柔性直流输电系统电缆护套过电压仿真

直流电缆可靠性是保障柔性直流输电的关键,电缆本体故障特性分析能够为今后直流电缆设计和柔直输电系统的保护提供依据。因此依托于厦门柔直输电示范工程,基于分布参数的π型陆缆结构,建立了RLC分布参数的γ模型,并在Matlab/Simulink平台上进行了陆缆主绝缘故障后系统故障特性的仿真。仿真结果表明:金属护套上电流和电压的故障特性与主绝缘故障位置有关,故障点距离单侧换流站越近,故障电流峰值越大,且分布在直流电缆故障端和换流站端金属护套上的感应电压越大;此外,主绝缘在距离换流站不同距离处发生故障后,护套单端接地系统与护套两端接地系统中各单元感应过电压的分布趋势大致相同,金属护套上每m感应电压介于数百V至数千V之间,由护套单端接地模型可以近似分析两端接地模型中系统的故障特性。     

高压单芯电缆金属护套雷电过电压仿真和参数分析

高压单芯电缆往往采用金属护套单端接地或金属护套交叉换位互联接地。当电缆受到过电压入侵时,金属护套上的过电压可能超过外护层的绝缘水平,击穿外护层。高压电缆单芯金属护套雷电过电压的仿真计算,与仿真所用模型、元件参数以及电缆的接线方式、运行方式等有关,而元件模型、参数的准确获得是非常困难的,电缆运行方式也是多种多样的。为此,在典型状况下护套雷电过电压仿真计算的基础上,对包括电缆结构、大地电阻率、侵入波波形、冲击接地电阻、电缆长度、负荷电阻的大小及性质等、模型及参数对护套雷电过电压的影响进行了分析研究,并研究了两个或更多的交叉互联大段串联以及有多回电缆出线时,电缆护套上的过电压。研究表明,电缆的结构、电缆长度、入波波形以及负荷电阻的大小和性质对金属护套过电压有较大的影响;当雷电入侵多个交叉互联大段串联的电缆导体时,应在各绝缘接头处加护层保护器;并联出线越多,其护套上的过电压越低。     

模块化多电平换流器型高压直流电缆过电压仿真计算和分析

在海底电缆运行中确保电缆安全是第1要务。为了更好地分析海底电缆过电压,依托舟山多端柔性直流输电示范工程,在PSCAD仿真软件中搭建了两端模块化多电平换流器型高压直流(MMC-HVDC)仿真模型,采用统计法对定海—岱山直流电缆操作过电压进行了仿真计算,确定了其最大过电压。针对MMC-HVDC输电工程的特点,分析了闭锁延时时间、直流电缆长度和中性点接地电阻对直流电缆过电压的影响。结果表明:闭锁延时时间2 ms可以有效降低电缆过电压,电缆长度与铅套-铠装、铠装-地之间的过电压呈正相关性,中性点接地电阻对电缆过电压无明显影响。     

柔性直流换流站宽频模型及雷电过电压计算

柔性直流输电作为一种新型的直流输电技术正日趋受到重视。作为实际工程中的重要环节,柔性直流输电换流站的过电压计算问题亟待解决。文中在点对点阻抗模型(nodeto-node impedance function,NIF)的基础上提出了新的模型参数测量方法,对一套柔性直流输电仿真系统建立了用于雷电过电压计算的宽频模型。实际的雷电冲击测试以及计算结果表明提出的模型能够准确地反映换流站承受雷电过电压时内部设备的过电压水平。     

直流电缆上交流分量的计算及其屏蔽

交直流电缆并行敷设时,交流电缆会在直流电缆上产生感应电动势,进而产生工频电流分量.为此,针对上海柔性直流输电工程中可能的几种敷设方式下,对交流电缆在直流电缆上的感应电动势进行了计算,并且实测了不同接地方式下直流电缆金属屏蔽层对交流分量的屏蔽系数.计算结果表明,不同的敷设方式下交流电缆在直流电缆上产生的纵向感应电动势不同,三相交流电缆对直流电缆电磁耦合距离的不同是产生纵向感应电动势的根本原因;计算结果还发现在三相交流电缆与直流电缆耦合距离越远,所产生的纵向感应电动势越小;在4种敷设方式下,耦合距离超过2m后纵向感应电动势趋近于0.最后,还给出了实际工程中考虑屏蔽效应的直流电缆上感应电动势的计算方法,并且提出了屏蔽直流电缆上交流分量的方法.     

