特高壓交流輸電線路仿真研究

1、.大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 特高壓交流輸電線路仿真研究 學(xué) 生 姓 名： 學(xué)號(hào) 學(xué) 部 （系）： 機(jī)械與電氣工程學(xué)部 專 業(yè) 年 級(jí)： 電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè) 指 導(dǎo) 教 師： 職稱或?qū)W位： 碩士 年 5 月25 日目 錄摘要1關(guān)鍵詞1Abstract2Key words2前言31特高壓輸電技術(shù)及仿真軟件介紹41.1 我國(guó)選擇特高壓輸電的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)分析41.1.1 特高壓輸電的技術(shù)優(yōu)勢(shì)41.1.2 特高壓輸電的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)41.2 我國(guó)特高壓電網(wǎng)建設(shè)存在的技術(shù)問(wèn)題41.3 實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器RTDS簡(jiǎn)介51.3.1 RTDS的硬件51.3.2 RTDS軟件51.3.3 RTDS的功能與應(yīng)用

2、領(lǐng)域62特高壓交流輸電線路電氣特性仿真分析82.1 特高壓交流輸電線路電氣特性仿真82.2 電容電流的仿真與理論分析112.3 高頻分量的仿真與理論分析132.4 非周期分量的仿真分析152.5 故障工況與存在的問(wèn)題173仿真結(jié)果與討論21結(jié)束語(yǔ)22參考文獻(xiàn)23致謝23附錄24華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）特高壓交流輸電線路仿真研究摘 要就我國(guó)而言，交流特高壓電網(wǎng)為1000kv電網(wǎng)。與超高壓電網(wǎng)相比，特高壓電網(wǎng)輸電線路單位電感電阻比大，分布電容大，線路長(zhǎng)度更長(zhǎng)：在故障、分合閘操作等條件下，特高壓系統(tǒng)呈現(xiàn)出更加明顯的電磁暫態(tài)過(guò)程。本文利用電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器RTDS，分析了1000kv特

3、高壓輸電線路分別在故障暫態(tài)過(guò)程、空載合閘、高阻接地等條件下相關(guān)電氣量的特性；并通過(guò)理論分析，討論了特高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)所面臨的特殊問(wèn)題。仿真結(jié)果認(rèn)為交流特高壓輸電線路產(chǎn)生的分布電容過(guò)于巨大，接近于高阻接地電流，因此必須對(duì)線路分布電容進(jìn)行補(bǔ)償；在故障、空載合閘、區(qū)外故障切除和重合閘等暫態(tài)過(guò)程中分布電容引起的暫態(tài)電流中含有相當(dāng)?shù)母哳l分量，其頻率僅為基頻的5倍，從而使得線路兩端的電流電壓波形發(fā)生嚴(yán)重畸變，造成比相式距離保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間延長(zhǎng)；在故障和操作后產(chǎn)生的非周期分量衰減周期長(zhǎng)，且幅值接近于基頻分量，衰減周期長(zhǎng)將導(dǎo)致距離保護(hù)的暫態(tài)超越，而衰減幅值將使得繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作。關(guān)鍵詞：交流特高壓；實(shí)時(shí)數(shù)字仿

4、真；繼電保護(hù)UHV AC Transmission Line SimulationAbstractIn China, the AC UHV is 1000 kVCompared to EHV(extra-high voltage)，1000 kV line has more distributed capacitance distance and larger proportion of reactance and resistance，which results in obvious transient state while fault loading or operatingThis p

5、aper analyses the characters of fault transient process，connecting unloaded line，high resistance grounding through RTDS，and discusses their influence on UHV transmission line protection, The simulation results that the istributed capacitance 1000 kV lines is too large，and close to the current of hig

6、h resistance grounding So it's necessary to compensate lines distributed capacitanceDuring the transient process of fault，no-load switching and reclosing，the high frequency current will be caused by distributed capacitanceIts frequency is only five limes of basic frequencyAs a result，voltage and

7、 current waveforms will be seriously distored，the time of phase-distance protection will be delayedAfter the fault and the operation，non-cycle component has a long decay cycle and big amplitude dose to basic component. The long decay cycle will lead to transient beyond in distance protectionthe big

