畢業(yè)論文-直流線路故障過程中電磁耦合機(jī)理研究

1、<p>　　保密類別       編 號(hào) </p><p>　　畢 業(yè) 論 文</p><p>　　直流線路故障過程中電磁耦合機(jī)理研究</p><p>　　系 別 電氣工程與自動(dòng)化系</p><p>　　專 業(yè) 電氣工程與自動(dòng)化</p>

2、;<p>　　年 級(jí) </p><p>　　姓 名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　2013年 5 月 21 日</p><p><b>　　摘　　要</b></p><p>　　隨著社會(huì)

3、的發(fā)展交流輸電系統(tǒng)也隨之發(fā)展，走進(jìn)了更加先進(jìn)的直流輸電時(shí)代。直流輸電的理論和技術(shù)一直處于電力工程學(xué)科的前沿。自1882年開創(chuàng)用直流輸電輸送電能的歷史以來，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)方面顯示了其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。直流輸電在技術(shù),經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)和我國國情決定了我國發(fā)展直流輸電的絕對(duì)必要性和廣闊前景。</p><p>　　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

4、輸電線路電磁耦合計(jì)算分析的數(shù)學(xué)模型。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。（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方案。</

5、p><p>　　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。提出一整套針對(duì)直流線路故障過程中電磁耦合機(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

6、建的直流工程具有重要的參考價(jià)值。</p><p>　　關(guān)鍵詞：直流輸電 電磁偶和 保護(hù) EMTDC RTDS 仿真</p><p>　　DC line fault electromagnetic coupling mechanism of the process</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p>

7、<p>　　With the development of society AC transmission systems are also developing into a more advanced HVDC era. The DC transmission theory and technology has been in the forefront of power engineering disciplines

8、. Since 1882 to create a history of supplying electric power DC transmission, DC transmission in long-distance high-capacity transmission, submarine cable transmission and different frequencies in networking for its uniq

9、ue advantages. DC transmission on the technical, economic advantage and C</p><p>　　This paper from your research topics and methods departure: (1) study the mechanism of DC transmission line coupling of elec

10、tromagnetic transient transmission line electromagnetic coupling analysis mathematical model. Through simulation, the DC transmission line fault analysis on the same tower, the electromagnetic coupling between the polar

11、characteristics. (2) parallel to the erection of transmission line fault between different loop electromagnetic coupling characteristics; EMTDC and RTDS bas</p><p>　　Then the Yunnan-Guangdong DC, the Larix D

12、C, Xiluodu power transmission Guangdong same tower DC project, on the basis of the investigation.Proposed a comprehensive set of solutions for DC line fault electromagnetic coupling mechanism and control protection actio

13、n line DC transmission line electromagnetic transient coupling mechanism, a mathematical model of the transmission line electromagnetic coupling analysis; establish consider the cloud-Canton actual parametersthe feasibil

14、ity of electromagne</p><p>　　Keywords：HVDC Electromagnetic CouplingSimulation Experiments EMTDC RTDS DC</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b><

15、/p><p>　　1.1研究背景與動(dòng)機(jī)1</p><p>　　1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3研究方法與目的技術(shù)方案——（耦合的數(shù)學(xué)模型）3</p><p>　　1.4本論文的新穎之處6</p><p>　　1.5論文內(nèi)容概述7</p><p>　　第二章 直流線路故障時(shí)

16、的電磁耦合模型與分析方法</p><p><b>　　2.1前言8</b></p><p>　　2.1.1容性耦合8</p><p>　　2.1.2感性耦合9</p><p>　　2.2直流線路極線間電磁耦合模型9</p><p>　　2.3同塔并架直流線路故障時(shí)電磁耦合模型10<

17、/p><p>　　2.3.1直流輸電線路10</p><p>　　2.3.2桿塔10</p><p>　　2.3.3直流系統(tǒng)仿真模型11</p><p>　　2.4直流輸電線路電磁暫態(tài)耦合的機(jī)理與計(jì)算分析11</p><p>　　2.4.1形集中參數(shù)電路模型11</p><p>　　2.4

18、.2帶集中電阻的恒定參數(shù)無損線路模型12</p><p>　　2.4.3 Semlyen模型13</p><p>　　2.4.4 J.Marti模型13</p><p>　　2.4.5 L.Marti線路模型13</p><p>　　2.4.6 Noda線路模型13</p><p>　　2.5線路耦合參數(shù)計(jì)算

