计及地电位升高的HVDC输电线路离子流场的计算

超高压直流(high voltage direct current,HVDC)输电线路离子流场的计算对于输电线路的设计具有重要意义。然而考虑地电位升高的地面离子流场的计算却很少,为此,在Deutsch假设的基础上,为了研究计及地电位升高时HVDC输电线路产生的离子流场,将地电位升高作为第1类边界条件,应用模拟电荷法,建立了考虑地电位升高影响的HVDC输电线路下方离子流场计算模型。计算结果表明,在不计及地电位下,与可查询的文献相比,计算结果与其基本一致。计及地电位下,地面离子流密度与电场的值分别有所增大,同时分析了不同地电位升高值、导线高度及极间距下,地电位的变化对超高压输电线路地面合成电场以及离子流场的影响。

特殊土壤情况下HVDC输电线路单极模式运行时的地表电位计算

高压直流输电线路(HVDC)单极经大地回路运行产生的地表电位分布对交流输电系统有负面影响。实际情况下的土壤结构是非常复杂的。本文阐述运用目前国内外接地计算较多采用的CDEGS软件包中的MALZ模块对复杂土壤模型进行计算,分析湖泊、大型金属管道等对电位分布的影响,以总结其对地表电位分布的影响规律。

深层大地电阻率对交流电网直流电流分布的影响

深层大地电阻率过高可能导致直流输电入地电流在交流电网中大量分布,诱发变压器直流偏磁危害。有鉴于此,通过大地电磁法测量深层大地电阻率分布从而取得水平多层大地电阻率结构参数,再利用复镜像法计算直流输电入地电流在多层水平土壤中的电位和电流密度,以评估深层大地电阻率对交流电网直流电流分布的影响。结果表明,只要离开直流极超过3倍直流极尺寸区域,点源可以代替具体的直流极进行电场/电位分布的计算。如果要分析直流电流在交流电网中的分布,必须要按实际大范围的大地电阻率参数来进行分析。最后以湖北电网的直流电流分布仿真结果与变压器中性点直流电流测量为例说明准确的深层大地电阻率对正确计算交流电网直流电流分布的重要性。

地磁感应电流对电网安全稳定运行的影响

太阳黑子异常活动而导致的具有准直流特性的地磁感应电流(geomagnetic induced current,GIC)的峰值远远高于变压器允许承受的直流量,已引起国内外多个电网相继发生电气设备受损和电网崩溃的事故。分析了GIC产生的机制,以及GIC致使变压器出现直流偏磁的原因。文中指出通过变压器的直流偏磁,GIC可能对交流电网的设备和电网的安全稳定运行构成威胁。详细分析了不同类型高压直流输电GIC存在的可能性,指出长距离高压直流输电只有在2种运行方式下,直流线路中才会出现GIC;正常运行时,该直流GIC不会危及直流输电的运行。最后提出了开展GIC对交直流系统安全稳定运行研究工作的建议。

±800kV换流站直流电压互感器现场校准试验

直流电压互感器(DCTV)是测量高压直流输电系统电压的重要设备,对保证高压直流输电系统的安全稳定运行具有重要作用。针对±800 kV复龙换流站极线直流电压互感器,研究了直流电压互感器的基本原理,研制了1套用于直流换流站现场校准试验的直流高压标准装置——直流标准分压器和具有同步数据采集系统的测量设备,选择了合适的现场校准试验回路,完成了复龙换流站直流电压互感器的现场校准试验。试验结果表明:在0～500 kV电压范围,标准直流电阻分压器分压比的相对误差<0.05%,线性度为0.03%;在0～800 kV电压范围,标准直流电阻分压器的线性度<0.05%;复龙换流站极Ⅰ直流电压互感器的准确度等级满足0.2级的要求,线性度为0.27%,分压比随着电压的升高而减小。这说明直流高压标准装置已经具备了良好的进行±800 kV特高压直流电压互感器现场校准试验的能力。

高压直流圆环形接地极电位数值模拟及影响因素分析

在远距离高压直流输电系统中,强大的直流电流流经接地极注入大地时,会在极址土壤中形成一个恒定的直流电流场,因此会出现大地电位升高。进而,当地面跨步电压和接触电势等超过允许值的情况下会带来一系列危害。因此,了解接地极在三维地电环境下产生的电位分布十分有必要。计算了水平圆环形接地极在均匀半空间条件下的电位解析解,并采用有限差分法实现三维复杂地电模型下接地极电位数值模拟。最后,通过建立简化的大地三维电阻率数学模型,如高低阻水平层状或半层状模型、与源距离不同三维高低阻长方体模型、下边界不断延伸的三维低阻长方体模型、高低阻倾斜或直立断裂构造模型等带入程序模拟得到相应的电位分布,从而分析各种模型对电位分布的影响,以期对极址的选择提供参考。

