【正文】 系統(tǒng)可獨(dú)立運(yùn)行，又可聯(lián)合同步運(yùn)行。但是 同樣 沒(méi)有采用頻率相關(guān)特性的轉(zhuǎn)換矩陣。 用集中電阻來(lái)模擬線路時(shí)，并沒(méi)有考慮線路參數(shù)的頻率相關(guān)性，線路參數(shù)默認(rèn)按照基本頻率計(jì)算。極導(dǎo)線懸垂絕緣子串選用 V串型式，采用復(fù)合絕緣子，每串結(jié)構(gòu)高度為 ，最小電弧距離為 。在輸電線路運(yùn)行時(shí)，由于存在電容使附近金屬線路與大地之間產(chǎn)生電位差，從而在附近的金屬導(dǎo)線上產(chǎn)生感應(yīng)電容電壓。結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)，揭示在現(xiàn)有線路運(yùn)行模式下的固有缺陷，提出新形勢(shì)下 的防范措施和解決 。由于地網(wǎng)電流的擴(kuò)散性，遠(yuǎn)離電流入地點(diǎn)處的電流較小，地電位差也比較小。 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(zhǎng)度的等效電路模型可由下圖表示： 圖 架空線路單位長(zhǎng)度的等效電路 圖中的電容、電導(dǎo)分別稱(chēng)為部分電容、部分電導(dǎo)。 自 1882 年開(kāi)創(chuàng)直流直流輸電輸送電能的歷史以來(lái)，經(jīng)過(guò) 20世紀(jì) 50~60 年代的汞弧閥時(shí)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(guò) 20世紀(jì) 70~80 年代的晶閘管時(shí)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(shì)，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(lái)，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(kāi)發(fā)等更為廣闊的領(lǐng)域。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。（ 2）研究平行架設(shè)輸電線路故障時(shí)不同回路間的電磁耦合特性；基于 EMTDC、 RTDS 的同塔并架直流線路故障過(guò)程的電磁耦合機(jī)理仿真研究，包括 極線之間的耦合和同塔并架下同一個(gè)塔上不同線路之間的耦合。 然后再對(duì)云廣直流、興安直流、溪洛渡送電廣東同塔雙回直流工程、調(diào)查的基礎(chǔ)上。而針對(duì)相關(guān)問(wèn)題的分析模型與方法、研究手段、工程試驗(yàn)等方面，國(guó)內(nèi)外都還基本處于空白。 另一方面，電力互聯(lián)是電力工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，我國(guó)各大區(qū)和獨(dú)立省網(wǎng)的互聯(lián)已進(jìn)入實(shí)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(shì)已經(jīng)在世界范圍內(nèi)得到證明。對(duì)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(jí)聯(lián)的方式求解，計(jì)算精度足以滿足工程需要。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。云廣工程在設(shè)計(jì)時(shí)并沒(méi)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(jì)也只是基于本極的電流電壓變化特性，并沒(méi)有考慮到對(duì)極故障對(duì)本極造成的干擾。 感性耦合 由工程電磁場(chǎng)理論可知，當(dāng) 一個(gè)導(dǎo)線通電流時(shí)，將會(huì)在周?chē)目臻g產(chǎn)生磁場(chǎng)。線路全長(zhǎng) 10 km，沿線大地電阻率平均值為 1000 /m? ， 圖 同塔雙回直流輸電系統(tǒng)雷電繞擊計(jì)算模型 直流輸電線路電磁暫態(tài)耦合的機(jī)理與計(jì)算分析 ? 形集中參數(shù) 電路模型 如圖 所示， ? 形集中參數(shù)電路可通過(guò)下式計(jì)算 。 ， 39。 