19、14</p><p>　　2.5.1架空線路電容電感14</p><p>　　2.5.2 架空線阻抗15</p><p>　　2.6本章小結(jié)16</p><p>　　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</p><p><b>　　3.1 前言17</b></p&

20、gt;<p>　　3.2 極線之間的耦合17</p><p>　　3.3 同塔并架下同一個(gè)塔上不同線路之間的耦合18</p><p>　　3.4 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</p><p>　　3.4.1計(jì)算模型和系統(tǒng)條件20</p><p>　　3.4.2仿真研究21&l

21、t;/p><p>　　3.5本章小結(jié)23</p><p>　　第四章 云廣工程實(shí)際參數(shù)的電磁暫態(tài)分析</p><p><b>　　4.1前言24</b></p><p>　　4.2云廣工程數(shù)學(xué)仿真模型24</p><p>　　4.2.1云廣特高壓直流輸電系統(tǒng)的模型參數(shù)24</p>

22、<p>　　4.2.2交流系統(tǒng)參數(shù)25</p><p>　　4.2.3直流濾波器25</p><p>　　4.2.4平波電抗器26</p><p>　　4.2.5換流閥26</p><p>　　4.2.6換流變壓器26</p><p>　　4.2.7直流輸電線路26</p><

23、;p>　　4.3電磁耦合機(jī)理仿真研究27</p><p>　　4.4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</p><p>　　4.4.1 電容比值不平衡保護(hù)的原理及配置29</p><p>　　4.4.2 運(yùn)行實(shí)例29</p><p>　　4.4.3 保護(hù)動(dòng)作行為分析29</p><p>

24、;　　4.4.4 存在問題31</p><p>　　4.4.5 解決措施31</p><p>　　4.5本章小結(jié)31</p><p>　　第五章 結(jié)論及未來研究方向</p><p><b>　　5.1結(jié)論33</b></p><p>　　5.2未來研究方向33</p>&l

25、t;p><b>　　參考文獻(xiàn)35</b></p><p><b>　　致謝37</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1研究背景與動(dòng)機(jī)</p><p>　　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。特高

26、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2010年8.19和2011年6.5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。</p&g

27、t;<p>　　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。</p><p>　　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)

28、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)特性等問題，目前都研究較少。國網(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。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，國內(nèi)外都還基本處于空白。</p><p>

29、　　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。</p><p>　　1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　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2010年8.19和2011年6.5的兩次雙極相繼閉鎖事故中都

30、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。</p><p>　　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。</p><p>　　為了節(jié)省線路走廊，線路同塔并架在交流

31、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(jì)之初對(duì)頻率特性的考慮不全面，針對(duì)線路之間電磁耦合機(jī)理研究不夠徹底。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，國網(wǎng)公司在三滬直流投運(yùn)之前針對(duì)同

32、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。</p><p>　　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

33、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)特性等問題，目前都研究較少。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。</p><p>　　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(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

34、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(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，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

35、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。</p><p>　　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(shì)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(shì)，我國各大區(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

36、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。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聯(lián)網(wǎng)兩個(gè)方面對(duì)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。</p><p>　　近20年來，我國直流輸電從無到有，經(jīng)歷了一個(gè)快速發(fā)展的階段。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&#

37、177;500kv、1200MW直流輸電工程投入運(yùn)行，2000年天橋——廣州±500kv、3000MW直流輸電工程投入運(yùn)行，2004年三峽——廣東±500kv、3000MW直流輸電工程投入運(yùn)行，2004年貴州——廣東±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(shí)施階段。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

38、，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(shí)代，在技術(shù)上和管理上都對(duì)我國的電力工作提出了挑戰(zhàn)。</p><p>　　1.3研究方法與目的技術(shù)方案——（耦合的數(shù)學(xué)模型）</p><p>　　(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。</p><p>　　架空輸

39、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：</p><p>　　圖1.1架空線路單位長度的等效電路</p><p>　　圖中的電容、電導(dǎo)分別稱為部分電容、部分電導(dǎo)。</p><p>　　為第i條導(dǎo)線的自分部電容；</p><p>　　為第i條與第j條導(dǎo)線間的互部分電容；</p>&