多层水平土壤地表电位分布的仿真分析

直流输电入地电流可能在交流系统内分布,对变压器和电网安全运行造成一系列不良影响。地表电位(ESP)分布是直流分布的重要参数,为提高数值计算的精度,基于矩阵束方法提出了一种求解格林函数的高阶复镜像法。算例证明了接地标准软件CDEGS在求解奇异格林函数时存在缺陷,高阶复镜像法克服了过往方法的不足,可以精确求解任意参数多层水平土壤的格林函数,且更高的复镜像阶数虽然可以减少拟合误差,但对格林函数计算结果的偏差无明显影响。最后对比了双环直流接地极和点电流源关于ESP的差异,如果直流极离开变电站大于10倍直流极尺寸,则可以用点电流源代替具体的直流极来计算ESP。

三种AT供电模式的比较

高速铁路一般使用AT供电方式。本文介绍3种AT供电模式:并从牵引变压器容量、牵引网输送容量和钢轨电位3方面对这3种供电模式进行对比分析。仿真结果表明新模式下的钢轨电位最大值较其他两种模式稍高,而对接触网的载流能力需求低于其他两种模式。法国模式对牵引变压器二次侧绕组容量要求较高,且需要中间抽头;日本模式居于两者之间。

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。

基于直流内电势控制的MMC多端直流输电系统最优下垂控制

基于模块化多电平换流器(MMC)的直流内电势直接控制方法提出了一种新型的MMC多端直流输电系统下垂控制策略。该控制策略在直流电压控制站实现直流内电势-直流电流的下垂特性,并在功率控制站实现对直流电流和电容电压的闭环控制。基于对频域响应特性的分析给出了该控制策略的优化控制参数设计方法。仿真证明了所提控制策略的可行性和有效性。

南方交直流并联电网运行问题分析

南方电网是中国首个长距离大容量送电的交直流并联运行电网。本文介绍了电网概况,分析了电网运行中存在的弱阻尼、动态电压支撑能力不足等主要问题。 在分析电网现有相关技术策略的基础上,探讨了解决这些问题的方法和手段,并对将来的工作进行了展望。

直流输电接地极特性理论分析及数学模型

详细分析了高压直流输电接地极的特性，在基本电磁场的理论观点及其假设的基础上，阐述直流接地极的模型建立和电流场分析，并进行了接地电阻、电位分布和温度分布等计算。

特高压直流接地极附近地表电位仿真计算

高压直流输电系统在单极大地运行方式下,接地极入地电流会形成地表电位,引起变压器直流偏磁,进而造成变压器温升、振动、谐波以及无功扰动,影响电力系统的正常运行。为了快速、准确地计算接地极附近变电站的地表电位,首先结合酒泉-湖南UHVDC工程酒泉接地极的大地深层电阻率数据,提出基于Ansoft Maxwell有限元软件的电位计算方法;其次,分析接地极在不同电极形状、不同入地电流情况下对地表电位分布的影响程度;最后,对酒泉接地极200 km内变电站的地表电位进行计算,结果表明,当入地电流为5000 A时,接地极大范围内的变电站间地表电位差较大,计算结果可为高压直流输电运行和直流偏磁治理提供依据。

基于非接触式行波采集的分布式高压直流故障测距方法

为提高高压直流输电线路故障测距的精度和供电可靠性,提出一种基于非接触式行波采集的分布式高压直流高阻故障测距方法。该方法采用分布式安装方式,基于空间电压、电流行波电磁场的宽频带检测技术,采用宽频带电磁场传感器实现对暂态行波信号的无失真采集;研究了动态自适应波速算法,利用行波采集终端分布式安装的特点,通过在线测量不同线路区段的实时故障波速,对故障段的行波波速进行矫正计算,避免了波速误差对测距结果的影响,有效提高了测距精度。分布式行波采集终端不需要安装在输电线路上,避免了设备安装和维护导致的停电。仿真及现场试验验证了方法的有效性和实用价值。