武漢大學(xué)珞珈學(xué)院本科畢業(yè)論文 14 線路耦合參數(shù)計(jì)算 架空線路電容電感 圖 架空線路示意圖 由圖可得，電容矩陣 []C 與 電位系數(shù)矩陣 ? 互為逆矩陣，因此可對(duì) ? 求逆得： 1[ ] [ ]C ??? () ? 中的元素可由式 ， 計(jì)算得到 021 ln2 iiiihr? ??? () 01 ln2 ijijijDd? ??? () 其中， ih —— 導(dǎo)線 i離地高度（單位： m） ir —— 導(dǎo)線 i 的半徑（單位： m） ijD —— 導(dǎo)線 i與目標(biāo)導(dǎo)線 j鏡像之間的距離（單位： m） ijd —— 導(dǎo)線 i與目標(biāo)導(dǎo)線 j之間的距離（單位： m） 0? —— 自由空間的介電常數(shù)， 120 1 1 0 /36 Fm? ? ??? 同理可得，單位長(zhǎng)電感矩 []L 可表示為： 0 2ln2 iiiihL r??? () 武漢大學(xué)珞珈學(xué)院本科畢業(yè)論文 15 0 ln2 ijijijDL d??? () 其中： 0? —— 自由空間磁導(dǎo)率， 70 4 10 /Hm?? ??? 但在實(shí)際情況中，趨膚效應(yīng)和土壤的影響一直存在，導(dǎo)線總會(huì)產(chǎn)生損耗。當(dāng)導(dǎo)線上流過(guò)變化的電流時(shí)，在其周?chē)a(chǎn)生一個(gè)變化的磁場(chǎng)，如停電線路與其交鏈，則會(huì)在停電線路上感應(yīng)出一個(gè)縱電勢(shì)，沿導(dǎo)線方向分布，根據(jù)停電導(dǎo)線對(duì)地絕緣程度的不同而對(duì)應(yīng)不同的對(duì)地電位。為此，首先對(duì)直流調(diào)試時(shí)直流線路故障和丟失脈沖試驗(yàn)對(duì)同塔架設(shè)直流的影響進(jìn)行分析：其次，利用 EMTDC 建立同塔雙回直流輸電研究模型，在重現(xiàn)直流線路故障和丟失脈沖試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，深入分析直流一極線路故障導(dǎo) 致健全極發(fā)生換相失敗和直流丟失脈沖故障導(dǎo)致直流發(fā)生換相失敗的原因?？紤]到直流線路故障發(fā)生時(shí)刻的影響，將短路故障時(shí)刻移動(dòng)半個(gè)周波，每 50us 計(jì)算 1 次，共計(jì) 200 次。云廣工程在設(shè)計(jì)時(shí)并沒(méi)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(jì)也只是基于本極的電流電壓變化特性，并沒(méi)有考慮到對(duì)極故障對(duì)本極造成的干擾。 電磁耦合機(jī)理仿真研究 同塔路線路由于其線路參數(shù)的改變，在線路運(yùn)行過(guò)程中其某一回路或某一相產(chǎn)生武漢大學(xué)珞珈學(xué)院本科畢業(yè)論文 28 故障時(shí)，故障干擾將耦合到其他回路，因此在設(shè)計(jì)同塔路線路時(shí)，需要對(duì)其線間耦合干擾進(jìn)行分析。 SC； ACF 4： DT11／ 24＋ DT13／ 36＋ HP3＋ 2179。 ㈣同塔架設(shè)直流輸電系統(tǒng)濾波器變電站一極發(fā) 生脈沖丟失故障可能引起另外一回直流發(fā)生換相失敗，同塔直流線路機(jī)構(gòu)、同塔架設(shè)直流 2個(gè)逆變器間的電氣距離和交流系統(tǒng)強(qiáng)度是主要影響因素。 武漢大學(xué)珞珈學(xué)院本科畢業(yè)論文 22 線 額定直流 路 電壓 /KV 額定直流 A 額定功率 MW 直流線路 長(zhǎng)度 /km 平波電抗 mH 換流變?nèi)? MVA 換 流 變 漏抗 /% 云南 177。不同負(fù)荷下變化曲線見(jiàn)圖 。每個(gè)177。不同于 Semlyen 模型， 近似 () IAe?? ?? 和 cZ 的方法是在頻域用有理函數(shù)進(jìn)行近似計(jì)算 ，而且對(duì) cZ 的近似 有理函數(shù)通過(guò) RC? 網(wǎng)絡(luò)表達(dá) ， 因此暫態(tài)計(jì)算很穩(wěn)定。如果不滿足這個(gè)條件，則必須縮短每個(gè)模型的長(zhǎng)度即增加線路的段數(shù) 。 項(xiàng)次 直流線路 項(xiàng)次 直流線路 架空地線 型號(hào) GJ100 導(dǎo)線 型號(hào) 4JL/G2A900/754/7 外徑 /mm 13 外徑 /mm 直流電阻 / 1km??? 直流電阻 / 1km??? 