40、lt;p>　　為第i條導(dǎo)線回路單位長度的自電感；</p><p>　　為第i條與第j條回路間單位長度的互電感；</p><p>　　為第i條導(dǎo)線的內(nèi)阻抗；</p><p>　　為參考導(dǎo)線(即大地)的單位長度內(nèi)阻抗；</p><p>　　描述多導(dǎo)體傳輸線路的數(shù)學(xué)模型為電報(bào)方程：</p><p><b>　

41、　(1.1)</b></p><p>　　式中，式中為電壓向量，；</p><p><b>　　為線電流向量，；</b></p><p>　　[Z]為阻抗矩陣，即：</p><p><b>　　(1.2)</b></p><p>　　[Y]為導(dǎo)納矩陣，即：<

42、/p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　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(1.1)即可求得地線的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流值。</p><p>　　時(shí)域有限差分法是求解電報(bào)方程的有效方法，但該方法復(fù)雜

43、，計(jì)算量大。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。</p><p>　　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。</p><p>　　圖 1.2 π型等效電路示意圖</p><p>　　電磁暫態(tài)計(jì)算軟件APP-DRA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L

44、CC模型，整條線路采用多條π型LCC模型級(jí)聯(lián)的方式建立模型，如下圖所示。</p><p>　　圖 1.3 架空輸電線路地線感應(yīng)電壓感應(yīng)電流ATP-DRAW計(jì)算模型</p><p>　　(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。</p><p>　　(3)、分

45、析高壓直流輸電線路電磁干擾的傳播方式、傳播途經(jīng)等，研究高壓直流輸電線路對(duì)保護(hù)裝置電磁干擾的數(shù)學(xué)模型，分析高壓直流輸電線路電磁暫態(tài)對(duì)保護(hù)干擾的特征。電磁干擾途徑分為電容耦合、電感耦合和電磁輻射。</p><p><b>　　電容耦合</b></p><p>　　任何電子設(shè)備之間都存在分布式電容，變電站中還有補(bǔ)償電容、耦合電容、電容式電壓互感器等電容元件。某一導(dǎo)體上的電壓

46、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。</p><p><b>　　電感耦合</b></p><p>　　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)。</p><p><b>　　電磁輻射</b></p><p>　　輻射干擾是指強(qiáng)電系統(tǒng)產(chǎn)生的

47、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?；虿钅８蓴_。</p><p><b>　　公共阻抗耦合</b></p><p>　　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

48、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。</p><p>　　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。</p><p>　　1.4本論文的新穎之處</p><p>　　本文主要包括

49、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)特性等問題，目前都研究較少。國網(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。而

50、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，國內(nèi)外都還基本處于空白。</p><p>　　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2010年8.19和2011年6.5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</p><p&

51、gt;　　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。</p><p>　　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)

52、值。</p><p><b>　　1.5論文內(nèi)容概述</b></p><p>　　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。具體的研究內(nèi)容：</p><p>　　（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。通過仿真，分析同塔

53、直流輸電線路故障時(shí)，極線間的電磁耦合特性。</p><p>　?。?）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。</p><p>　?。?）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

54、形勢(shì)下的防范措施和解決。</p><p>　　第二章 直流線路故障時(shí)的電磁耦合模型與分析方法</p><p><b>　　2.1前言</b></p><p>　　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2010年8.19和2011年6.5的兩次雙極相繼閉鎖事故中都

55、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。</p><p>　　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，

56、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。</p><p>　　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)特性等問題，目前都研究較

57、少。國網(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。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，國內(nèi)外都還基本處于空白。</p><p>　　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。</p><p&

58、gt;　　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。</p&g

59、t;<p><b>　　2.1.1容性耦合</b></p><p>　　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。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

60、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。</p><p><b>　　2.1.2感性耦合</b></p><p>　　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

61、圍的空間產(chǎn)生磁場(chǎng)。我們通過磁通和磁通鏈來描述磁場(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。在電路中，通過電感參數(shù)L與互感參數(shù)M來描述這一電磁感應(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。由于這是通過線路之間的互感耦合產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，所以

62、稱之為感性耦合。</p><p>　　2.2直流線路極線間電磁耦合模型</p><p>　　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)長線路模型連接電源。避雷線也通過該長線模型接地。如圖2.1所示。</p><p>　　線路全長10 km，沿線大地電阻率平均值為 ，</