8、decay amplitude will lead to the misoperation of protection deviceIn the improved of distance protection，paper uses half of compensation methods in at both ends of the lineIn the simulation results，this method will make the values of measured impedance are purely resisitive basicly，and distance prot

9、ection device can function properlyKey words：AC UHV；RTDS；relay protection前 言為了提高輸電的經(jīng)濟(jì)性能，不斷滿足大容量、長(zhǎng)距離輸電的需求，電網(wǎng)的電壓等級(jí)不斷提高。自1891年世界第一條138kV輸電線路建成使用以來(lái)。逐步發(fā)展到高壓20、35、66、110，134、220、230 kV；上世紀(jì)50年代后迅速向超高壓330、345、380、400、500、735、750、765 kV發(fā)展；60年代末，開(kāi)始進(jìn)行1000、1100、1150、1500 kV電壓等級(jí)特高壓輸電工程 的可行性研究合特高壓輸電技術(shù)研究。盡管美國(guó)迄今尚未在

10、工程中采用特高壓輸電技術(shù)，但其研究和試驗(yàn)是非常完善的。美國(guó)特高壓研究包括兩個(gè)電壓水平。通過(guò)這一系列研究和試驗(yàn)，證明了交流特高壓輸電技術(shù)的可行性。日本決定采用百萬(wàn)伏級(jí)特高壓輸電技術(shù)，主要是從解決線路走廊緊張、電網(wǎng)的穩(wěn)定性和短路電流超限等角度考慮的。為了確定特高壓交流輸電電壓等級(jí)，日本對(duì)最高運(yùn)行電壓800、1100、1200、1500 kV四種方案，日本得出的主要結(jié)論是：800 kV線路輸送能力較低，單位傳輸功率成本高，從經(jīng)濟(jì)、環(huán)境以及占用土地幾個(gè)方面考慮都不適合日本的情況；1500 kV線路雖然需要的回路數(shù)少，輸送容量大，但在輸電線路設(shè)計(jì)、設(shè)備制造等方面存在難以預(yù)料的困難。我國(guó)在2005年4月，

11、明確了我國(guó)交流特高壓標(biāo)稱為1000kV。設(shè)備最高電壓為1100kV：特高壓直流額定電壓為±800kV。我國(guó)早在20年前便立項(xiàng)研究交流特高壓輸電技術(shù)。截至2006年底，國(guó)家電網(wǎng)公司對(duì)有關(guān)交、直流特高壓輸電技術(shù)的重大問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，并組織開(kāi)展了特高壓電網(wǎng)規(guī)劃與論證，完成了國(guó)家電網(wǎng)特高壓骨干網(wǎng)架總體規(guī)劃設(shè)計(jì)和特高壓輸變電工程可行性研究工作； 國(guó)家確定晉東南荊門輸電線路為交流特高壓試驗(yàn)示范工程的優(yōu)選方案，其主要原因是因?yàn)樵摴こ桃匀A東和華中兩人電網(wǎng)作為支撐，功率調(diào)節(jié)靈活，安全性好，適應(yīng)性強(qiáng)，可以全面考核設(shè)備，驗(yàn)證性能，有利于推進(jìn)電力技術(shù)自主創(chuàng)新，是試驗(yàn)示范工程的理想方案。截至目前，國(guó)家電網(wǎng)

12、公司已經(jīng)完成該工程的可行性研究；使我國(guó)電力工業(yè)在多個(gè)方面實(shí)現(xiàn)了突破。本文主要通過(guò)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器RTDS仿真研究了特高壓交流輸電線路在故障暫態(tài)過(guò)程、空載合閘、高阻接地等條件下相關(guān)電氣量的特點(diǎn)，即電容電流、高頻分量及非周期分量：運(yùn)用RTDS仿真軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真，得出仿真波形和結(jié)論。1 特高壓輸電技術(shù)及仿真軟件介紹1.1 我國(guó)選擇特高壓輸電的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)分析1.1.1 特高壓輸電的技術(shù)優(yōu)勢(shì)交流線路輸送的功率、線損和電壓的關(guān)系可用下面幾個(gè)公式來(lái)表達(dá)：輸送功率：= （1-1）導(dǎo)線電阻；R= /s （1-2）線損： = = （1-3）式中的U為線路電壓；，為線路長(zhǎng)度；R為導(dǎo)線電阻；為功率因

