【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 任何載流導(dǎo)體都會(huì)在周圍空間中產(chǎn)生磁場(chǎng)，若磁場(chǎng)是交變的，則會(huì)在周圍閉合電路中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。 ③ 電磁輻射 輻射干擾是指強(qiáng)電系統(tǒng)產(chǎn)生的高頻電磁干擾輻射，干擾能量通過(guò)空間電磁波的形式傳播到弱點(diǎn)系統(tǒng)中產(chǎn)生干擾，隨弱點(diǎn)此系統(tǒng)電纜的接地方式不同形成共?；虿钅８蓴_。 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。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。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。 實(shí)際上干擾源對(duì)二次回路的耦合是非常復(fù)雜的，通常同一干擾源會(huì)以幾種干擾途徑對(duì)二次回路產(chǎn)生干擾。 本論文的新穎之處 本文主要包括對(duì)現(xiàn)代直流線路的設(shè)計(jì)和實(shí)際的安裝的客觀情況即： 兩回直流的線路即架設(shè)在同一個(gè)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(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。國(guó)網(wǎng)公司也建有一個(gè)同塔雙回直流輸電工程，相關(guān)研究人員做過(guò)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(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。 首先 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 2022 年 2022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武漢大學(xué)珞珈學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 波動(dòng)從而使另一極保護(hù)動(dòng)作，并最終導(dǎo)致雙極相繼閉鎖 再次為了節(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?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。 論文內(nèi)容概述 本項(xiàng)目涉及直 流線路極線間電磁耦合機(jī)理、同塔并架直流線路故障耦合模型與方法的研究工作；同時(shí)緊密結(jié)合南方電網(wǎng)直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際。具體的研究?jī)?nèi)容： （ 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。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。 （ 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。 （ 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。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 。 武漢大學(xué)珞珈學(xué)院本科畢業(yè)論文 8 第二章 直流線路故障時(shí)的電磁耦合模型與分析方法 前言 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 2022 年 和 2022 年 的兩次雙極相繼閉鎖事故中都是因?yàn)橐粯O線路故障而引起了另一極電流電壓的波動(dòng)從而使另一極保護(hù)動(dòng)作，并最終導(dǎo)致雙極相繼閉鎖。云廣工程在設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)也只是基于本極的電流電壓變化特性，并沒有考慮到對(duì)極故障對(duì)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?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。 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。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(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。國(guó)網(wǎng)公司也建有一個(gè)同塔雙回直流輸電工程，相關(guān)研究人員做過(guò)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(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。 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。 在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下，由于直流輸電 線路上由于線路電壓 /電流穩(wěn)定不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，但在線路遇到故障的情況下，由于極線上的電壓發(fā)生劇烈波動(dòng)，由于線路之間的容性耦合與感性耦合，將會(huì)在附近的極線與接地極線上產(chǎn)生感應(yīng)電壓。由于容性耦合而產(chǎn)生的感應(yīng)電壓將會(huì)因?yàn)楦浇慕饘賹?dǎo)線直接或通過(guò)相關(guān)設(shè)備接地而大幅度降低，同時(shí)線路上由于感性耦合而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)作用在附近線路與大地所構(gòu)成的回路中產(chǎn)生工頻電流，從而影響附近線路的安全。 容性耦合 在電力線路運(yùn)行時(shí)，在線路周圍的空間中會(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)）。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。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。由于是通過(guò)線路之間的互電容耦合而產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，所以這種影響稱之為容性耦合。在線路的位置幾何參數(shù)固定的情況下，感應(yīng)電容電壓主要受到電力線路的電壓等級(jí)，導(dǎo)線之間的 距離以及線路運(yùn)行狀態(tài)的影響。 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)在周圍的空間產(chǎn)生磁場(chǎng)。