直流接地极线路招弧角间电弧的运动模型

针对直流接地极线路在遭受雷击和操作过电压时容易在绝缘子串间建立起电弧的问题,采用链式电弧模型,考虑电流元受磁场力、热浮力和空气阻力的作用以及电流元在不同运动速度下空气阻力系数与雷诺数之间的关系,分析电流元的受力,得出电弧的运动模型。通过仿真分析直流电弧在羊角型电极间的运动过程,发现直流电弧的熄弧时间与电流大小、电极张角之间存在相关关系,电弧电流和电极张角越大,直流电弧的熄弧时间越短。仿真研究结果为后续进行直流电弧试验提供理论依据。     

考虑电流元雷诺应力的绝缘子串并联间隙电弧运动特性分析

基于电弧的链式模型,引入电弧运动过程中电流元的雷诺方程,考虑电流元之间的相互作用力,建立磁场力、空气阻力、热浮力和雷诺应力的电流元运动模型。对典型参数下500 kV架空输电线路并联间隙电弧运动过程进行仿真,与试验结果进行比较。考虑电流元之间的相互作用力的电弧运动模型与实际情况更相符,间隙电极倾角越大,上弧根和弧柱部分所受磁场力越大,水平电极越长,越有利于电弧的疏导。     

基于热浮力-磁场力结合的并联间隙电弧运动模型

采用链式电弧模型,分析并联间隙装置之间产生的电弧所受到的磁场力、空气阻力和热浮力,获得了电弧运动速度控制方程,建立考虑热浮力作用的架空线路并联间隙电弧运动模型,并以110kV架空输电线路并联间隙电弧进行仿真计算,与实验结果相比较。结果表明：所建电弧运动模型能有效计及热浮力对电弧运动的影响,电弧运动计算时间和实测时间基本相符;仿真发现,由于热浮力使电弧竖直向上运动,在间隙上电极会偶尔发生上弧根和电极短路而引起弧根跳跃,这能合理解释试验过程中观察到的弧根不规则跳跃现象。另外,还分析了电流大小、电极形式对电弧运动过程的影响,仿真表明：电弧运动到电极末端的时间随着电流的增大呈指数衰减;流畅的结构设计有利于电弧的疏导和转移。     

考虑流层间粘力的直流接地极线路招弧角间电弧运动模型研究

直流接地极线路耐雷水平低,在遭受雷击和操作过电压时容易在绝缘子串上建立电弧,一般采取在绝缘子两端安装招弧角的方法来防止直流电弧烧蚀绝缘子.目前缺少招弧角的熄弧机理及电弧运动过程的研究,招弧角的安装均依据运行经验,缺少理论依据.文中采用链式电弧模型,考虑电流元间粘力的作用,建立了招弧角间直流电弧运动模型,提出了 一种基于...     

长距离输电线路潜供电弧弧根跳跃与弧长剧变的物理机制与仿真

建立了长距离输电线路潜供电弧物理模拟实验平台,使用高速摄像仪拍摄潜供电弧的运动发展过程。实验发现,潜供电弧阳极弧根存在明显的跳跃现象,且潜供电弧运动过程中电弧长度经常出现暂时变短的现象,在电弧熄灭前的瞬间,电弧长度会急剧上升。为明晰引起上述现象的内在作用机制,建立了链式电弧模型,对长距离输电线路潜供电弧进行仿真分析,结果表明弧根跳跃与热浮力和电极结构密切相关,电极结构水平时潜供电弧弧根跳跃次数明显减少,更有利于电弧的疏导与熄灭。电弧长度暂时变短是由弧柱间短路引起的,而熄灭前潜供电流突然增大引起弧长的剧变。进一步研究了潜供电弧燃弧时间与风力之间的关系,风速较大时,风载荷在电弧受力中占主导作用,燃弧时间分散性较小。仿真还发现导线互相垂直时潜供电弧运动更为剧烈复杂,电弧更容易熄灭。     