模块化多电平换流器型柔性直流输电海缆过电压特性

作为柔性直流输电工程的连接单元,直流海底电缆的绝缘水平关系着输电工程的安全运行。以舟山多端柔性直流输电工程中定海换流站至岱山换流站的海底柔性直流电缆为研究对象,采用统计法仿真计算了模块化多电平换流器型柔性直流输电海缆过电压分布规律,得出柔性直流海缆的绝缘水平。通过仿真计算,得出了直流电缆的故障过电压最大值,即导体对铅套、铅套对铠装和铠装对地的最大过电压分别为403.44 k V、6.72 k V和0.39k V;选取30%的绝缘裕度,确定了直流电缆的绝缘水平,即导体对铅套为525 k V、铅套对铠装为9 k V和铠装对地为0.6 k V。计算结果可为柔性直流电缆的选型及试验提供重要参考。     

舟山柔性直流输电工程的直流电缆操作过电压计算与分析

高压电力电缆在柔性直流输电工程中扮演中输送稳定电能的重要角色,其过电压故障会对电网安全运行造成严重的影响,而国内关于高压电缆操作过电压机理以及计算的研究较少。为此,依托舟山柔性直流输电工程,在PSCAD/EMTDC平台上,分析了同轴高压直流电缆的等效阻抗和导纳参数,并分别计算了不同故障条件下的直流电缆操作过电压。基于统计分析方法,采用线路分段技术研究了直流海底电缆的操作过电压沿线分布规律。研究结果表明:直流电缆沿线接地故障过电压值呈伞形分布,中部最大,两侧递减;导体-铅套操作过电压最大值为400.2 kV,发生在直流电缆沿线接地故障的条件下;铅套-铠装和铠装-大地操作过电压最大值分别为7.27 kV和0.45 kV,发生在交流相地和相间故障的条件下;导体-铅套、铅套-铠装和铠装-大地操作冲击绝缘水平分别为460.23 kV、8.36 kV和0.52 kV。该研究结果可以为高压电力电缆线路的绝缘配合提供重要的依据。     

柔性直流换流站雷电侵入波过电压

为确定换流站直流场设备（包括电缆）的雷电绝缘水平,建立柔性直流工程换流站和各站直流进线段1~2 km输电线路电磁暂态仿真模型。根据线路电气结构参数确定输电线路绕击和反击电流值,雷电流采用双指数函数模型,杆塔塔头间隙闪络判据采用相交法,计算架空线路在雷电绕击和反击工况下换流站直流场设备和电缆雷电侵入波过电压。通过仿真计算,确定了换流站直流场设备和电缆雷电绝缘水平,同时计算表明,直流电抗器对雷电过电压有一定的抑制作用。     

柔性直流系统挤出绝缘电缆暂态过电压仿真

电压源换流器高压直流(VSC HVDC)输电系统中广泛应用了挤出绝缘直流电缆。针对开关操作、内部故障以及雷击所引起的暂态过电压对直流电缆系统可靠性的挑战,基于南澳柔性直流输电示范工程,利用PSCAD/EMTDC建立直流电缆系统仿真模型,设置交流单相接地、两相短路、桥臂电抗器接地等不同类型的故障,分析了各类故障条件下直流电缆系统的暂态过电压特性。研究结果表明,直流电缆端部过电压峰值最大可达2 p.u.,且电缆端部出现的过电压幅值与短路电阻值有关。     