63、p><p>　　圖2.1特高壓直流輸電線路雷電繞擊仿真模型</p><p>　　2.3同塔并架直流線路故障時(shí)電磁耦合模型</p><p>　　2.3.1直流輸電線路</p><p>　　直流線路每極導(dǎo)線選用4×JL/G2A-900/75-4/7鋼芯鋁絞線；2根避雷線采用GJ-100型鍍鋅鋼絞線，具體線路參數(shù)見表2.2。由于按雙回同塔設(shè)計(jì)

64、，極導(dǎo)線需按上下兩層布置。</p><p>　　表2.2 直流線路參數(shù)</p><p><b>　　2.3.2桿塔</b></p><p>　　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2.3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6.8m，最小電

65、弧距離為6.2m。</p><p>　　圖2.3同塔雙回輸電線路桿塔模型</p><p>　　2.3.3直流系統(tǒng)仿真模型</p><p>　　參照前文2.3中使用的仿真模型，使用6相J-marti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，避雷線通過該阻抗接地，輸電導(dǎo)線通過該阻抗接入直流電壓，如圖2.4 所示。線路全長10 km，沿

66、線大地電阻率平均值為 ，</p><p>　　圖2.4 同塔雙回直流輸電系統(tǒng)雷電繞擊計(jì)算模型</p><p>　　2.4直流輸電線路電磁暫態(tài)耦合的機(jī)理與計(jì)算分析</p><p>　　2.4.1形集中參數(shù)電路模型</p><p>　　如圖2.4.1所示，形集中參數(shù)電路可通過下式計(jì)算。</p><p><b>　

67、　(2.1)</b></p><p>　　式中，R’、L’、C’是某一給定頻率下的單位長線路的電阻、電感、電容，l是線路長。</p><p><b>　　圖2.5形模型</b></p><p>　　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

68、滿足：裁斷頻率遠(yuǎn)大于線路暫態(tài)現(xiàn)象的基本頻率，其中由形電路模型的L，C決定。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)長線路進(jìn)行模擬。</p><p>　　其中，線路暫態(tài)的裁斷頻率和基本頻率的計(jì)算式為：</p><p><b>　　(2.2)</b></p><p><b>　?。耗┒碎_路</b>

69、</p><p>　　：末端經(jīng)阻抗接地 (2.3)</p><p><b>　?。耗┒硕探?lt;/b></p><p>　　式中，是線路長度，是傳播速度（km/s），是傳播時(shí)間（s）。</p><p>　　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

70、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。</p><p>　　2.4.2帶集中電阻的恒定參數(shù)無損線路模型</p><p>　　帶集中電阻的恒定參數(shù)無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KC

71、lee模型。</p><p>　　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)集中電阻來等值模擬線路，而其他部分則視作無損導(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)集中電阻來模擬線路，兩端的電阻值為R/4，中間的電阻值為R/2，如圖2.4.2所示。此時(shí)在線路中必須滿足的條件才能得到準(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)模型的長度即增加

72、線路的段數(shù)。</p><p>　　用集中電阻來模擬線路時(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)。</p><p><b>　　(2.4)</b></p><p><b>　　(2.5)</b></p><p&g

73、t;　　式中，，為線路單位長電阻；為每段傳播時(shí)間，和為線路單位長電感和電容；為線路總長度；為波阻抗。</p><p>　　圖 2.6帶集中電阻的線路模型</p><p>　　2.4.3 Semlyen模型</p><p>　　Semlyen模型是考慮頻率相關(guān)性的線路模型，在J.Marti模型之前被廣泛應(yīng)用。與J.Marti模型不同的是Semlyen在時(shí)域?qū)⒑陀弥笖?shù)函

74、數(shù)之和近似處理式2-30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J.Marti模型一樣，沒有采用頻率相關(guān)特性的轉(zhuǎn)換矩陣，因此Semlyen模型對(duì)垂直排列的不換位線路和地下同軸電纜模擬的計(jì)算結(jié)果不夠精確，甚至在計(jì)算接地故障引起的過電壓時(shí)還會(huì)惡化，同時(shí)Semlyen模型的穩(wěn)定性較差。</p><p>　　2.4.4 J.Marti模型</p><p>　　J.Marti模型是

