互连高压电气设备抗震设计技术规程详解

以提高电气设备抗震设计水平、保障电气设备在地震作用下的安全性和稳定性为目标,从互连高压电气设备的抗震设计方法、柔性连接导线的设计长度计算公式和推荐的导线形状、硬管母连接设备的管母选择原则和管母与设备间的连接方式等方面,解读互连高压电气设备抗震设计技术规程,为高压电气设备的抗震设计提供重要技术依据,起到良好的推动和指导作用。     

不同连接方式下直流场回路支柱绝缘子抗震性能研究

为对比全硬管母连接和分段管母组合六分裂导线连接两种连接方式对直流场回路抗震性能的影响,以某换流站直流场±400 kV回路为研究对象,建立了不同连接条件下该回路的精细化有限元模型,获得了回路支柱绝缘子的地震响应。对不同条件下回路中支柱绝缘子的地震响应进行了对比分析,发现绝缘子的位置和回路的连接方式对绝缘子地震响应有较大影响。进一步得到如下结论:该回路在地震作用下易发生整体扭转,回路两端绝缘子地震响应较中间绝缘子大;全硬管母连接方式下回路整体性好,地震响应可以较好的均分给各个支柱绝缘子,分段管母加六分裂导线连接的回路整体性略差,平行弱轴的回路部分中设备的地震响应有明显增大;非直线布置耦联体系中平行弱轴的回路部分中设备的地震响应较大。     

硬管母联接的500kV避雷器和互感器耦联体系地震模拟振动台试验研究

国内外历次大震的震害经验表明,相互联接的电气设备具有较强的地震耦合效应,地震易损性明显。为研究互联设备的地震耦合机理,提高互联电气设备的抗震设计水平,以硬管母联接的500 kV避雷器和互感器为研究对象,采用地震模拟振动台试验手段,研究了地震动输入峰值加速度、硬管母与设备间的联接方式、滑动金具滑动槽长度等因素对回路中设备地震反应规律的影响。研究结果表明,硬管母联接使设备产生了明显的动力耦合效应,电气设备通过硬管母联接后,在管母联接方向高频设备的频率降低,低频设备的频率增高。地震动输入峰值加速度越大,滑动金具滑动槽长度越小,设备间的耦合效应越明显。在进行硬管母联接设备的抗震设计时,宜根据单体设备在地震作用下的位移估算结果设计滑动金具滑动槽长度,提出了减小设备地震耦合效应的金具滑动槽长度计算公式。     

±600 kV换流变压器回路抗震性能分析北大核心CSCD

换流变压器是换流变电站中的重要设备,但在历次地震中破坏严重。因此为研究±600 kV换流变压器回路的抗震性能,找寻回路中的薄弱环节,文中根据某工程建立了换流变压器回路的精细化有限元模型,并对回路进行了动力特性和地震响应分析。发现了地震作用下该回路的薄弱位置,得到了部件的连接方式和结构形式是影响结构响应的关键因素。通过将换流变压器单体和回路进行对比分析发现耦联体系可以明显减小设备在地震作用下的结构响应,同时金具内的铝绞线可以消耗由于地震作用产生的能量,起到耗能减震的作用。针对换流变压器回路的抗震性能分析可以为以后换流变压器回路技改和日常运维奠定基础,并为抗震设计提供了新思路。     

管母连接±800 kV复合支柱绝缘子的抗震性能分析及试验研究

为研究特高压复合支柱绝缘子的抗震性能及管母连接设备地震响应的简化计算方法,对复合支柱绝缘子单体及耦联体系进行了振动台试验,测量绝缘子关键位置的加速度和根部应变,并得到绝缘子顶部位移。结果显示:试验中的复合支柱绝缘子最大应力小于容许应力,满足抗震性能要求。在相同地震输入下,耦联体系中支架的加速度峰值放大系数、顶部位移和根部应变响应相比于支柱绝缘子单体均有所降低。管母连接对于设备的约束作用可简化为线性弹簧,当设备相同或动力特性相近时,耦联体系中的设备响应可采用单体设备的动力响应进行计算校核,且此时的计算结果偏于安全。     