海上风电场海底高压电缆电磁暂态过程的仿真分析

为了能更好地确定海上风电场海底高压电缆的选型要求,使用PSCAD/EMTDC软件建立相应的海上风电场仿真计算模型。针对海上风电场工频过电压、操作过电压和雷电过电压这3种电磁暂态过程的不同特点,进行仿真,并且考虑了不同的系统条件下上述3种过电压对电缆绝缘的影响。在操作过电压中,重点研究了合闸电阻对过电压的影响;而在雷电过电压中重点研究的是架空线路受雷电侵入波的过电压。仿真结果表明,海底电缆各层的结构参数对海底电缆的电磁暂态有着不同程度的影响,其中导体层、绝缘层、HDPE层对海底电缆的电磁暂态影响尤为明显。另外,海底高压电缆的护套层材料和主绝缘层材料也对电磁暂态有影响。     

特高压直流输电控制保护特性对内过电压的影响

基于金沙江一期向家坝—南汇±800 kV直流输电工程的具体参数,利用电磁暂态计算软件EMTP-RV,针对直流输电控制保护动作特性对内过电压的影响进行了详细的仿真计算和分析总结,并对高压直流输电内过电压的研究方法提出了可行性建议。研究结果表明,高压直流输电系统控制保护动作时序对内过电压影响较大,在研究高压直流输电系统的内过电压时,应尽可能模拟实际直流输电系统控制保护的动作时序,以确保仿真结果更加接近实际系统。     

110kV良容线电缆终端故障分析

为确定佛山供电局110kV良容线电缆终端主绝缘击穿的原因,对该电缆终端头进行解剖和材料切片检查分析。分析结果认为：施工不当造成电缆绝缘屏蔽层受损,引发电场畸变严重,是引起事故的主要原因;接头的安装工艺不当引起接头受潮和接触不良,加速了主绝缘击穿的进程。建议在多雨地区,接头铜尾管与铝波纹护套的密封连接采用搪铅方式。     

一起220 kV交联聚乙烯电缆中间接头击穿故障原因分析及措施

针对某核电厂一起220 kV交联聚乙烯电缆中间接头击穿故障,对击穿的部位进行解剖和分析后,指出电缆中间接头制作过程中,金属铜护套与电缆铝波纹护套对接的锡焊施工工艺存在缺陷,未使用铜编织带连接,锡焊部位的机械强度较薄弱,在电缆运行中出现开裂现象,在开裂部位两端形成电位差,持续的放电损伤了电缆半导体屏蔽层,最终导致电缆主绝缘击穿.最后,针对电缆中间接头制作施工工艺的不足提出了改进措施.     

基于电磁-热耦合原理的三芯铠装电缆在低频输电方式下的损耗特性研究

精确分析电缆损耗特性是提高海底电缆经济性、实现深远海风电高效输送的关键问题之一.为此,该文建立三芯铠装电缆的电磁-热耦合仿真模型,研究了缆芯电流在低频输电方式下的不均匀分布特性,并以此为基础,分析IEC标准计算护套感应电压、损耗因子及载流量的误差.研究结果表明,缆芯电流密度平均值点偏离缆芯中心,偏离距离随输电频率的增大而增大,并导致IEC标准计算的护套感应电压和损耗做同向变化,当缆芯半径大于24mm时,护套损耗因子误差明显加剧;当缆芯截面积取2000mm2时,分频及工频下的载流量误差分别达10％和15％左右.计算结果为合理地确定海底电缆载流量奠定了基础.     

适用于柔性直流电网操作过电压分析的混合式高压直流断路器端口等效模型

柔性直流电网中混合式高压直流断路器动作时会产生较大的操作过电压,但是目前尚缺乏针对直流断路器操作过电压仿真模型的研究。针对主流的混合式高压直流断路器,提出了用于柔性直流电网操作过电压仿真的断路器端口等效模型,同时介绍了该模型中各参数的计算方法。该模型的一个突出优点是,建模时仅需要知道一些原始设计指标和个别组件的动作时间,不涉及断路器内部结构与参数,减小了工程设计阶段断路器建模的难度。在实验室开展了断路器的短路电流分断试验,并利用提出方法建立了试验断路器的仿真模型,试验结果与仿真结果对比显示:该建模方法在仿真直流断路器操作过电压时具有较高的仿真精度,过电压峰值误差最大仅为3.1%。最后,通过张北工程的仿真模型验证了该模型在电网中也具有较高的仿真精度,多次仿真中过电压峰值误差最大仅为3.3%。     