我們通過(guò)磁通和磁通鏈來(lái)描述磁場(chǎng)。當(dāng)穿過(guò)處在磁場(chǎng)中的一個(gè)線圈或者回路的磁通 ? 或者 磁通鏈 ? 隨時(shí)間變化時(shí)，線圈或者回路中將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。在電路中，通過(guò)電感參數(shù) L與互感參數(shù) M 來(lái)描述這一電磁感應(yīng)現(xiàn)象。這兩個(gè)參數(shù)由線路的形狀 /尺寸與媒質(zhì)磁導(dǎo)率等物理參數(shù)決定，而與電流，磁通無(wú)關(guān)。當(dāng)直流線路上的電流產(chǎn)生變化 時(shí)，將會(huì)在線路周圍空間形成變化的磁場(chǎng)，從而通過(guò)互感在附近的電力線路上產(chǎn)生感應(yīng)電壓。由于這是通過(guò)線路之間的互感耦合產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，所以稱之為感性耦合。 直流線路極線間電磁耦合模型 建立了特高壓直流輸電線路雷電繞擊的仿真模型，仿真時(shí)為了模擬雷電流波在雷擊處兩側(cè)的折反射，在雷擊處兩側(cè)都加入了 3 基桿塔，在線路兩側(cè)分別經(jīng)長(zhǎng)線路模型連接電源。避雷線也通過(guò)該長(zhǎng)線模型接地。如圖 所示。 線路全長(zhǎng) 10 km，沿線大地電阻率平均值為 1000 /m? ， 圖 特高壓直流輸電線 路雷電繞擊仿真模型 武漢大學(xué)珞珈學(xué)院本科畢業(yè)論文 10 同塔并架直流線路故障時(shí)電磁耦合模型 直流輸電線路 直流線路每極導(dǎo)線選用 4JL/G2A900/754/7 鋼芯鋁絞線； 2 根避雷線采用 GJ100型鍍鋅鋼絞線，具體線路參數(shù)見表 。由于按雙回同塔設(shè)計(jì)，極導(dǎo)線需按上下兩層布置。 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?。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 。 單 位 m m5 8 0 08 8 5 01 4 6 5 039000190006000300014000500450016009005 0 09 0 176。3 0 5 05 8 0 07 1 0 01 2 9 0 05 0 06 0 0 2 3 0 0 2 5 0 0 6 0 0 0 1 1 4 0 02 4 0 01 3 4 4 082025 8 0 082025 8 0 0 圖 同塔雙回輸電線路桿塔模 型 武漢大學(xué)珞珈學(xué)院本科畢業(yè)論文 11 直流系統(tǒng)仿真模型 參照前文 中使用的仿真模型，使用 6 相 Jmarti 模型模擬輸電線路，在雷擊處兩側(cè)各加 3 基桿塔，剩余部分輸電線路采用沖擊阻抗模擬，避雷線通過(guò)該阻抗接地，輸電導(dǎo)線通過(guò)該阻抗接入直流電壓，如圖 所示。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 。 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)。 Y sh u n t /2Z se r ie sY sh u n t /2 圖 ? 形模型 在進(jìn)行線路穩(wěn)態(tài)計(jì)算時(shí)，應(yīng)用 ? 形電路模型可以 精確的模擬通常長(zhǎng)度（ 100~200km以下）的線路。而進(jìn)行線路的暫態(tài)計(jì)算式，要應(yīng)用 ? 形電路模型必須滿足：裁斷頻率 cf遠(yuǎn)大于線路暫態(tài)現(xiàn)象的基本頻率 tf ，其中 cf 由 ? 形電路模型的 L， C 決定。因此可以通過(guò)將多條短距離（線路距離用上面條件計(jì)算得到）的 ? 形電路串接來(lái)對(duì)長(zhǎng)線路進(jìn)行模擬。 其中，線路暫態(tài)的裁斷頻率 cf 和基本頻率 tf 的計(jì)算式為： 武漢大學(xué)珞珈學(xué)院本科畢業(yè)論文 12 xvfc ???? () ?41?tf ：末端開路 ?31?tf ：末端經(jīng)阻抗接地 () ?21?tf ：末端短接 式中， x? 是線路 長(zhǎng)度， v 是傳播速度（ km/s）， /xv?? 是傳播時(shí)間（ s）。 雖然用 ? 形 電路模型可以準(zhǔn)確的模擬線路穩(wěn)態(tài)及工頻的暫態(tài)計(jì)算，但由于 ? 形 電路模型中無(wú)法模擬頻率相關(guān)線路參數(shù)，而且集中參數(shù)還會(huì)產(chǎn)生虛假振蕩 ，串接之后求解也比行波理論的計(jì)算方法復(fù)雜而且計(jì)算量大，因此一般不應(yīng)用于線路的暫態(tài)計(jì)算。 帶集中電阻的恒定參數(shù)無(wú)損線路模型 帶集中電阻的恒定參數(shù)無(wú)損線路模型也可以成為 Bergeron 模型或 Dommel 模型。這個(gè)模型在模擬換位線路時(shí)也可以稱為 Clark 模型，在模擬不換位模型時(shí)也可以稱為KClee 模型。 在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，由于線路上的串聯(lián)電阻不能夠忽略，而并聯(lián)電導(dǎo)可以忽視，所以可以用幾個(gè)集中電阻來(lái)等值模擬線路，而其他部分則視作無(wú)損導(dǎo)線，經(jīng)驗(yàn)表明這種模擬方法是合理的。在 EMTP 中，使用 3 個(gè)集中電阻來(lái)模擬線路， 兩端的電阻值為 R/4，中間的電阻值為 R/2，如圖 所示。 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。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) 。 用集中電阻來(lái)模擬線路時(shí)，并沒有考慮線路參數(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。在無(wú)損線路上使用等值 ? 形電路，在消去內(nèi)部節(jié)點(diǎn)后，可得到等值 ?形電路的參數(shù)。 R / 2R / 4R / 4無(wú) 損 線 路無(wú) 損 線 路KM () R / 2R / 4R / 4無(wú) 損 線 路無(wú) 損 線 路KM () 式中， lRR ?? 39。 ， 39。R 為線路單位長(zhǎng)電 阻 ； 2/39。39。CLl??? 為每 段 傳 播 時(shí)間 ， 39。L 和 39。C為線路單位長(zhǎng)電感和電容； l 為線 路總 長(zhǎng) 度； 39。/39。 CLZ? 為 波阻抗。 武漢大學(xué)珞珈學(xué)院本科畢業(yè)論文 13 R / 2R / 4R / 4無(wú) 損 線 路無(wú) 損 線 路KM 圖 帶集中電阻的線路模型 Semlyen 模型 Semlyen 模型是考慮 頻率相關(guān)性的線路模型，在 模型之前被廣泛應(yīng)用。與 模型不同的是 Semlyen 在時(shí)域?qū)?() IAe?? ?? 和 cZ 用 指數(shù)函數(shù)之和近似處理式230 的傅立葉 逆變換。由于提高計(jì)算精度需要調(diào)整收斂的設(shè)定，而 且與 模型一樣，沒