特高压直流单极故障引发送端接地极引线过电压计算方法及影响因素分析EI北大核心CSCD

接地极引线是特高压直流输电系统的重要组成部分,其运行状态与特高压直流输电工程运行的可靠性密切相关。针对特高压直流单极故障后接地极引线所出现的过电压风险,研究了过电压幅值及振荡频率的计算方法,并基于仿真算例探讨了影响过电压幅值及振荡频率的影响因素。首先,计及特高压直流一次系统以及控制系统行为,推导了特高压直流单极故障后接地极引线首端电压扰动的传递函数,提出了基于传递函数求解过电压峰值及电压振荡频率的方法。其次,利用西南某实际±800k V特高压直流系统实际录波,验证了传递函数的有效性。最后,基于仿真算例分析了直流线路故障位置、接地极引线的长度、电流控制器参数以及故障前直流的正常运行电压等因素对故障后接地极引线过电压峰值及振荡频率的影响。     

特高压直流接地极线路内部过电压机理及特性分析

接地极线路是特高压直流输电系统的重要组成部分,为对特高压直流接地极内部过电压机理及特性进行分析,介绍了接地极线路电压响应传递函数,使用电力系统分析软件MATLAB Sim Power System建立了±800 k V宾金直流工程过电压计算模型,对紧急停运、接地极线路单侧接地、直流系统高压侧接地3种情况下接地极线路的内部过电压进行了比较,重点分析了高压侧接地点位置、直流滤波器、高压直流线路长度、接地极线路长度对单极故障下接地极线路内部过电压的影响。分析表明高压侧接地所导致的接地极线路内部过电压最严重;接地极线路长度、直流线路长度和高压侧故障点位置影响接地极线路内部过电压幅值和频率,直流滤波器则决定了过电压振荡频率;直流接地极线路绝缘水平应根据直流工程具体情况确定。     

基于回归分析法的特高压直流接地极线路故障测距方法研究

实现特高压直流输电工程接地极的准确故障定位有利于提高故障排查效率,对确保接地极及高压直流输电系统的正常运行具有重要现实意义.文章提出了基于回归分析法的特高压直流输电工程接地极线路故障定位方法.分析了接地极线路发生不同类型故障时的电气量变化特征,研究了暂态过电压的形成原因.基于故障后稳态电压和电流的直流量给出了过渡电阻的求解方法,通过回归分析法建立了不同过渡电阻下故障位置与暂态过电压的关系模型,实现了不同过渡电阻下的故障定位.应用于某工程±800 kV接地极系统中的仿真算例结果表明,该方法具有较高的故障定位精度,且对不同故障过渡电阻具有较好的适用性.     

高压直流输电接地极线路内过电压及绝缘配置

为研究高压换流站接地极线路内过电压产生机理、影响因素及分布特性,以某特高压直流输电工程为研究对象,在EMTDC/PSCAD环境下,建立了过电压分析模型。根据仿真结果,分析了过电压幅值与流经接地极线路的电流幅值及电流变化率的关系,揭示了直流系统在发生故障或运行方式转化期间于接地极线路上形成的不平衡电流剧烈变化是造成内过电压的主要原因;过电压主要受故障类型、故障位置、接地极线路长度的影响,且沿接地极线路呈线性降低的分布特点;讨论了接地极线路绝缘水平优化配置方法,确定了接地极线路并联间隙参数选取原则,提出了高压直流输电系统的接地极线路设计和运行建议。     

多个特高压直流系统送端共用接地极的内过电压研究

根据向家坝—南汇±800 kV直流输电工程的具体参数,利用电磁暂态仿真软件EMTP-RV对3个特高压直流输电系统送端采用共用接地极方案进行了详细的仿真研究;通过模拟直流系统不同运行方式下几种直流侧故障的暂态过程,深入分析了共用接地极方案对直流系统内过电压的影响。仿真结果表明,直流系统发生故障时,均未造成与其共用接地极的非故障系统各避雷器动作,非故障系统直流运行电压和电流均无明显扰动。采用共用接地极方案并未对直流系统的内过电压产生较大影响。     

基于高频电压突变量的特高压直流输电系统接地极引线故障监测方法

为快速检测并切除特高压直流输电系统接地极引线故障,提出了一种基于高频电压突变量的高压直流输电接地极引线故障监测方法。首先分析了接地极引线接地故障时高频电压的特性,在此基础上,提出了利用高频电压突变量作为判据检测接地极引线故障的新方案。所提出的故障监测方法不受高频信号下接地极引线阻抗—距离非单调性质的影响,有一定的抗过渡电阻的能力,对接地极引线参数测量误差具有较强的适应性。并且,该算法可以直接应用于现有的接地极故障监视系统(ELIS)中,无需额外的硬件投资。为验证所提出方案的性能,基于电磁暂态仿真程序PSCAD进行了数字仿真试验,结果表明,当过渡电阻小于200?时,该方法均能灵敏可靠地识别并隔离故障,其在电力系统中具有良好的应用前景。     

