【正文】 1 11 11 12 Semlyen模型 13 13 13 Noda線路模型 13 14 14 架空線阻抗 15 16第三章 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 前言 17 極線之間的耦合 17 同塔并架下同一個(gè)塔上不同線路之間的耦合 18 基于EMTDC、RTDS的同塔并架直流線路故障過程的電磁耦合機(jī)理仿真 20 20 21 23第四章 云廣工程實(shí)際參數(shù)的電磁暫態(tài)分析 24 24 24 25 25 26 26 26 26 27 28 電容比值不平衡保護(hù)的原理及配置 29 運(yùn)行實(shí)例 29 保護(hù)動(dòng)作行為分析 29 存在問題 31 解決措施 31 31第五章 結(jié)論及未來研究方向 33 33參考文獻(xiàn) 35致謝 37第一章 緒論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(yàn)可以借鑒。并最終導(dǎo)致雙極相繼閉鎖。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)。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。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)特性等問題，目前都研究較少。而針對(duì)相關(guān)問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。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。雷電流頻率范圍較大，且含有較多高次諧波，而設(shè)計(jì)階段直流線路對(duì)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化特性，并沒有考慮到對(duì)極故障對(duì)本極造成的電磁耦合，特別是高頻電流的電磁耦合。近年同桿并架在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，可能因?yàn)檫@種線路架設(shè)方式的存在，發(fā)生多次因?yàn)闃O線故障而導(dǎo)致接地極線路保護(hù)動(dòng)作，國(guó)網(wǎng)公司在三滬直流投運(yùn)之前針對(duì)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(duì)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(duì)電磁耦合機(jī)理研究相對(duì)較少，也并沒有提出針對(duì)電磁耦合現(xiàn)象的優(yōu)化算法。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。直流輸電線路因?yàn)橹绷麟娏鳑]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。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(jì)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。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。我國(guó)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(guó)家。1987年自行研制設(shè)計(jì)的舟山直流輸電試驗(yàn)工程投入運(yùn)行，1989年葛洲壩——南橋177。500kv、3000MW直流輸電工程投入運(yùn)行，2004年三峽——廣東177。500kv、3000MW直流輸電工程投入運(yùn)行。根據(jù)計(jì)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?！詈系臄?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。為第i條導(dǎo)線的自分部電容；為第i條與第j條導(dǎo)線間的互部分電容；為第i條導(dǎo)線回路單位長(zhǎng)度的自電感；為第i條與第j條回路間單位長(zhǎng)度的互電感；為第i條導(dǎo)線的內(nèi)阻抗；為參考導(dǎo)線(即大地)的單位長(zhǎng)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(bào)方程： ()式中，式中為電壓向量，； 為線電流向量，；[Z]為阻抗矩陣，即： () [Y]為導(dǎo)納矩陣，即： （） 對(duì)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(lì)源為各相導(dǎo)線的電源電壓，通過求解電報(bào)方程()即可求得地線的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流值。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。圖 π型等效電路示意圖電磁暫態(tài)計(jì)算軟件APPDRA具有架空輸電線路π型等效電路模塊(LCC)。圖 架空輸電線路地線感應(yīng)電壓感應(yīng)電流ATPDRAW計(jì)算模型(2)、計(jì)算分析同塔直流輸電線路發(fā)生故障時(shí)，同回輸電線路不同極間、同塔不同回路間及不同塔平行架設(shè)的直流輸電線路間電磁耦合關(guān)系，研究干擾電壓、電流的特征。電磁干擾途徑分為電容耦合、電感耦合和電磁輻射。某一導(dǎo)體上的電壓通過這些電容影響其它導(dǎo)體上的電位，形成傳導(dǎo)型干擾。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模或差模干擾。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。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。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。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。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。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。通過仿真，分析同塔直流輸電線路故障時(shí)，極線間的電磁耦合特性。（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。第二章 直流線路故障時(shí)的電磁耦合模型與分析方法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。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。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。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。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。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。由可知，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，由可以定義兩個(gè)導(dǎo)體之間的電容。由于是通過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。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)。當(dāng)穿過處在磁場(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。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，磁通無關(guān)。由于這是通過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。避雷線也通過該長(zhǎng)線模型接地。由于按雙回同塔設(shè)計(jì)，極導(dǎo)線需按上下兩層布置。極導(dǎo)線懸垂絕緣子串選用V串型式，采用復(fù)合絕緣子。線路全長(zhǎng)10 km，沿線大地電阻率平均值為 ， 同塔雙回直流輸電系統(tǒng)雷電繞擊計(jì)算模型，形集中參數(shù)電路可通過下式計(jì)算。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。因此可以通過將多條短距離（線路距離用上面條件計(jì)算得到）的形電路串接來對(duì)長(zhǎng)線路進(jìn)行模擬。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。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EMTP中，使用3個(gè)集中電阻來模擬線路，兩端的電阻值為R/4，中間的電阻值為R/2。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)。在無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)。圖 Semlyen模型Semlyen模型是考慮頻率相關(guān)性的線路模型。 。 由于在計(jì)算接地故障過電壓、交流疊加過電壓或者電纜過電壓時(shí)（模擬時(shí)間較長(zhǎng)），轉(zhuǎn)換矩陣的頻率相關(guān)性不能被忽略，通過卷積積分計(jì)算來模擬轉(zhuǎn)換矩陣的頻率相關(guān)特性，但是由于轉(zhuǎn)換矩陣的頻率響應(yīng)變化表現(xiàn)出一定的振動(dòng)性，而不是像與一樣單調(diào)變化，應(yīng)用較少。由圖可得，電容矩陣與電位系數(shù)矩陣互為逆矩陣，因此可對(duì)求逆得： ()， () ()其中，——導(dǎo)線i離地高度（單位：m） ——導(dǎo)線i的半徑（單位：m） ——導(dǎo)線i與目標(biāo)導(dǎo)線j鏡像之間的距離（單位：m） ——導(dǎo)線i與目標(biāo)導(dǎo)線j之間的距離（單位：m）——自由空間的介電常數(shù)，同理可得，單位長(zhǎng)電感矩可表示為： () ()其中：——自由空間磁導(dǎo)率，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。 架空線阻抗利用Carson公式對(duì)空中平行架空線的單位長(zhǎng)自阻抗和互阻抗進(jìn)行求解，得到的結(jié)果精度較高。： ()其中，透射深度， 土壤電阻率（單位：） ()其中， A分裂導(dǎo)線的橫截面積（單位：）L導(dǎo)線長(zhǎng)度（單位：m）每束導(dǎo)線中分裂導(dǎo)線的數(shù)目，并最終導(dǎo)致雙極相繼閉鎖。所以我們就成功進(jìn)入了對(duì)直流線路故障的電磁耦和模型與分析的論題中。第三章 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 前言同塔多回輸平行電線路的最大特點(diǎn)是除了本回線的相間耦合作用，還存在不同回路之間的線間耦合作用. 大大增加了線路故障分析的難. 針對(duì)目前敵國(guó)已經(jīng)普遍布的同塔雙回線路. 基于穩(wěn)態(tài)計(jì)算和故障分析的需要，當(dāng)前已有眾多學(xué)者對(duì)其參數(shù)解耦方法及序分量特征進(jìn)行研究. 并取得了一定的成果. 文獻(xiàn)提出了同桿雙回線路六序分量法，文獻(xiàn)提出了類對(duì)稱分雖變換、類clark 變換種類karranbaue變換，. 其12 條線