±500 kV双端柔性直流架空输电系统中混合式直流断路器重合闸操作暂态特性

±500 kV柔性直流输电系统采用架空线路输电方案时,输电线路出现暂时性短路事故的概率激增,需采用断路器实施重合闸以保障系统的可靠运行,目前直流断路器(DC circuit breaker,DCCB)重合闸时的暂态操作特性尚不清楚。本文建立了含换流站关键设备和混合式高压直流断路器在内的双端±500 kV伪双极柔性直流架空输电系统模型,研究了柔性直流输电系统单极暂时性对地短路故障发生后,混合式直流断路器开断至重合闸过程的电磁暂态特性以及直流断路器关键参数对其开断和重合闸特性的影响。仿真分析表明直流断路器能够在5 ms内切断该故障;由于换流阀不闭锁,断路器开断后换流变阀侧电流未降至0。150 ms故障去游离时间后断路器可在4 ms内重合闸,换流变阀侧电流和极线电压将在200 ms内振荡上升至额定运行工况。此外,随着RCD支路电容C增大,断路器关断性能降低,而断路器重合时固态开关支路与机械支路电流转移速率则与RCD支路的电容C无关。研究成果可为±500 kV柔性直流架空输电线路断路器性能校验提供相应的数据参考。     

风载荷下高速动车组升降弓拉弧的动态计算

针对高速铁路动车组升降弓的拉弧现象,研究了计及风载荷下的升降弓电弧运动特性。首先结合链式电弧模型的特点,建立升降弓拉弧的物理模型;然后系统考虑开放式环境中升降弓链式拉弧的受力特性,包括热浮力、空气阻力、电动力、风载荷等,建立了升降弓拉弧电流元的综合受力模型;再通过比较升降弓动态拉弧的风载荷与电动力,重点分析了在接触网相同载流下风载荷对电弧运动所起的作用,进一步探讨了不通风载荷对升降弓拉弧形态的影响。仿真结果表明,利用所提出的仿真模型研究风载荷下高速动车组升降弓拉弧的空间运动形态和长度变化过程是可行的。     

应用附加电容的柔性直流输电线路自适应重合闸策略

针对柔性直流输电线路在故障跳闸后线路健全极与故障极不存在耦合关系和基于感应电气量变化特征的重合闸判据难以适用的问题,提出一种基于附加电容放电电压变化特征的柔性直流输电线路自适应重合闸策略。在直流线路跳闸后投入附加电容器,构建附加电容放电的数学模型,分析故障消失前后附加电容放电电压特征的差异。结合该差异设计出能有效识别永久性故障和瞬时性故障的柔性直流线路故障性质识别新判据,基于此故障性质识别判据实现对线路的重合闸。最后利用PSCAD/EMTDC平台搭建了线路模型,仿真验证了所提柔性直流输电线路自适应重合闸策略的有效性与可靠性。     

基于模型校核的柔性直流输电线路自适应重合闸方案

为解决柔性直流输电线路常规自动重合闸盲目合闸的问题,有必要研究断路器合闸前识别故障性质及熄弧时刻的自适应重合闸方案。首先,考虑线路分布式参数及参数的频变特性,在分析Marti模型的基础上,得到线路两端电压电流与行波间的时域表达;其次,基于模型校核思想,将无故障模型作为计算模型,当故障消失时实际模型与计算模型相匹配,而故障未消失时实际模型与计算模型不匹配;最后,利用Pearson相关性对上述差异进行提取,提出一种适用于柔性直流输电线路的自适应重合闸方案。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所提方案的有效性,以及相较于自动重合闸方案和现有自适应重合闸方案的优越性。     

基于线路残余能量的柔直输电线路极间故障重合闸EI北大核心CSCD

在线路残余能量激励下,电弧会持续燃弧一段时间,现有重合闸等待瞬时性电弧自然熄灭后启动,耗时过长,不利于系统快速恢复供电。基于此,提出一种考虑主动消弧的自适应重合闸。提出引入接地开关,可增加线路电流分量,加快消散线路残余能量,降低电弧燃弧概率。针对瞬时性电弧熄弧速度的差异性,建立多次主动消弧方案。进一步借助皮尔逊相关系数表征差异性辨识故障性质。最后,在PSCAD软件中搭建柔性直流输电系统,与现有直流重合闸相比,提出的重合闸可加速降低线路残余能量,促进电弧熄灭,最长减少170ms的停电时间。     