特高压直流接地极线路过电压研究

针对±800 kV宾金直流工程发生的"7.13"直流接地极线路烧毁故障,使用电力系统分析软件MATLAB Sim Power Systems建立电磁暂态仿真模型,对直流系统不同运行方式下高压侧接地引起的直流接地极线路内部过电压特征及分布进行了分析,量化了接地极线路内部过电压水平。分析表明特高压接地极线路内部过电压与接地极线路长度、直流系统运行方式、出线避雷器参数有关;宾金直流工程宜宾侧接地极线路最大内部过电压幅值为278 kV,金华侧接地线路最大内部过电压幅值为60 kV;宜宾侧接地极线路绝缘子并联间隙干弧距离设计为20 cm,在故障时刻绝缘配合失效是引起"7.13"故障的原因。     

直流输电单极故障引发接地极线路击穿的定位方法研究

为实现直流输电单极故障引发接地极线路击穿故障点的快速准确定位,缩短供电恢复时间,提出一种基于换流站故障录波的接地极线路击穿点定位方法。通过理论分析,得到直流输电单极故障情况下换流站中性母线电压U_(DN)振荡频率随接地极线路等效电感的变化规律,结合接地极线路模型并考虑参数频变特性的影响,构建了基于"频率—电感—距离"三者关系的击穿点定位算法。利用西南至华东某特高压直流工程实际故障案例对方法进行了验证。结果表明:该方法的有效性和精度满足实用要求,且无需额外增加换流站软硬件配置,便于工程应用。     

特高压直流输电系统接地极引线阻抗监视策略

为提升特高压直流输电系统接地极引线的故障识别性能,提出一种新的接地极引线阻抗监视策略。对输电线路的全频带阻抗—距离特性进行了理论分析,以此为基础提出了基于高频信号注入的接地极引线阻抗监视策略,并给出了注入信号频率选择原则及故障告警判据。研究表明:若接地极引线长度超过注入信号的1/2波长,金属性接地故障时,阻抗监视装置测量阻抗的虚部随故障距离呈周期性变化,加大了判据整定的难度。因此注入信号频率的选择应保证金属性故障时,线路阻抗随故障距离的增加而单调变化,同时最大的故障阻抗模值应小于线路正常运行时的阻抗,且留有一定裕度。PSCAD仿真验证了该策略的有效性。     

相模变换法分析特高压直流输电线路接地故障舷

为研究双极运行的特高压直流输电系统中单极接地故障过电压,采用相模变换法分析了双极运行的特高压直流输电系统单极接地故障.首先建立故障时的模量电路,分析线路不同端口性质下健全极过电压的波形特征和幅值,然后结合模量电路分析,以云广直流输电工程为对象,建立了双极直流输电系统的单极接地故障模型,计算和分析了多种因素如故障接地电阻、直流滤波器的工作状态、平波电抗器的布置方式等的影响以及故障时健全极沿线的过电压幅值分布情况.结果表明,直流滤波器的投入与否将改变直流线路端口的阻抗性质,对故障时的过电压影响显著:投入直流滤波器时,中点接地故障时健全极过电压最大可达1.76 p.u.,平波电抗器布置方式对健全极过电压幅值无影响;未投入直流滤波器时,平波电抗器布置方式将直接影响到健全极过电压的幅值.     

相模变换法分析特高压直流输电线路接地故障

为研究双极运行的特高压直流输电系统中单极接地故障过电压,采用相模变换法分析了双极运行的特高压直流输电系统单极接地故障。首先建立故障时的模量电路,分析线路不同端口性质下健全极过电压的波形特征和幅值,然后结合模量电路分析,以云广直流输电工程为对象,建立了双极直流输电系统的单极接地故障模型,计算和分析了多种因素如故障接地电阻、直流滤波器的工作状态、平波电抗器的布置方式等的影响以及故障时健全极沿线的过电压幅值分布情况。结果表明,直流滤波器的投入与否将改变直流线路端口的阻抗性质,对故障时的过电压影响显著:投入直流滤波器时,中点接地故障时健全极过电压最大可达1.76p.u.,平波电抗器布置方式对健全极过电压幅值无影响;未投入直流滤波器时,平波电抗器布置方式将直接影响到健全极过电压的幅值。     

共用接地极对云广与贵广Ⅱ回直流系统的影响

为节省占地面积和工程造价,利用南方电网技术研究中心现有的两系统PSCAD/EMTDC模型建模分析了共用接地极对直流输电系统运行的影响。根据直流系统中性点电压抬升分析共用接地极对直流系统稳态运行的影响;对比计算两系统共用接地极和单独接地极工况,分析了共用接地极对直流系统过电压、控制以及保护系统等各方面的影响;还分析了直流系统单极大地回路运行时,共用接地极上的入地直流对换流站变压器中性点电流的影响。     