75、目前應(yīng)用最廣的線路模型，在J.Marti模型中采用了具有頻率相關(guān)特性的線路參數(shù)。不同于Semlyen模型，J.Marti近似和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)的近似有理函數(shù)通過網(wǎng)絡(luò)表達(dá)，因此暫態(tài)計(jì)算很穩(wěn)定。但是J.Marti同樣沒有采用頻率相關(guān)特性的轉(zhuǎn)換矩陣。</p><p>　　2.4.5 L.Marti線路模型</p><p>　　由于在計(jì)算接地故障過電壓、交流疊加過電壓或

76、者電纜過電壓時(shí)（模擬時(shí)間較長），轉(zhuǎn)換矩陣的頻率相關(guān)性不能被忽略，因此L.Marti建立了采用考慮頻率相關(guān)的轉(zhuǎn)換矩陣的線路模型，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，所以L.Marti線路模型的計(jì)算十分不穩(wěn)定，應(yīng)用較少。</p><p>　　2.4.6 Noda線路模型</p><p>　　Noda線路模型在理

77、論上是最嚴(yán)密的線路模型，因?yàn)镹oda線路模型不是通過相模變換，而是直接在相域模擬考慮頻率相關(guān)特性的線路模型，但這樣使得計(jì)算量極大，計(jì)算過程十分復(fù)雜，因此穩(wěn)定性也較差。</p><p>　　2.5線路耦合參數(shù)計(jì)算</p><p>　　2.5.1架空線路電容電感</p><p>　　圖2.7架空線路示意圖</p><p>　　由圖可得，電容矩陣與

78、電位系數(shù)矩陣互為逆矩陣，因此可對(duì)求逆得：</p><p><b>　　(2.6)</b></p><p>　　中的元素可由式2.2，2.3計(jì)算得到</p><p><b>　　(2.7)</b></p><p><b>　　(2.8)</b></p><p&

79、gt;　　其中，——導(dǎo)線i離地高度（單位：m）</p><p>　　——導(dǎo)線i的半徑（單位：m）</p><p>　　——導(dǎo)線i與目標(biāo)導(dǎo)線j鏡像之間的距離（單位：m）</p><p>　　——導(dǎo)線i與目標(biāo)導(dǎo)線j之間的距離（單位：m）</p><p>　　——自由空間的介電常數(shù)，</p><p>　　同理可得，單位長電感

80、矩可表示為：</p><p><b>　　(2.9)</b></p><p><b>　　(2.10)</b></p><p>　　其中：——自由空間磁導(dǎo)率，</p><p>　　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。因此，在有損情況下一般將長電感矩陣與長阻抗矩陣一起計(jì)算。

81、</p><p>　　2.5.2 架空線阻抗</p><p>　　利用Carson公式對(duì)空中平行架空線的單位長自阻抗和互阻抗進(jìn)行求解，得到的結(jié)果精度較高。如圖2-1所示的架空線，用Carson公式分別計(jì)算其單位長自阻抗及互阻抗可得</p><p><b>　　(2.11)</b></p><p><b>　　(

82、2.12)</b></p><p><b>　　式中J為無窮限積分</b></p><p><b>　　(2.13)</b></p><p><b>　　(2.14)</b></p><p>　　Carson公式計(jì)算出的結(jié)果雖然較準(zhǔn)確，但其計(jì)算由于無窮限積分的存在變

83、得十分復(fù)雜。L.M.wedePohl推導(dǎo)出用于近似計(jì)算互阻抗和自阻抗的公式：</p><p><b>　　(2.15)</b></p><p><b>　　其中，-透射深度，</b></p><p>　　-土壤電阻率（單位：）</p><p><b>　　(2.16)</b>&

84、lt;/p><p><b>　　其中，</b></p><p>　　A-分裂導(dǎo)線的橫截面積（單位：）</p><p>　　L-導(dǎo)線長度（單位：m）</p><p>　　-每束導(dǎo)線中分裂導(dǎo)線的數(shù)目</p><p><b>　　2.6本章小結(jié)</b></p><p

85、>　　本章的內(nèi)容主要是寫直流線路故障時(shí)的電磁偶和模型與分析方法通過對(duì)云廣直流的介紹我們引入了云廣直流2010年8.19和2011年6.5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。所以我們就成功進(jìn)入了對(duì)直流線

86、路故障的電磁耦和模型與分析的論題中。</p><p>　　這一章我建立了直流線路的極線的電磁耦合模型，通過對(duì)電與磁的基本物理關(guān)系式的應(yīng)用與推導(dǎo)我建立了電磁耦合的基本模型然后再具體一點(diǎn)對(duì)同塔并架直流線路電磁偶合模型進(jìn)行了建立和分析，最后就是建立直流輸電線路電磁暫態(tài)耦合的機(jī)理與計(jì)算分析</p><p>　　通過這些我就算是開始了對(duì)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