特高压新松换流站直流场设备抗震设计及能力考核

新松换流站是目前世界上海拔最高、抗震设防要求最高的特高压换流站,直流场设备抗震设计与考核是整个换流站抗震设计核心内容。首先介绍了直流场设备抗震解耦设计的基本思路,分析了直流场主要设备的结构特征和抗震薄弱环节,对直流场极线设备分成了若干较为独立的耦联回路;其次,提出了换流站直流场设备的抗震设防水平及主要的地震动参数。通过采取选用复合材料、优化支架及设备结构、创新设备连接导体及金具、采用隔震减震等抗震新技术,可有效改善换流站直流场主要电气设备的抗震性能。通过开展特高压单体电气设备的抗震计算和地震模拟振动台试验,考核结果表明,新松换流站主要特高压电气设备具备承受峰值为400 Gal确定性场地波强震作用下的抗震能力。相关研究及应用对今后类似地震高烈度地区换流站抗震设计提供了有效的解决方案。     

800 kV直流场极母线回路的地震易损性分析北大核心CSCD

作为换流站中的重要组成部分,直流场极母线回路的抗震性能直接影响到特高压输电线路的安全运行。为评估某±800 kV换流站中直流场极母线回路的抗震性能,文中建立了包含众多不同种类电气设备的极母线回路有限元模型,对其进行了动力特性分析和三向地震时程分析,通过与单体设备的地震响应对比得出了回路中的抗震薄弱位置和关键设备。并采用多样条的易损性分析方法结合多元非线性回归函数最小二乘拟合得到了回路和关键设备的地震易损性曲线,分析结果显示该回路在设防烈度(地面运动加速度峰值为0.4g)地震作用下失效概率已超过90%,因此关键设备的抗震性能亟待提升。     

±1100kV特高压直流输电系统低频谐振分析

高压直流输电系统的低频谐振会对系统的安全稳定性造成严重影响,为此分析了±1 100 kV特高压直流工程的回路阻抗与频率的关系及系统工频和二次谐振特性。通过PSCAD/EMTDC仿真得出直流系统回路阻抗特性曲线及其谐振点,得出了输电线路长度对谐振点频率的影响,研究了系统在可能引起二次谐振的故障下的暂态过程,并与以往特高压直流工程对比,得出了输电线路长度与低频谐振现象的关系。分析结果表明,输电线路长度是影响直流系统回路阻抗特性的重要因素,线路越长,系统谐振频率越低;2 000 km为高压直流系统易于发生低频谐振的敏感长度。     

1000kV特高压交流变电站铝管母线末端屏蔽方式研究

管型母线因其良好的载流性能与可靠的机械连接特性被广泛应用于高压电站中,在特高压交流电站中,管形母线末端的屏蔽方式问题日渐突出,研究其屏蔽结构对特高压交流电站的设计具有重要意义。针对1 000 kV特高压交流长治站在带电试运行过程中硬铝管母线高压并联电抗器侧末端出现的电晕问题,使用有限元方法建立三维仿真模型,仿真计算了管母末端的电位和电场分布,找出了引起电晕放电的原因,并在此基础上研究了几种屏蔽方式的效果和可行性,提出了管母末端采用直径250 mm的半球形封盖板结构和于管母上方加装管径300 mm的均压环相结合这一合理的屏蔽方式。该屏蔽方式明显改善了管母末端的电场分布,使管母高压电抗器侧末端附近的场强最大值降低至1 390 V/mm,较原结构场强最大值降低了44.4%,满足局部控制场强的要求,有效抑制了管母末端的电晕放电。研究方法已经成功应用于特高压交流长治站中,并对类似结构电力设备的设计具有借鉴意义。     