特高压和高压直流输电系统共用接地极模式分析

为了节省占地面积和建设费用,云广特高压直流输电系统和贵广二回高压直流输电系统在广东侧决定采用共用接地极模式。讨论了特高压和高压输电系统的共用接地极模式,对共用接地极的要求提出了设计方案。分析了共用接地极对2个直流输电系统的稳态运行、过电压绝缘配合以及控制保护系统的影响。结果表明:云广特高压直流输电系统和贵广二回高压直流输电系统共用接地极模式是可行的。     

特高压换流站接地极线路不平衡电流分析

分双极大地和单极大地两种运行模式,对特高压直流接地极线路产生不平衡电流的机理进行了分析,得出其原因是直流故障产生的故障电流突变在接地极线路上引起过电压,该电压值远远大于接地极线路的设计绝缘,从而导致绝缘对地击穿产生不平衡电流。结合控制保护动作策略,将不平衡电流对直流系统的影响进行了分析,并给出了接地极故障点定位的近似计算方法。以某特高压换流站的实际故障录波数据为例,对理论分析进行了验证。并提出了相关结论和建议,供以后研究和工程参考。     

特高压直流输电系统接地极线路保护配置方案优化建议

接地极是特高压直流输电系统中重要的组成部分,结合宾金直流接地极调试及投运以来发生的两起接地极引线断线事件,尤其是2015年7月13日接地极引线1断线接地事件,利用单位电流法计算故障支路的电流分布系数,理论分析接地极线路接地和断线故障时电流变化特征,深入分析目前宾金直流接地极保护策略配置存在的缺陷,将纵联差动保护与不平衡保护相结合,形成一种能准确判断故障类型的新型保护配置方法,优化目前的保护动作策略,能有效提高接地极系统运行的稳定性。     

特高压直流输电持续单极运行时接地极对地表温升的影响

特高压直流输电系统以大地回流方式运行时,较大的直流电流流入大地,使接地极周边的土壤温度上升,会对土壤环境和植物生长造成影响。分析了接地极调试运行状况和接地极所在区域自然生态环境现状,估算了极端(持续单极运行)情况下的地表温度变化幅度,评估了接地极单极运行可能带来的影响。     

一种快速切除HVDC输电系统接地极线路接地故障的方案

兴安直流输电系统逆变侧接地极线路与直流线路同杆并架敷设.在直流线路遭雷击后,接地极线路因感应过电压继发接地故障,在高压直流(HVDC)输电系统单极故障重启不成功的条件下,两回并行的接地极线路不平衡电流保护动作,导致直流输电系统双极闭锁.为了彻底消除接地极线路故障导致的HVDC输电系统闭锁现象,提出在换流站接地极线路出口处装设直流断路器灭弧的方案,并相应调整了接地极线路的控制和保护策略.     

±800 kV特高压直流输电线路单极接地故障过电压产生机理及影响因素

将特高压直流输电线路单极接地故障过电压分成第一次跃升和第二次跃升2个过程,并基于极线间的电磁耦合作用和波过程阐述了2次电压跃升的产生机理;分析了直流滤波器主电容、直流滤波器型式、直流控制系统、杆塔接地电阻、线路中点杆塔是否装设避雷器、输电线路参数和输送功率等多种因素对该过电压的影响。仿真结果表明,直流滤波器主电容参数是限制单极接地故障过电压的关键因素,其他因素对该过电压影响不大,为控制过电压幅值不超过额定电压的1.7倍,建议±800 k V特高压线路的直流滤波器主电容参数取值范围为1~2μF。     

±1100 kV特高压直流换流站平抗分置特性仿真研究

特高压直流输电换流站的绝缘配合对特高压直流输电系统的安全、经济运行有着重要的意义。针对±1 100 k V换流站避雷器配置方案,基于PSCAD仿真软件建立了±1 100 k V特高压直流输电系统仿真模型,并结合系统控制参数,仿真研究了平波电抗器不同布置方案对换流阀系统各关键位置最高运行电压的影响,分析了直流线路发生接地故障时最高端换流变阀侧绕组电压的变化,结果表明,采用平抗分置布置方式可使关键位置的最高运行电压降低33 k V左右(3%),使阀侧绕组电压振荡幅值减小约60 k V左右,仿真数据对于±1 100 k V换流站的过电压保护具有一定的参考意义。     

含风电特高压直流系统单极接地故障暂态特性研究

大型风电能源基地通过特高压直流工程外送时,风机的接入使电网运行特性更加复杂多变,有必要研究单极接地故障下含风电场的特高压直流系统暂态特性。文中建立了风电接入的特高压直流系统电磁暂态仿真模型,通过等效模量法分析了单极接地故障下直流侧过电压的产生机理,讨论了交流侧及风机并网点电压波动的原因;在此基础上,研究了接地点位置、端部阻抗、功率输送等因素对系统电磁暂态特性的影响及规律。结果表明,双极运行下单极接地故障发生在线路中点时,健全极过电压最大;直流滤波主电容对健全极过电压影响较大;故障时无功功率不平衡导致风机接入点电压升高,该过电压与系统功率输送有关,可引起风机高压脱网并使故障继续扩大。文中获得了含风电特高压直流系统及风机的暂态特性及影响因素,对于指导过电压的抑制具有重要的参考价值。