弧垂 /m 11 分裂間距 /mm 450 弧垂 /m 15 表 直流線路參數(shù) 桿塔 本文選用廣東省電力設(shè)計(jì)研究院規(guī)劃的 SZ27103 雙回路直線塔型進(jìn)行建模計(jì)算，該塔型的具體尺寸如圖 所示，保護(hù)角為 5?。由/C q U? 可知，相對(duì)于電位參考點(diǎn)，導(dǎo)體上有電容存在；當(dāng)兩個(gè)導(dǎo)體或電介質(zhì)之間電位不同的時(shí)候，由 12/ / | |C q U q ??? ? ?可以定義兩個(gè)導(dǎo)體之間的電容。 （ 3）建立考慮云廣工程實(shí)際參數(shù)的電磁暫態(tài)分析數(shù)學(xué)仿真模型。接在地網(wǎng)不同點(diǎn)的設(shè)備地電壓將不同，為了防止公共阻抗耦合，應(yīng)使耦合阻抗（接地網(wǎng)阻抗）趨于零，則地電 位差也將趨于零，干擾電流將消失。 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(chǎng)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。直流輸電線路因?yàn)橹绷麟娏鳑](méi)有頻率特性，針對(duì)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。 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(gè)桿塔上。通過(guò)仿真，分析同塔直流輸電線路故障時(shí)，極線間的電磁耦合特性。提出一整套針對(duì)直流線路故障過(guò)程中電磁耦合機(jī)理和相關(guān)控制保護(hù)動(dòng)作行的解決方案提出直流輸電線路電磁暫態(tài)耦合的機(jī)理，建立輸電線路電磁耦合計(jì)算分析的數(shù)學(xué)模型；建立考慮云廣工程實(shí)際參數(shù)的電磁暫態(tài)分析數(shù)學(xué)仿真模型進(jìn)行驗(yàn)證方法的可行性；本項(xiàng)目緊密結(jié)合南 方電網(wǎng)直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際，研究成果不僅對(duì)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(duì)于在建的直流工程具有重要的參考價(jià)值。 本項(xiàng)目緊密結(jié)合南方電網(wǎng)直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際，研究成果不僅對(duì)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(duì)于在建的 直流工程具有重要的參考價(jià)值。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(shì)，在遠(yuǎn)距離大容量輸電和全國(guó)聯(lián)網(wǎng)兩個(gè)方面對(duì)我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展起到十分重要的作用。 長(zhǎng)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。當(dāng)任一線路發(fā)生故障時(shí)對(duì)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(wèn)題，目前都研究較少。 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(kāi)始出現(xiàn)。我們通過(guò)磁通和磁通鏈來(lái)描述磁場(chǎng)。 Y sh unt/2Z se rie sY sh unt/2 () 式中， R’、 L’、 C’是某一給定頻率下的單位長(zhǎng)線路的電阻、電感、電容， l 是線路長(zhǎng)。R 為線路單位長(zhǎng)電 阻 ； 2/39。因此，在有損情況下 一般將 長(zhǎng)電感矩陣 []L 與長(zhǎng)阻抗矩陣一起計(jì)算。這種由于導(dǎo)線間的感應(yīng)效應(yīng)耦合而產(chǎn)生的結(jié)果稱(chēng)為電磁感應(yīng)。 計(jì)算模型和系統(tǒng)條件 按照?qǐng)D 所示系統(tǒng)接線圖，采用 EMTDC 建立了同塔雙回直流輸電系統(tǒng)研究模型，詳細(xì)模擬了同塔雙回直流線路、 HVDC 換流器和換流變壓器和交 /直流濾波器等。