采用时域仿真的高压直流输电直流回路谐振特性分析

直流输电系统设计时需要考虑直流回路的谐振特性。首先给出了任意频率下直流回路阻抗的定义,然后提出了利用测试信号法并基于时域仿真计算直流回路阻抗频率特性的方法。通过对一个典型±500 kV直流输电示例系统的分析,研究了交流系统短路比、交流侧滤波器容量和类型、换流变压器短路压降、触发控制角、直流输送功率、平波电抗器电感值、直流滤波器配置组数、直流输电线路长度以及直流系统运行模式等因素对直流回路阻抗频率特性的影响。另外,对设计中的糯扎渡-广东±800 kV特高压直流工程的直流回路谐振特性进行了分析。研究结果为通过调整直流系统不同元件参数来改变直流回路的谐振特性指明了方向。     

扎鲁特—青州±800 kV特高压直流输电工程主回路参数设计

依据现有的直流工程设计方法以及该工程的输送容量大、直流电压等级高的特点,对蒙东扎鲁特—青州±800 kV/10 000 MW特高压直流输电工程主回路元件参数进行了设计。通过相关计算,给出了包括换流阀、换流变压器、直流线路等主要一次设备的参数和额定运行参数。建立了该工程整体Pscad仿真模型,进行了双极全压和双极降压70%方式下系统运行特性的仿真计算,验证了主电路参数设计的正确性,分析了直流线路电阻对系统运行特性的影响。为开展该特高压工程后续各项研究提供了参考。     

两类逆变侧控制策略对系统电压与直流主回路设计影响

针对高压直流输电工程逆变站通常采用的定关断角与定电压两类控制策略对系统电压与直流主回路设计的影响进行研究。首先从控制系统原理入手,分析了逆变侧定电压与定关断角两种控制策略的逻辑区别;然后利用电力系统分析计算软件PSD-BPA,模拟了换流站投切滤波器分组的实际工况,明确了两种控制策略在系统电压调节特性方面的差异;最后基于某实际高压直流工程的系统条件和运行参数,借助实时数字仿真系统,校核了定电压与定关断角两种控制策略下系统电压的暂态与稳态恢复特性,进一步验证了相关结论。在此基础上,研究并论证了两种控制策略对于直流换流站无功补偿容量、额定空载直流电压等直流主回路设计基本结论以及主要设备参数的影响。     

管母线连接变电站电气设备的地震易损性分析

汶川地震震害调查表明,管母线连接电气设备在地震中破坏情况严重。为了研究此类设备的地震响应,建立了管母线连接电气设备耦联体系的有限元模型,采用时程分析法对模型进行了地震响应分析,比较单体设备和管母线连接设备的动力特性和地震响应,并且探讨了管母线不同设置方式对连接系统的影响。分析结果表明,管母线连接设备系统中,高频设备的位移响应较其独立设备时放大,低频设备的位移响应较其独立时减小;在耦联系统中,伸缩节与低频设备连接时耦联系统的动力响应小于伸缩节与高频设备连接时系统的动力响应。进行管母线连接的电气设备抗震设计时,应充分考虑电气设备的动力特性和伸缩节的设置方式。     

±800 kV特高压换流阀塔——厅整体抗震性能分析

换流阀塔通常采用悬挂在换流站的阀厅的安装方式,在地震作用下往往导致较大的水平位移,换流阀塔之间的连接以及阀塔-阀厅相互作用的机理需深入研究。文中以±800 kV特高压直流换流站的换流阀厅及6组阀塔为研究对象,考虑阀塔与相连接的支柱绝缘子的金具连接特性,建立了阀塔—厅及阀厅耦联回路有限元模型并进行了不同地震动输入下的时程响应分析。研究表明:换流站阀厅结构在其基频附近对地面运动输入有明显的放大作用,且换流阀塔位移响应较大。采用具有较大变形能力的柔性管母线及金具,可以避免在地震作用下阀塔与相连的支柱绝缘子的牵拉作用。在换流阀抗震设计时应考虑阀厅的放大作用,阀塔与相邻设备的连接应选用具有大变形能力的金具,以改善其抗震性能。     