800kV直流线路负极悬空时的地面合成电场计算和分析

高压直流线路在实际工程中已得到广泛应用,国内外学者对该种线路的地面合成电场计算问题进行了大量研究,提出了多种数值计算方法,但对直流线路负极悬空时地面合成电场计算方法问题的讨论却很少。给出了直流线路负极悬空时导线周围标称电场及悬空导线电位的一种计算方法,对比分析了800 kV直流线路处于不同运行状态时的地面标称电场分布和导线表面电场,得到了悬空导线的电位与携带电荷量的线性关系。将上述方法与有限元方法相结合计算了负极悬空800 kV直流线路的地面合成电场,得到了悬空极导线合成电场电位的变化对该种线路地面合成电场最大值的影响规律。最后,计算结果显示负极悬空±800kV直流线路地面合成电场的最大值要小于负极接地情况下的最大值,它们的相对差别不到4%。

三峡首批机组并网调试中三万线高抗保护误动作分析

文章对三峡首批机组并网调试中出现的三万线高抗保护误动作进行了深入分析,排除了高抗内部发生故障的可能性,得出了高抗低端的电流互感器(CT)极性接反导致高抗保护动作的结论。由于准确及时排除了错误,使调试得以顺利进行。

改善直流电流地中分布的接地极互联技术研究

直流接地极入地电流会造成附近交流电网变压器偏磁、埋地管道腐蚀等问题,成为直流接地极建设、直流系统运行中的难题之一。将已有临近接地极互联是减小直流接地极入地电流影响的措施之一。文章以南方电网在广东地区的4个已有接地极为例,通过考虑接地极之间地中恒流场的影响,以及地上联络线的等效电路,建立场路耦合计算模型,研究不同接地极连接方式下各接地极的电流分配、地电位升等,由此提出一种通过专设集中汇流点将所有换流站的入地电流汇集在一起,再分配到各接地极,通过优化选择汇流点与各接地极联络线的导线调节电流分配的接地极连接方案。对比分析表明,该方案不但减少了直流系统对交流电网变压器、埋地管线等设施的影响,而且今后的新建直流工程可以直接接入,无须再新建直流接地极,具有可靠、灵活、扩展容易、性价比高的特点。

直流输电分布式接地极的建模分析

为改善直流输电工程单极大地运行方式造成变压器直流偏磁问题和提升传统单一的直流极接地性能,提出了一种分布式接地极的工程方案,并建立了该方案的3种仿真计算模型,即完整计算模型、简化模型和纯电路模型。以湖北宜昌地区的接地极为典型算例,结果表明完整模型和简化模型的计算结果一致,而纯电路模型的结果偏离真解。电路模型的误差取决于子极间互阻与子极接地电阻之比。以湖北电网现有的4个独立的接地极为研究对象,采用简单的线性分布式接地极可使单一接地极入地直流电流下降16%,接地极周围最大地表电位下降24.9%。该方法为交直流混联电网应用分布式接地极提供了参考。

多端直流输电工程直流高速开关直流燃弧特性试验分析

为了校核多端直流输电工程中直流高速开关偷跳后开关性能,文中结合直流高速开关实际运行工况,在西安高压电器研究院有限责任公司搭建直流高速开关直流燃弧试验平台,以ZKLW⁃550型开关为试品,国内外首次开展直流高速开关直流燃弧耐受能力试验验证。试验结果表明:ZKLW⁃550型开关经过DC 4000 A、持续时间400 ms、共5次的烧蚀,未产生明显的外部效应,满足考核试验要求。研究还发现:直流燃弧试验中高速开关双断口弧压稳定在1 kV左右;动静弧头端部直流烧蚀严重,静弧触头较新触头缩短1.7 mm,重量检测减轻10 g;动弧触头烧蚀变形,无法利用工装正常拆卸动弧触头。文中的研究内容对直流燃弧试验回路设计和多端直流工程中直流高速开关的工程应用具有一定的参考价值。

高压直流输电接地极对埋地管道的干扰及防护措施研究

通过电位远程监测系统对天然气管道受接地极的干扰情况进行监测,了解了接地极对管道的干扰频次、干扰时长及管道通/断电电位的干扰偏移程度。在6个月的监控期间,共监测到管道受干扰20次,干扰时长达22 d,干扰断电电位最高达到-0.23 V,干扰断电电位最低到-1.30 V。管道受南桥接地极干扰时,靠近接地极位置管道干扰远大于远离接地极位置管道干扰,且干扰方向相反,互为杂散电流的流入和流出区域。依据法拉第定律并结合实验室极化曲线测试,获得了管道钢在测试时间内的腐蚀风险,最坏情况下腐蚀速率为1.00 mm/a。通过数值模拟计算得到了南桥接地极在额定电流下管道的受干扰程度,并初步设计了接地极的干扰防护措施,建议增加3处强制排流系统和调整10处现有阴极保护系统输出。