【正文】 交流系統(tǒng)參數(shù) ............................................... 25 直流濾波器 ................................................. 25 平波電抗器 ................................................. 26 換流閥 ..................................................... 26 換流變 壓器 ................................................. 26 直流輸電線路 ............................................... 26 電磁耦合機(jī)理仿真研究 ............................................ 27 現(xiàn)有線路運(yùn)行模式下的固有缺陷與防范措施及解決方 案 ................ 28 電容比值不平衡保護(hù)的原理及配置 ............................ 29 運(yùn)行實例 .................................................. 29 保護(hù)動作行為分析 .......................................... 29 存在問題 .................................................. 31 解決措施 .................................................. 31 本章小結(jié) ........................................................ 31 第五章 結(jié)論及未來研究方向 結(jié)論 ............................................................ 33 未來研究方向 .................................................... 33 參考文獻(xiàn) ................................................... 35 致謝 ....................................................... 37 武漢大學(xué)珞珈學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 1 第一章 緒論 研究背景與動機(jī) 云廣直流作為世界上第一條特高壓直流輸電工程尚無太多經(jīng)驗可以借鑒。特高壓直流極間線路之間存在一定程度的電磁耦合，這一耦合作用在雷電沖擊的情況下特別明顯，且影響到了另一極的穩(wěn)定運(yùn)行。云廣直流 2021 年 和 2021 年 的兩次雙極相繼閉鎖事故中都是因為一極線路故障而引起了另一極電流電壓的波動從而使另一極保護(hù)動作，并最終導(dǎo)致雙極相繼閉鎖。云廣工程 在設(shè)計時并沒有考慮到線路之間存在如此大的電磁耦合關(guān)系，控制保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計也只是基于本極的電流電壓變化特性，并沒有考慮到對極故障對本極造成的干擾。 為了節(jié)省線路走廊，直流線路同塔并架在直流工程中也開始出現(xiàn)。興安直流也因為征地等原因，部分直流線路和接地極線路采用了同塔并架的方式，也正是因為這種方式，發(fā)生多次因為極線路故障而導(dǎo)致接地極線路保護(hù)動作，目前關(guān)于這方面的研究只集中在如何防雷等措施上。 正在建設(shè)的溪洛渡送電廣東同塔雙回直流工程中，兩回直流的線路即架設(shè)在同一個桿塔上。這兩回直流四條直流輸電線路相互之間存在復(fù) 雜的電磁耦合關(guān)系，既出現(xiàn)同一回直流的不同線路間，也包括不同回直流線路之間。當(dāng)任一線路發(fā)生故障時對其它三條線路的影響機(jī)制及分析方法，相關(guān)直流系統(tǒng)控制保護(hù)的響應(yīng)特性等問題，目前都研究較少。國網(wǎng)公司也建有一個同塔雙回直流輸電工程，相關(guān)研究人員做過一些仿真分析，但也僅限于兩回直流之間，并未研究同一回直流不同極線之間的影響。而針對相關(guān)問題的分析模型與方法、研究手段、工程試驗等方面，國內(nèi)外都還基本處于空白。 本項目緊密結(jié)合南方電網(wǎng)直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行實際，研究成果不僅對現(xiàn)有直流工程的安全可靠運(yùn)行具有指導(dǎo)作用，而且對于在建的 直流工程具有重要的參考價值。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 特高壓直流極間線路之間存在一定程度的電磁耦合，這一耦合作用在雷電沖擊的情況下特別明顯，且影響到了另一極的穩(wěn)定運(yùn)行。