基于静态系数法的抗震仿真分析研究

<正>抗震性能是高压开关设备、控制设备以及相关支撑构架等的重要性能。以某风电项目塔筒内的高压开关控制设备的支撑构架的抗震性能为研究对象，建立三维实体模型，采用静态系数法进行抗震仿真的有限元分析。基于有限元法得出在IEEE 1.0 g抗震设计水平下的结构的动力响应，为该结构在相应的抗震设计水平下安全设计提供指导。     

直流电网用混合式直流断路器开断参数影响因素研究

直流电网中应用的开断参数是高压直流断路器研究与设计的前提条件,其影响因素的探讨对系统与设备的协同设计有重要意义。基于功能要求提取了混合式高压直流断路器的核心开断参数,从电网运行方式、系统参数、故障特性、保护配合以及断路器参数设计等多个方面对核心开断参数的影响进行了定性和定量分析。搭建了张北四端柔直电网工程和混合式直流断路器电磁暂态仿真模型,对影响因素进行了仿真验证。结果表明系统电抗器参数、接地设计、保护出口时间和断路器重合闸动作逻辑对开断参数均有不同程度的影响,通过多参数优化可有效提升系统和断路器技术经济性能。所提分析方法和分析结果为直流电网用混合式直流断路器开发和设计提供了借鉴。     

高压直流系统运行配置方式优化

高压直流电压控制策略与运行接线方式有关,为此,分析高压直流一极在金属回线运行方式下,另外一极与直流场连接的隔离开关、断路器状态的变化对高压直流系统的影响。针对直流系统接线方式判别逻辑提出改进建议,让高压直流系统运行接线方式判别方式趋于合理,不影响直流系统的运行。     

基于MMC的环状直流配网在不同接地方式下的故障特性分析

基于MMC的环状直流配电网电能质量和供电可靠性高、易于分布式电源接入,但其故障类型多、故障特性复杂且与接地方式密切相关,因此完善的故障特性分析对于主电路参数设计、保护配置等具有重要意义。首先,建立了基于MMC的环状直流配网模型,对其关键设备的主回路和控制方法做了介绍。其次,在三种接地方式下,针对中压直流系统单极接地故障和换流器交流侧单相接地故障,研究了故障回路及故障特性,并对三种接地方式的优缺点进行了分析。最后,在PSCAD/EMTDC中进行了建模仿真分析,验证了理论分析的正确性。仿真结果表明接地方式对故障特性具有较大影响,相关分析也为直流配网故障检测提供了参考。     

高压直流转换开关辅助回路振荡特性参数的检测与分析

为实现高压直流转换开关的可靠操作,在高压直流转换开关类型、结构原理及转换过程数学模型研究的基础上,研究开发了1套高压直流转换开关辅助回路振荡特性参数的现场测试系统。结合±800 kV雁门关换流站系统通过分析高压直流转换开关类型及结构原理,给出辅助回路振荡特性参数测试的试验原理及测试方法,完成直流场4种直流转换开关辅助回路电容和电流衰减特性的测试,并计算给出辅助回路衰减周期、振荡频率、回路电感、回路电阻等参数值。结果表明4种直流转换开关辅助回路的振荡特性参数满足高压直流输电系统的要求,同时也证明了该测试方法及试验系统的有效性及正确性,为下一步直流转换开关辅助回路振荡特性参数现场试验应用提供依据。     

高压晶闸管阀背靠背运行试验回路研究

设计了一种背靠背型的晶闸管阀运行试验回路,该回路既可以作为晶闸管阀电流试验平台使用,也可以作为无功补偿设备(如SVC、SVG)的长时间运行试验平台。该回路的设计参照高压直流输电(HVDC)中背靠背(BTB)直流系统的参数计算,实现大直流电流运行,并且将有功能量返回,使整套系统的能耗大大降低。经仿真分析验证了设计参数的正确性,为晶闸管阀的合成试验回路奠定了基础。