用于MMC-HVDC直流故障保护的新型拓扑及重合闸控制策略

针对柔性直流架空输电线路频发的瞬时性直流故障,提出了模块化多电平改进子模块结构和混合级联拓扑以及MMC系统重合闸控制策略。新型子模块及混合级联结构具有直流故障自动闭锁和迅速恢复的能力,能进一步降低造价及损耗,并能继承已有成熟的控制方法。系统重合闸控制可以使柔性直流系统在小电流情况下判断直流故障是否消除并恢复系统运行,能有效应对永久性、瞬时性直流双极短路故障。文章构建了等效电路来分析直流双极短路故障及重合闸过程,并通过PSCAD/EMTDC仿真对所提方案进行了有效性验证。     

断路器合闸输电线路单相接地短路故障线路两侧短路电流计算与分析

输电线路发生单相接地故障,当短路故障不能及时消除时,线路两侧的断路器在重合闸操作过程中可能存在合闸短路故障的工况。运行经验表明,线路两侧断路器在合闸短路故障时,流过断路器的短路电流存在延迟过零的现象,从而导致断路器开断失败。文中通过建立单相等值电路模型,理论分析了在不同的合闸短路工况下故障线路两侧断路器流过的短路电流表达式,结论表明,由于后合闸断路器对电路拓扑的改变,使得先合闸断路器中流过的短路电流可能会出现延迟过零。又进一步分析与讨论了合闸初始相角α、间隔时间Δt、幅值比K对短路电流的影响规律。最后,通过在PSCAD/EMTDC软件中搭建仿真模型,以实际电网中电厂送出联络线上故障线路两侧断路器合闸短路故障为例,计算与讨论了故障线路两侧断路器流过的短路电流波形及其延迟过零现象。     

特高压同塔双回输电线路的潜供电流

特高压输电线路的潜供电弧燃烧时间长,如果不能及时熄灭,将造成单相自动重合闸失败,从而影响供电安全和系统稳定。因此,有必要研究特高压输电线路的潜供电流。本文首先归纳总结了潜供电流的各种数学计算方法及其优缺点,并指出目前特高压输电线路潜供电流研究中的不足是缺乏仿真和实测数据以及没有考虑电弧模型。接着针对我国在建的淮南—上海1000kV特高压交流同塔双回输电工程,采用PSCAD/EMTDC软件建立了其详细的仿真模型,包含系统模型、线路模型以及电弧模型。最后利用所建模型,对该工程潜供电流进行了仿真研究,计算了单点故障、两点故障和不同线路负载率下的潜供电流及其持续时间。研究结果表明,该工程潜供电流不会影响单相自动重合闸的成功重合。     

交流单相故障对高压直流输电换相失败的影响

研究了直流输电换相失败的原因及其受交流系统单相接地短路影响的特点 ,提出了分析该影响的新方法 ,并针对天广直流输电系统 ,明确了广州逆变站附近交流线路可正常采用单相自动重合闸技术     

利用健全极MMC注入特征信号的直流线路故障性质判别方法

交流线路自适应重合闸利用跳开相和健全相之间的耦合关系判别线路故障性质;而直流线路故障清除后,直流系统电气量保持恒定,健全极与故障极无耦合关系。在利用高压直流线路极间耦合特性和换流器高可控性的基础上,提出了一种向直流故障线路注入特征信号的故障性质判别方法。首先详细阐述了高压直流输电线路极间耦合特性,特征信号的产生原理与特征信号的选取原则;其次通过换流站附加控制策略向健全极直流线路注入特征信号,故障线路将耦合感应出对应的特征信号,利用该特征信号在线路故障存在和消失两种状态的传播特性差异进行故障性质判别,仿真结果验证了该方法的有效性。     

