回路谐振频率不再适用。提出了输电线路无源干扰防护间距的求解方法,以调幅广播收音台一级台为例,求解了特高压直流输电线路对其的防护间距。

特高压直流输电线下合成电场分布的影响因素

为在设计特高压直流输电线路时考虑地面合成电场和离子流密度分布两个相互关联的电磁环境指标,采用上流有限元法对双极直流线路下合成场强和离子流密度分布进行数值计算。在验证其有效性之后,以云广±800kV特高压直流输电线路为算例,分析了一些线路参数对合成场强和离子流密度分布的影响规律。结果表明,提高导线高度能明显减小地面电场,极间距的小范围变化对地面电场影响不大,控制地面的电场效应须注意导线表面的状况,正负极性也会引起地面电场效应的不同变化。最后根据我国电力行业标准中对合成场强和离子流密度分布的限值给出了线路的走廊宽度建议。

±800kV直流输电线路对电信线路的危险和干扰影响研究

将对电信线路的电磁影响控制在允许程度是发展特高压直流必须解决的重要问题之一。计算了±800kV直流输电线路对电信线路的感性耦合危险影响和干扰影响;结合我国电信线路现状,就±800kV直流输电线路对电信线路的电磁影响进行了一般性分析和评估。结果表明:±800kV直流输电线路对电信线路的危险影响一般可以不考虑;对电信线路的干扰影响,在单极大地回路运行方式下难以避免,但在双极运行方式下一般可以不考虑。在±800kV直流输电工程中,采用直流滤波器作为干扰影响防护措施时,应注意考虑电信系统的技术发展因素和进行技术经济性能比较,控制直流滤波器数量,以节省工程投资。

±800kV直流特高压输电线路的设计

±800kV直流输电是国际上输电电压等级最高、技术最先进的直流输电方式。±800kV直流线路设计没有现成的经验可供参考。为满足工程建设需要,合理确定技术原则和建设标准,需要全面研究和分析与工程建设有关的主要设计原则。结合向家坝-上海直流输电工程,介绍了特高压直流线路设计的主要研究成果,包括气象条件、结构可靠度、导线选择、地线选择、绝缘子选型、绝缘子串及金具、绝缘配合、导线对地及交叉跨越距离、极导线排列方式和走廊宽度等。同时给出了大量±800kV特高压直流线路的基本设计条件、主要设计参数以及向家坝-上海直流线路的技术特点、单位km长度线路的杆塔质量、混凝土量等工程量指标。通过我国第1条输送功率达6400MW的特高压双极直流输电线路的设计实践,证明±800kV特高压直流线路技术上是可行的,经济上是合理的。

并行多回交直流输电线路检修作业时稳态感应电压计算与分析

同走廊架设多回交直流输电线路可节约土地资源,但多回交直流输电线路相互之间存在静电和电磁耦合。研究并行走廊内各回线路稳态感应有利于线路检修作业安全。通过电磁暂态计算程序建立湖州多回并行走廊内的6条超、特高压交直流输电线路计算模型,计算了特高压交流线路与超、特高压直流线路之间的耦合影响,分析了带电和停电检修作业时在交直流线路不同运行方式组合下各检修线路静电和电磁感应电压的幅值和分布。结果表明,湖州地区并行多回交直流线路之间稳态感应电压对目前规程规定的带电和停电检修作业方式和工具的影响可以不予考虑。

特高压交直流线路带电作业人员的体表场强

在对特高压交直流线路带电作业人员在各典型作业位置的体表场强进行了测量的基础上,分析了特高压交直流输电线路带电作业人员的体表场强特征,归纳了体表场强的变化情况,发现特高压直流线路带电作业人员的体表场强值明显小于特高压交流线路,并对其原因及机理进行了分析。同时对研制的特高压交直流带电作业用屏蔽服防护特性进行了试验研究,结果表明在特高压交流线路等电位作业时,屏蔽服内交流场强为2～10 kV/m;在特高压直流线路等电位作业时,屏蔽服内的直流合成场强为0.7～2.3 kV/m,均符合国家标准"<15 kV/m"的规定,满足带电作业的安全防护要求。最后根据带电作业人员体表场强及安全防护用具的研究结果,制定了安全防护措施。

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。

±1100kV特高压直流输电线路电磁环境研究

研究特高压直流输电电磁环境问题对我国特高压工程建设具有重要意义。根据±1 100kV特高压直流输电线路电磁环境限值,按照给定的初始条件,采用模拟电荷法、有限元法、CISPR、EPRI经验公式等方法计算合成场强电场、地面离子流密度、磁场强度、无线电干扰和可听噪声等电磁环境参数。研究表明,可听噪声是导线选型的控制因素。根据不同的极间距和海拔高度情况,推荐相应的导线型式,并给出不同导线型式推荐的导线最小对地距离。

特高压直流输电线路污秽外绝缘设计及配置

针对污秽外绝缘设计是±800kV直流工程关键技术问题之一,提出了对±800kV直流输电线路绝缘子串进行污秽外绝缘设计考虑现场污秽度校正、NSDD校正及采用污耐压方法进行污秽外绝缘设计的方法;根据瓷、玻璃绝缘子的污耐压曲线对±800kV直流输电线路"I"型绝缘子串进行了污秽外绝缘设计。结果表明,在轻污秽度等级下,采用210kN盘形悬式绝缘子,按爬电距离等同原则换算需64片,按结构高度等同原则换算需67片。

特高压直流输电线路和边界频率特性研究

根据云广特高压直流输电系统实际参数,建立特高压直流输电线路以及由平波电抗器、直流滤波器和PLC滤波器所构成的特高压直流输电线路边界的频域模型,分析特高压直流输电线路和线路边界的频率特性。对特高压直流输电线路及其边界对故障暂态信号高频量的衰减作用,以及故障位置对保护安装点所检测到的故障暂态信号高频量的影响进行了研究。研究结果表明,边界和线路对暂态信号高频量的衰减作用大小和故障与保护安装点的距离有关,当故障发生点与保护安装点的距离大于-ln G(jω)/α时,线路对频率为ω/(2π)高频量的衰减作用将大于边界的衰减作用。建立云广特高压直流输电系统实际参数仿真模型,对特高压直流输电线路及其边界对故障暂态信号高频量的衰减作用进行仿真验证,仿真结果证明了上述结论的正确性。