13、數(shù)。從 （1-1）、（1-3）式可看出：(1) 輸電電壓U提高后在I，不變時(shí)輸送功率P可增大。(2) 在有同樣的輸送功率時(shí)，由于輸電壓U的提高，線損將會(huì)減少，這樣將會(huì)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益(3) 由式（1-3）還可看出當(dāng)輸送輸率P及線損一定時(shí)。為提高輸電電壓，則輸電距離也增大，這為解決遠(yuǎn)距離電力輸送，提供了理論依據(jù)。(4) 輸電電壓越來(lái)越高的原因還在于以下三點(diǎn)：第一是對(duì)線路走廊的考慮。第二是對(duì)短路電流的考慮。第三是系統(tǒng)運(yùn)行可靠性、經(jīng)濟(jì)性的要求。 輸電線路輸送的功率與輸電電壓和電流的乘積成正比遠(yuǎn)距離輸電線路的輸電能力與輸電電壓平方成正比，與線路阻抗成反比。1.1.2 特高壓輸電的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)與超高壓輸電相比，

14、建設(shè)特高壓可以大量節(jié)省原材料，節(jié)省土地占用面積，減少輸電損耗，降低建設(shè)和運(yùn)行成本，從經(jīng)濟(jì)角度上講。特高壓輸電具有明顯的優(yōu)越性：節(jié)約設(shè)備成本；節(jié)約建設(shè)成本；節(jié)約輸電成本；提高輸電走廊利用率。1.2 我國(guó)特高壓電網(wǎng)建設(shè)存在的技術(shù)問(wèn)題由于世界上沒(méi)有任何一個(gè)國(guó)家建設(shè)1000 kV或更高的受端網(wǎng)架，包括前蘇聯(lián)和日本也只建設(shè)過(guò)單一輸電線路，而不是網(wǎng)架，所以我國(guó)在建設(shè)特高壓過(guò)程中面臨許多關(guān)鍵性的技術(shù)問(wèn)題。 (1) 特高壓網(wǎng)架的安全穩(wěn)定性問(wèn)題 (2) 高海拔、重污穢闖題 (3) 無(wú)功功率的補(bǔ)償問(wèn)題 (5) 特高壓直流輸電線路的絕緣配合設(shè)計(jì)問(wèn)題 (6) 生態(tài)環(huán)境問(wèn)題 (7) 關(guān)鍵設(shè)備的研發(fā)問(wèn)題 (8) 特高壓繼

15、電保護(hù)所面臨的新問(wèn)題綜上所述，我國(guó)對(duì)特高壓電網(wǎng)的研究雖然已有20多年的時(shí)間，但許多技術(shù)尚未成熟，沒(méi)有實(shí)際建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，因此必須在借鑒他國(guó)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，借助特高壓試驗(yàn)基地和現(xiàn)有的仿真技術(shù)。提前解決一些可以預(yù)料到的技術(shù)問(wèn)題。1.3 實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器RTDS簡(jiǎn)介RTDS是計(jì)算機(jī)并行處理技術(shù)和數(shù)字仿真技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，是一套專門用來(lái)對(duì)電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)過(guò)程進(jìn)行全數(shù)字模擬的計(jì)算機(jī)裝置其模擬電磁暫態(tài)過(guò)程的原理和算法與電磁暫態(tài)程序EMTDC相同，是EMTDC的實(shí)時(shí)化。仿真步長(zhǎng)為50100 us，頻率響應(yīng)精確到3000 Hz。1.3.1 RTDS的硬件RTDS硬件的基本單元稱為Rack，每個(gè)Rack主要由3種功能卡組

16、成，分別為：處理器卡TP，工作站接口卡WIC，層間通信卡IRC。每個(gè)Rack包含1塊WIC卡，1塊IR卡，18塊TPC卡或者12塊3PC卡?；蛘逿PC和3PC的組合，總數(shù)不能超過(guò)18塊。一個(gè)柜子可以裝l3個(gè)Rack每個(gè)Rack可以獨(dú)立使用。一套R(shí)TDS裝置可以包括幾個(gè)或幾十個(gè)Rack，不同的Rack相互連接可以組成較大規(guī)模的仿真器。Rack的數(shù)量決定了仿真系統(tǒng)的規(guī)模。以中國(guó)電力科學(xué)研究院引進(jìn)的RTDS系統(tǒng)為例(如圖1-1)，服務(wù)器和主機(jī)工作站用局域網(wǎng)(LAN)電纜通過(guò)網(wǎng)絡(luò)集線器(HUB)與各個(gè)Rack相連，每個(gè)Rack在局域網(wǎng)中有唯一的IP地址。局域網(wǎng)中的所有工作站都可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)方調(diào)用各個(gè)R