云廣直流 2021 年 和 2021 年 的兩次雙極相繼閉鎖事故中都是因為一極線路故障而引起了另一極電流電壓的波動從而使另一極保護(hù)動作，并最終導(dǎo)致雙極相繼閉鎖。 雷電流頻率范圍較大，且含有較多高次諧波，而設(shè)計階段直流線路對于線路耦合的研究只停留在低頻分量，而控制保護(hù)邏輯之間的配合也只是基于本極的電流電壓變武漢大學(xué)珞珈學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 2 化特性，并沒有考慮到對極故障對本極造成 的電磁耦合，特別是高頻電流的電磁耦合。 為了節(jié)省線路走廊，線路同塔并架在交流輸電系統(tǒng)中較為常見，同塔兩回或多回直流線路同桿并架的現(xiàn)象在交流系統(tǒng)出現(xiàn)較多，同桿線路相互影響以及同桿線路跨線故障等的影響方面的研究也較多。近年同桿并架在在直流工程中也開始出現(xiàn)。但直流線路在設(shè)計之初對頻率特性的考慮不全面，針對線路之間電磁耦合機(jī)理研究不夠徹底。興安直流也因為征地等原因，部分直流線路和接地極線路采用了同塔并架的方式，可能因為這種線路架設(shè)方式的存在，發(fā)生多次因為極線故障而導(dǎo)致接地極線路保護(hù)動作，國網(wǎng)公司在三滬直流投運(yùn)之前針 對同桿并架現(xiàn)象可能造成的影響進(jìn)行了相關(guān)研究，南方電網(wǎng)也針對接地極線路和直流線路的同桿架設(shè)現(xiàn)象開展研究，但這方面的研究只集中在如何制定防雷措施上，針對電磁耦合機(jī)理研究相對較少，也并沒有提出針對電磁耦合現(xiàn)象的優(yōu)化算法。 正在建設(shè)的溪洛渡送電廣東同塔雙回直流工程中，兩回直流的線路即架設(shè)在同一個桿塔上。這兩回直流四條直流輸電線路相互之間存在復(fù)雜的電磁耦合關(guān)系，既出現(xiàn)同一回直流的不同線路間，也包括不同回直流線路之間。當(dāng)任一線路發(fā)生故障時對其它三條線路的影響機(jī)制及分析方法，相關(guān)直流系統(tǒng)控制保護(hù)的響應(yīng)特性等問題，目前都研 究較少。直流輸電線路因為直流電流沒有頻率特性，針對含有較大高頻分量的雷電流造成的電磁耦合現(xiàn)象與交流輸電系統(tǒng)有很大區(qū)別，需要進(jìn)行深入的研究。 自 1882 年開創(chuàng)直流直流輸電輸送電能的歷史以來，經(jīng)過 20世紀(jì) 50~60 年代的汞弧閥時期，直流輸電在遠(yuǎn)距離大容量輸電、海底電纜輸電和不同頻率聯(lián)網(wǎng)方面顯示里其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)；又經(jīng)過 20世紀(jì) 70~80 年代的晶閘管時期，使直流輸電得到了大發(fā)展，并在大電網(wǎng)互聯(lián)方面展現(xiàn)了更多優(yōu)勢，傳統(tǒng)的純交流電網(wǎng)已經(jīng)發(fā)展到交直混合電網(wǎng)；20世紀(jì) 90 年代以來，大功率可關(guān)斷器件的迅猛發(fā)展，促成了新型直流輸 電快速發(fā)展，使直流輸電的應(yīng)用擴(kuò)展到了配電網(wǎng)和新能源開發(fā)等更為廣闊的領(lǐng)域。直流輸電是基礎(chǔ)面廣、前沿技術(shù)含量高、綜合性很強(qiáng)的高技術(shù)，它不僅在 20世紀(jì) 70~80 年代促成了電力電子技術(shù)的發(fā)展，而且隨著電力電子器件的進(jìn)一步發(fā)展、計算機(jī)技術(shù)的更新?lián)Q代、輸變電新材料的出現(xiàn)、新能源和可再生能源的開發(fā)利用，必將在新的世紀(jì)為電力的持續(xù)發(fā)展發(fā)揮更大作用。 由于我國地域遼闊，能源分布及負(fù)荷發(fā)展很不平衡，水力資源主要集中在西南數(shù)省，煤炭資源主要集中在山西、陜西和內(nèi)蒙古西部，而負(fù)荷主要集中在東部沿海地區(qū)，因此遠(yuǎn)距離大容量輸電勢在必行。 另一方面，電力互聯(lián)是電力工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，我國各大區(qū)和獨(dú)立省網(wǎng)的互聯(lián)已進(jìn)入實施階段，利用直流輸電作異步聯(lián)網(wǎng)在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上和安全性等方面的優(yōu)勢已經(jīng)在世界范圍內(nèi)得到證明。因此直流輸電技術(shù)必將以其在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的獨(dú)特優(yōu)勢，在遠(yuǎn)距離大容量輸電和全國聯(lián)網(wǎng)兩個方面對我國電力工業(yè)的發(fā)展起到十分重要的作用。我國已經(jīng)成為世紀(jì)范圍內(nèi)直流應(yīng)用前景最為廣闊的國家。 