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，其中有 50次極Ⅱ線路故障導(dǎo)致極Ⅰ發(fā)生換相失敗。 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(kāi)始出現(xiàn)。假設(shè)線路是三相電壓對(duì)稱(chēng)且均勻換位的理想運(yùn)行狀況，根據(jù)已知線路的參數(shù)可以計(jì)算出其等效電阻、電抗和電納（電導(dǎo)一般取值為 0），然后根據(jù)線路之間的分布式電容模型即可仿真 出交流線路在直流線路上的感應(yīng)電壓值。 SC； ACF 3： DT11／ 24＋ DT13／ 36＋ 2179。 ㈢同塔架設(shè)直流輸電系統(tǒng)發(fā)生直流線路故障對(duì)健全極的影響比常規(guī)單回直流大，線路故障期間可能導(dǎo)致健全極逆變器發(fā)生換相失敗，是否發(fā)生換相失敗與同塔直流線路塔桿結(jié)構(gòu)、直流線路故障發(fā)生時(shí)刻及健全極的控制模式有關(guān)。在研究模型中進(jìn)行廣東靠近廣東極Ⅱ直流線路故障試驗(yàn)，仿真波見(jiàn)圖 3 極Ⅱ直流線路故障期間導(dǎo)致極Ⅰ發(fā)生換相失敗，仿真波形與圖 3給出的現(xiàn)場(chǎng)波形基本一致。計(jì)算表明，與 5302 線空載時(shí)相比，靜電感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流不變，電磁感應(yīng)電壓和電流增加。兩回直流共起點(diǎn)、共落點(diǎn)、共換流站、線路共桿、共用接地極，直流輸電容量 2 x 3200MW，直流線路長(zhǎng)度 2 x 1286 km。 模型 模型是目前應(yīng)用最廣的線路模型，在 模型中采用了具有頻率相關(guān)特性的線路參數(shù)。 此時(shí)在線路中必須滿足 /4RZ的條件才能得到準(zhǔn)確合理的結(jié)果，此 處 Z 為波阻抗。由于按雙回同塔設(shè)計(jì)，極導(dǎo)線需按上下兩層布置。 容性耦合 在電力線路運(yùn)行時(shí)，在線路周?chē)目臻g中會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，這會(huì)賦予電場(chǎng)中的導(dǎo)體或武漢大學(xué)珞珈學(xué)院本科畢業(yè)論文 9 電介質(zhì)相應(yīng)的電位（電位值取決于電位參考點(diǎn)的選取，通常取大地為電位參考點(diǎn)）。 （ 2）研究平行架設(shè)輸電線路故障時(shí)不同回路間的電磁耦合特性；基于 EMTDC、 RTDS的同塔并架直流線路故障過(guò)程的電磁耦合機(jī)理仿真研究，包括極線之間的耦合和同塔并架下同一個(gè)塔上不同線路之間的耦合。 ④ 公共阻抗耦合 這是噪聲源和信號(hào)源具有公共阻抗時(shí)的傳導(dǎo)耦合，如雷擊電流和短路電流流入地網(wǎng)，盡管接地網(wǎng)電阻很小，但畢竟不為零，這將使地電位升高，且接地網(wǎng)上不同點(diǎn)出現(xiàn)地電位差。顯然我國(guó)已夸人直流輸電混合大電網(wǎng)時(shí)代，在技術(shù)上和管理上 都對(duì)我國(guó)的電力工作提出了挑戰(zhàn)。當(dāng)任一線路發(fā)生故障時(shí)對(duì)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(wèn)題，目前都研 究較少。興安直流也因?yàn)檎鞯氐仍?，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?yàn)檫@種方式，發(fā)生多次因?yàn)闃O線路故障而導(dǎo)致接地極線路保護(hù)動(dòng)作，目前關(guān)于這方面的研究只集中在如何防雷等措施上。 本論文從一下研究主題和方法出發(fā)：（ 1）研究直流輸電線路電磁暫態(tài)耦合的機(jī)理，建立輸電線路電磁耦合計(jì)算分析的數(shù)學(xué)模型。 關(guān)鍵詞：直流輸電 電磁偶和 保護(hù) EMTDC RTDS 仿真 III DC line fault electromagic coupling mechanism of the process ABSTRACT With the development of society AC transmission systems are also developing into a more adv