关于改进交联聚乙烯电缆附件接地线引出方法的建议

根据DI／T596-1996《电力设备预防性试验规程》规定，交联聚乙烯电缆主绝缘直流耐压试验只适用于新制作终端头或接头，运行中的电缆不做直流耐压试验而是采用如下试验方法：(1)电缆主绝缘绝缘电阻试验；(2)电缆外护套绝缘电阻试验；(3)电缆内衬层绝缘电阻试验；(4)测试铜屏蔽层直流电阻和导体直流电阻之比。     

随桥电缆-架空混合线路的电缆护套过电压特性仿真分析

随桥电缆作为跨海输电系统的重要组成部分,其安全稳定运行对于整个输电系统的可靠性有重要影响。论文以舟岱大桥220 kV随桥电缆工程为研究对象,考虑架空线路的影响,基于PSCAD/EMTDC暂态仿真软件建立了随桥电缆-架空混合线路的仿真模型,对雷击故障和操作故障下的电缆护套过电压特性进行了研究。结果表明：雷击架空线路时,护套过电压幅值随击距的减小而增大,随杆塔接地电阻的增大而增大,过电压幅值最高可达到46.4 kV;单相接地故障下,接地相角为90° 时护套过电压最严重,过电压幅值最高可达到15.9 kV;非全相操作故障下,电缆护套过电压幅值受故障距离的影响不大,两相断线的护套过电压比单相断线更严重。研究工作为随桥电缆-架空混合线路的绝缘配合设计提供了参考依据。     

一交叉互联高压电缆绝缘故障的理论及仿真分析

笔者探讨了一起110 kV交叉互联电缆外护套及主绝缘烧损击穿事故的原因,计算和仿真了电缆在两种极端情况下金属护套的悬浮电位和电缆胶皮外护套悬浮电位之间的电位差,并根据事故电缆的实际状况给出了故障起因。结果表明:电缆金属护套只要形成中性点连接,即使在不接地的情况下其悬浮电位依然很低;在电缆金属护套和胶皮外护套石墨层均不接地的情况下,金属护套和石墨层悬浮电位接近运行电压,但此时电缆胶皮外护套承担的电压差仅几百伏,此种情况不会对电缆运行造成危害;文中分析过程为进一步深入理解电缆故障起因提供了新认识。     

呼—辽高压直流输电系统全电压起动过电压的研究

高压直流输电系统全电压起动时将在逆变侧产生很高的过电压,是HVDC直流侧最为严重的过电压情况。采用东北首条高压直流输电系统呼—辽直流工程实际参数,利用电磁暂态分析程序包PSCAD/EMTDC以及MATLAB两种软件分别作为仿真平台,建立了呼—辽高压直流输电系统的模型,对其全电压起动进行了数字仿真。仿真结果具有较高的精确性,为现场实际运行提供了依据。     

铝护套结构对XLPE电缆绝缘屏蔽层悬浮电位影响

为研究电缆铝护套结构对绝缘屏蔽层悬浮电位以及缓冲层间电场强度的影响,优化电缆铝护套结构进而降低缓冲层烧蚀缺陷的严重程度,本文建立缓冲层分压模型以及Comsol仿真模型,分析在缓冲层白斑缺陷出现后,计算不同电缆铝护套结构下的绝缘屏蔽层悬浮电位以及缓冲层电场强度。仿真和理论分析结果表明铝护套最小内径φmin和铝护套波谷处曲率K与绝缘屏蔽层悬浮电位以及缓冲层间电场强度有如下关系：φmin和K越小,绝缘屏蔽层悬浮电位越小,缓冲层间电场强度降低,其中φmin的影响更明显;以本文缺陷电缆为例,仿真定量分析得出φmin和K优化后绝缘屏蔽层悬浮电位分别下降了30%、13.7%;缓冲层间电场强度分别下降了30.3%、13%。