87、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，的問題進(jìn)行研究和解決的分析和解決的道路上來了。</p><p>　　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</p><p><b>　　3.1 前言</b></p><p>　　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

88、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，為同桿雙回線路的故障分析提供了簡(jiǎn)便的方法.回輸電線路. 其12 條線路之間都存在互感和電容 且由干線路的排布方式使得各回線間

89、互感和電容不完全相等，文獻(xiàn)出了同桿4 回線12 序分量法，但此方法是在假設(shè)所有回路線間互阻抗相等的前提下提出的，對(duì)照實(shí)際四回線路桿塔結(jié)構(gòu)及線路架設(shè)情況. 可以看出不同回線間的線路互阻抗不相同. 故12 序分量法無法應(yīng)用于實(shí)際線路. 因此. 目前還沒有針對(duì)同塔四回線參數(shù)解耦的通用方法出現(xiàn)。</p><p>　　本章對(duì)同塔四回線的桿塔結(jié)構(gòu)及線路架設(shè)方案進(jìn)行了研究，總結(jié)了同塔四回</p><p>

90、;　　線各序量特征及物理意義， 為同塔四回線路的故障分析及繼電保護(hù)的研究提供</p><p><b>　　了理論基礎(chǔ).</b></p><p>　　3.2 極線之間的耦合</p><p>　　云南送電廣東同塔雙回直流輸電工程采用兩回±500 kV 直流同桿并架方式。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

91、2 x 3200MW，直流線路長度 2 x 1286 km。每個(gè)±500 kV 系統(tǒng)可獨(dú)立運(yùn)行，又可聯(lián)合同步運(yùn)行。在本節(jié)中，通過如圖3.1所示的接線圖模擬同塔雙回直流輸電系統(tǒng)接地故障。</p><p>　　圖3.1 同塔雙回直流輸電系統(tǒng)接地故障計(jì)算模型</p><p>　　3.3 同塔并架下同一個(gè)塔上不同線路之間的耦合</p><p>　　同塔并架下同一個(gè)

92、塔上不同線路之間的耦合會(huì)長生感應(yīng)電流感應(yīng)電壓2種。當(dāng)導(dǎo)線上流過變化的電流時(shí)，在其周圍產(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。這種由于導(dǎo)線間的感應(yīng)效應(yīng)耦合而產(chǎn)生的結(jié)果稱為電磁感應(yīng)。其大小決定于導(dǎo)線之間存在的電容耦合效應(yīng)，</p><p>　　現(xiàn)在以安徽省500kv平西5312線路為例進(jìn)行建模仿真。平西5312線全長

93、115.8km，其中20km與平肥5302線為同塔雙回路不換位，建立模型時(shí)只考慮同塔部分。</p><p><b>　　圖3.2線路斷面圖</b></p><p>　　線路斷面如圖3.2所示。導(dǎo)線規(guī)格是4XLGJ-630/45型港芯鋁絞線，子導(dǎo)線按正方形四角布置，分裂間距0.45m，最下層導(dǎo)線離地高度平均33m，架空線離下層導(dǎo)線26m，導(dǎo)線弧垂約10m，土壤電阻率取平

94、均100m。</p><p>　　電源模型使用EMTDC軟件內(nèi)部提供的發(fā)電機(jī)模型，電源與地網(wǎng)相連，電源頻率50HZ最大輸出功率1200MVA，見圖3.3。</p><p>　　圖 3.3 電源模型圖</p><p>　　平肥5302線運(yùn)行，平西5312線兩端分別模擬兩端不接地、一端接地和兩端接地 3種運(yùn)行方式。根據(jù)參考文獻(xiàn),在兩端不接地情況下，線路感應(yīng)電壓Ui以靜電

95、感應(yīng)為主：在一端接地，一端不接地情況下，接地端接地電流 ;以靜電感應(yīng)為主，不接地端電壓UP以電磁感應(yīng)為主：兩端接地情況下，線路感應(yīng)電流I以電磁感應(yīng)為主。接地端接地電阻模型使用0.1 平肥5302線空載運(yùn)行時(shí)，平西5312線感應(yīng)電壓和電流的計(jì)算結(jié)果見表 1, 計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)平肥5302線空載時(shí)，平西5312線靜電感應(yīng)電壓最大相電壓為28.38kv,靜電感應(yīng)電流大約2A，電磁感應(yīng)為3V，電磁感應(yīng)電流約為0.2A</p>&l