武漢大學(xué)珞珈學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 3 近 20 年來，我國直流輸電從無到有，經(jīng)歷了一個快速發(fā)展的階段。 1987 年自行研制設(shè)計的舟山直流輸電試驗工程投入運(yùn)行， 1989 年葛洲壩 —— 南橋177。 500kv、 1200MW直流輸電工程投入運(yùn)行， 2021 年天橋 —— 廣州177。 500kv、 3000MW 直流輸電工程投入運(yùn)行， 2021 年三峽 —— 廣東177。 500kv、 3000MW 直流輸電工程投入運(yùn)行， 2021 年貴州 ——廣東177。 500kv、 3000MW 直流輸電工程投入運(yùn)行。另外，三峽右 —— 上海直流輸電工程和貴州 —— 廣東二回直流輸電工程的工程已經(jīng)進(jìn)入實施階段。根據(jù)計劃在未來 20 年中，南方電網(wǎng)將出現(xiàn) 7條或更多直流輸電線路，華東電網(wǎng)也將出現(xiàn) 7條或更多直流輸電線路，華中電網(wǎng)將出現(xiàn)近 10 條直流輸電線路。顯然我國已夸人直流輸電混合大電網(wǎng)時代，在技術(shù)上和管理上 都對我國的電力工作提出了挑戰(zhàn)。 研究方法與目的 技術(shù)方案 —— （ 耦合的數(shù)學(xué)模型 ） (1)、 從電磁場基本理論出發(fā)，研究同塔架設(shè)或平行架設(shè)直流輸電線路相互耦合的數(shù)學(xué)模型。 架空輸電線路可以看作位于平均高度的相互平行的多導(dǎo)體傳輸線，其單位長度的等效電路模型可由下圖表示： 圖 架空線路單位長度的等效電路 圖中的電容、電導(dǎo)分別稱為部分電容、部分電導(dǎo)。 0ic 為第 i 條導(dǎo)線的自分部電容； ijc 為第 i 條與第 j 條導(dǎo)線間的互部分電容； il 為第 i 條導(dǎo)線回路單位長度的自電感； ijl 為第 i 條與第 j 條回路間單位長度的互電感； iz? 為第 i 條導(dǎo)線的內(nèi)阻抗； 武漢大學(xué)珞珈學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 4 0z? 為參考導(dǎo)線 (即大地 )的單位長度內(nèi)阻抗； 描述多導(dǎo)體傳輸線路的數(shù)學(xué)模型為電報方程： [ ( ) ] [ ] [ ( ) ] 0[ ( ) ] [ ] [ ( ) ] 0Vx Z I xxIx Y V xx?? ???? ?? ????? ?? () 式中，式中 [ ( )]Vx 為電壓向量 ， 12[ ( ) ] [ ( ) , ( ) , , ( ) ] TnV x V x V x V x? ； [()]Ix 為線電流向量， 11[ ( ) ] [ ( ) , ( ) , , ( ) ] TnI x I x I x I x? ； [Z]為阻抗矩陣，即： 11 1 0 12 0 1 021 0 22 2 0 2 0 [] nnj L z z j L z j L zj L z j L z z j L zZ? ? ?? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ??1 0 2 0 0 n n nn nj L z j L z j L z z? ? ?????? ? ? ?? ? ? ??? () [Y]為導(dǎo)納矩陣，即： 11 11 12 12 1 121 21 22 22 2 21 1 2 2 [] nnnnn n n n nn nnj C G j C G j C Gj C G j C G j C GYj C G j C G j C G? ? ?? ? ?? ? ?? ? ??? ? ? ???? ? ???????? （ ） ?????nijjijiii ccC 10 ijjiij cC ??? ?????nijjijiii ggG 10 ijjiij gG ??? 對于架空輸電線路，導(dǎo)線間的絕緣介質(zhì)為空氣，線路間的電導(dǎo)可以忽略，以大地作為參考導(dǎo)線，每相導(dǎo)線及每根架空地均作為一根導(dǎo)線，激勵源為各相導(dǎo)線的電源電壓，通過求解電報方程 ()即可求得地線的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流值。 時域有限差分法是求解電報方程的有效方法，但該方法復(fù)雜，計算量大。對于高壓架空輸電線路，由 于工作頻率低，采用π型等效電路級聯(lián)的方式求解，計算精度足以滿足工程需要。 長度為 L 的兩根導(dǎo)線與大地組成的多導(dǎo)體傳輸線，π型等效電路如下圖所示。 武漢大學(xué)珞珈學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 5 圖 π 型等效電路示意圖 電磁暫態(tài)計算軟件 APPDRA 具有架空輸電線路π型等效電路模塊 (LCC)。每一檔距采用一段π型 LCC 模型，整條線路采用多條π型 LCC 模型級聯(lián)的方式建立模型，如下圖所示。 圖 架空輸電線路地線感應(yīng)電壓感應(yīng)電流 ATPDRAW 計算