500 kV同塔双回不换位线路潜供电弧对重合闸的影响分析

同塔并架多回线路采用不换位架设导致电气参数三相不对称,使得潜供电弧难以自熄,在超高压输电线路甚至出现了瞬时故障重合闸重合不成功的情况。针对这个问题,建立了500 kV同塔双回不换位线路潜供电流和恢复电压的计算模型,并应用PSCAD/EMTDC软件,从相序排列方式、故障相别、线路长度三个方面对其进行了仿真分析。根据仿真结果,给出了500 kV同塔双回不换位线路不同线路长度对应的单相重合闸推荐时间。建议根据线路长度合理整定单相重合闸时间,从而提高重合成功率。     

500kV同塔双回不换位线路潜供电弧对重合闸的影响分析

同塔并架多回线路采用不换位架设导致电气参数三相不对称,使得潜供电弧难以自熄,在超高压输电线路甚至出现了瞬时故障重合闸重合不成功的情况。针对这个问题,建立了500kV同塔双回不换位线路潜供电流和恢复电压的计算模型,并应用PSCAD/EMTDC软件,从相序排列方式、故障相别、线路长度三个方面对其进行了仿真分析。根据仿真结果,给出了500kV同塔双回不换位线路不同线路长度对应的单相重合闸推荐时间。建议根据线路长度合理整定单相重合闸时间,从而提高重合成功率。     

高速铁路电分相电弧运动发展规律研究

高速铁路普遍采用锚段关节式电分相结构,动车组带电闯分相时产生的长电弧在弓网物理场中的运动具有随机性。该文在接触网电流分布的基础上,采用链式电弧模型,计及电弧受到的磁场力、热浮力、空气阻力及行车气流作用,得到电弧链的运动轨迹变化,进而发现起弧初相角、起弧位置对电弧运动发展的影响规律。仿真结果表明,磁力对电弧的运动起主导作用,电弧运动受起弧位置影响尤为显著,但受起弧初相角影响不大;当起弧位置居于吊弦正下方时,电弧整体倾向于沿行车方向进行往复运动,当起弧位置位于吊弦前、吊弦后时,电弧呈现明显的下倾、上飘规律。该文研究揭示了电分相电弧会导致异相短路、对车顶短路、烧损承力索3种不同后果的原因。     

真双极直流输电系统的故障性质识别方法

架空输电线路故障率较高且多为瞬时性故障,故障性质预判与线路重合技术将极大提高供电可靠性。现有的关于线路重合闸技术的研究主要针对交流输电线路,直流架空输电线路的故障性质判别方法较少,直流线路故障后多采用重启换流站方法恢复供电,降低了供电可靠性。该文通过分析直流输电线路之间的静电耦合现象及直流输电线路特有的离子流问题,结合该文实际工况从输电线路的等效模型出发,分析了计及离子流影响下的故障极残压特性,并基于故障极残压特性提出一种适用于真双极直流输电线路的故障性质识别方法。该文所提方法对电压源型和电流源型高压直流输电系统均适用。研究成果有助于提高线路瞬时故障后的供电恢复效率。     

基于PSCAD/EMTDC的高压直流输电线路保护仿真研究

本文在PSCAD/EMTDC平台上建立了实用的直流输电线路行波保护系统模型。通过分析高压直流线路发生故障后的特点,按照行波保护的原理,利用直流线路发生故障瞬间,线路上产生的暂态电流电压行波的幅值和方向不受控制系统作用影响的特点,通过计算直流电压下降率和直流线路故障前后的电压电流行波差值,来判断直流线路是否发生故障。在南方电网贵广直流输电系统仿真模型上对所建立的直流输电线路行波保护系统进行了仿真测试,通过设定极1整流侧直流线路发生接地短路故障,验证行波保护系统的动作情况,仿真测试结果证明了本文所建立的线路行波保护系统的正确性和实用性。