96、t;p>　　表3.4 平肥5302線空載運(yùn)行時(shí)平西5312線感應(yīng)電壓和電流</p><p>　　平肥5302線負(fù)荷為1200MW運(yùn)行時(shí)，計(jì)算以上同樣的數(shù)據(jù)，結(jié)果見表3.5。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。不同負(fù)荷下變化曲線見圖3.2.5;3.2.6,圖中顯示靜電感應(yīng)電壓和電流基本保持不變，不受負(fù)荷影響。</p><p>　　表3.

97、5 平肥5302線負(fù)荷1200WM時(shí)平西5312線感應(yīng)電壓和電流</p><p>　　圖3.6靜電感應(yīng)電壓隨負(fù)荷變化情況 圖3.7靜電感應(yīng)電流隨負(fù)荷變化情況</p><p>　　結(jié)論同塔雙回500kv輸電線路由于電磁和靜電耦合，當(dāng)兩條線路運(yùn)行時(shí)會(huì)與兩條線路上產(chǎn)感應(yīng)耦合電壓和電流。</p><p>　　3.4 基于EMTDC、RTDS的同塔并架直流線路故障

98、過程的電磁耦合機(jī)理仿真</p><p>　　同塔架設(shè)直流線路間存在電磁耦合，但各級(jí)導(dǎo)線間的電磁偶和關(guān)系不會(huì)給直流系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響，只有當(dāng)直流線路發(fā)生接地故障等情況下，故障產(chǎn)生的暫態(tài)分量會(huì)因電磁耦合的關(guān)系及線路參數(shù)不平衡等原因影響到其他正常運(yùn)行的級(jí)導(dǎo)線。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

99、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。</p><p>　　3.4.1計(jì)算模型和系統(tǒng)條件</p><p>　　按照?qǐng)D3.4.1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。</p><p>　　系統(tǒng)基本條

100、件為：±800KV直流雙極額定容量500萬千瓦，±800KV直流雙極額定容量500萬千瓦。模型詳細(xì)模擬了交/直流濾波器，直流控制特性與工程實(shí)際保持一致；直流線路均采用頻率相關(guān)模型，桿塔布置和參數(shù)見圖3.9和表3.10</p><p>　　圖 3.8 同塔架設(shè)直流的示意圖 </p><p>　　Fig.3.8 schematic of double circuit HV

101、DC</p><p>　　C1—云南極Ⅱ?qū)Ь€； C2—廣東極Ⅰ導(dǎo)線； C3—云南極Ⅰ導(dǎo)線；</p><p>　　C4—廣東極Ⅱ?qū)Ь€； G—地線； 對(duì)地距離均為懸掛高度；</p><p>　　大地平均電阻率ρ=100*m； 圖中線路單位均為m。</p><p>　　圖3.9直流同塔線路的桿塔布置</p><p>　　F

102、ig.3.9Tower geometry structure of double circuitTransmission lines</p><p>　　表3.10 ±800kv直流線路桿塔的導(dǎo)線和地線參數(shù)</p><p>　　Tab.3.10 parameters of conductor and ground wire for ±800kvDC line</p

103、><p><b>　　3.4.2仿真研究</b></p><p>　　為分析同塔架設(shè)直流間的互相影響，在電磁暫態(tài)程序中建立起了云南、廣東直流系統(tǒng)詳細(xì)模型，直流控制與現(xiàn)場(chǎng)保持一致，模型主要參數(shù)見表2，同塔線路塔桿結(jié)構(gòu)見圖2，直流同塔線路按表1參數(shù)建立。調(diào)整研究模型的直流運(yùn)行工況與系統(tǒng)調(diào)試期一致，極Ⅰ、極Ⅱ的直流功率分別為213、175mw。在研究模型中進(jìn)行廣東靠近廣東極Ⅱ直

104、流線路故障試驗(yàn)，仿真波見圖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。</p><p>　　表3.11 模型主要參數(shù)</p><p>　　Tab.3.11 Main parameters of the mode</p><p>　　注：換流變流量-/-,左邊為整流站，右邊為逆變側(cè)</p><p><

105、b>　　仿真結(jié)果分析：</b></p><p>　　㈠直流同塔架設(shè)線路直流系統(tǒng)的啟動(dòng)對(duì)健全極大的影響不大，與常規(guī)單回直流基本相當(dāng)。</p><p>　?、嫜芯苛艘粯O直流線路故障對(duì)健全的影響，進(jìn)行了廣東直流線路靠近廣東極Ⅱ直流線路故障試驗(yàn)?？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。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，其中有50次極Ⅱ線路故障導(dǎo)致極

106、Ⅰ發(fā)生換相失敗。若將極Ⅰ設(shè)為極電流控制進(jìn)行上述計(jì)算時(shí)，極Ⅰ僅有35次發(fā)生換相失敗。這說明極Ⅱ直流線路發(fā)生故障期間若極Ⅰ處在雙極功率控制，極補(bǔ)償功能導(dǎo)致極Ⅰ直流上升也是導(dǎo)致其換相失敗的一個(gè)原因。此外研究發(fā)現(xiàn)，在極Ⅰ逆變器換相期間若發(fā)生極Ⅱ線路故障更容易導(dǎo)致極Ⅰ發(fā)生換相失敗，因此不是每次直流線路故障都會(huì)引起健全極發(fā)生換相失敗，是否會(huì)引發(fā)健全極發(fā)生換相失敗與線路故障發(fā)生時(shí)刻有關(guān)，典型波形見圖3</p><p>　?、绱?/p>

107、外在研究模型中進(jìn)行了極Ⅱ金屬回線廣東丟失單次脈沖試驗(yàn)，仿真波形圖見4.在廣東站發(fā)生丟失脈沖故障后，云南站也發(fā)生了換相失敗，仿真與現(xiàn)場(chǎng)波形基本一致。由仿真結(jié)果可知，廣州直流發(fā)生丟失脈沖故障導(dǎo)致云南直流發(fā)生換相失敗的原因?yàn)椋孩偻绷骶€路間的電磁感應(yīng)；②廣東站與云南站逆變站電氣距離較近，廣州站丟失脈沖故障導(dǎo)致云南站換流母線電壓發(fā)生畸變也會(huì)影響到廣東站；③云南換流母線的強(qiáng)度，研究發(fā)現(xiàn)若適當(dāng)增加云南站換流母線的短路容量，使交流系統(tǒng)強(qiáng)度增加，這云

108、南站可以避免在此情況下發(fā)生換相失敗。</p><p>　　由上述分析可知，云南直流線路采用同塔架設(shè)后導(dǎo)線排列更加緊湊，線路間的耦合更加緊密，一方面一極直流線路故障可能導(dǎo)致本回健全極發(fā)生換相失敗，而且在一回直流發(fā)生丟失脈沖故障時(shí)也會(huì)導(dǎo)致另外一回直流發(fā)生換相失敗。</p><p><b>　　3.5本章小結(jié)</b></p><p>　　影響感應(yīng)電壓

109、和電流的主要因素有：線路運(yùn)行狀況 （停運(yùn)線路接地電阻大小、接地位置、運(yùn)行線路負(fù)荷及運(yùn)行線路操作等)、平行線路長度、相間及回路間距離、導(dǎo)線高度以及線路的換位情況等。</p><p>　　兩回路同塔的長度不同時(shí)，感應(yīng)電流中靜電耦合部分不同，電流隨線路長度的增加而增加。</p><p>　　㈠直流線路采用同塔架設(shè)后導(dǎo)線排列更加緊密，但各級(jí)導(dǎo)線間的耦合關(guān)系不會(huì)影響同塔直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。<

110、;/p><p>　?、嫱茉O(shè)直流輸電系統(tǒng)的單極/雙極起動(dòng)，對(duì)健全和另外一i回直流輸電系統(tǒng)影響不大，單極起動(dòng)對(duì)健全極的影響與常規(guī)直流基本相當(dāng)。</p><p>　　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)。</p><

111、p>　?、柰茉O(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。</p><p>　　第四章 云廣工程實(shí)際參數(shù)的電磁暫態(tài)分析</p><p><b>　　4.1前言</b></p><p>　　云廣直流作為世界上第一條特高壓直

112、流輸電工程尚無太多經(jīng)驗(yàn)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2010年8.19和2011年6.5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