17、ack。信號(hào)放大器可以將仿真信號(hào)放大，然后輸入到被測(cè)試的裝置，進(jìn)行各種繼電保護(hù)試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)裝置的閉環(huán)測(cè)試；若只進(jìn)行仿真，則可以去掉信號(hào)放大器。 圖1-1 RIDS網(wǎng)絡(luò)接線圖1.3.2 RTDS軟件RTDS的軟件由3個(gè)不同的層次組成，分別為：高層次的圖形用戶界面、中層次的編譯器和低層次的WIC多任務(wù)操作系統(tǒng)。所有用戶與仿真裝置之間的聯(lián)系是通過(guò)圖形用戶界面PSCAD來(lái)完成的。PSCAD的PC機(jī)版稱作PSCADPSCAD的軟件模塊如圖1-2所示。 圖1-2 PSCAD軟件模塊圖文件管理(FILEMANAGER)模塊是PSCAD的上層文件，用戶可以通過(guò)它進(jìn)入圖形驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這個(gè)基于圖符文件的管理系統(tǒng)幫助用

18、戶維護(hù)大量的研究事件及許多與之相關(guān)的文件，所有其它PSCAD模塊都在文件管理模塊層中調(diào)用。繪圖程序(DRAFT)是用來(lái)編輯電力系統(tǒng)電路及輸入與之相關(guān)參數(shù)的預(yù)處理模塊，這樣用戶在描述所研究的系統(tǒng)時(shí)就不用生成數(shù)據(jù)文件而只需簡(jiǎn)單地繪圖就可以完成。T-LINE模塊是專門用來(lái)輸入輸電線路的軟件，它所接受的信息是輸電線的幾何尺寸及導(dǎo)線型號(hào)等輸電線參數(shù)。MULTI-PL和UNPLIT模塊可以將仿真中捕捉到的信號(hào)生成表格，繪制曲線，然后用于分析、評(píng)價(jià)并以報(bào)告的形式打印輸出。在MULT2PLOT模塊中傅立葉分析和諧波計(jì)算是功能較強(qiáng)的分析手段。TPC卡可以模擬大多數(shù)常規(guī)的電力系統(tǒng)元件，3PC卡與TPC卡兼容但性能

19、大幅度提高。3PC卡除補(bǔ)充、還完善了原有的元件模型。RTDS編譯器的作用是將用戶繪圖軟件(DRAFT)輸入的系統(tǒng)圖形及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為信號(hào)處理器所需要的并行處理代碼系統(tǒng)編譯后，會(huì)生成一個(gè)針對(duì)某一特定情況的表明每個(gè)處理器作用的用戶可讀文件(map文件)，這個(gè)文件還同時(shí)指定了用戶用來(lái)與實(shí)際鍘量電路、保護(hù)裝置及控制設(shè)備相連接的I0口。1.3.3 RTDS的功能與應(yīng)用領(lǐng)域與物理動(dòng)模試驗(yàn)相比，RTDS仿真裝置具有非常好的靈活性和準(zhǔn)確性，是一個(gè)全數(shù)字化的電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)(EMTP)模擬裝置。它是一種取代暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析儀和模擬式或數(shù)模混合式模擬裝置的經(jīng)濟(jì)而高效的方案。(1)輸電線路故障測(cè)距的研究(2)固定串補(bǔ)(FS

20、C)與可控串補(bǔ)(TCSC)中的仿真研究(3)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)研究(4)同期裝置及各種繼電保護(hù)裝置實(shí)驗(yàn)(5)HVDC系統(tǒng)特性及其控制模型研究2 特高壓交流輸電線路電氣特性仿真分析目前，對(duì)電力系統(tǒng)的仿真手段主要包括物理模擬和數(shù)字仿真。模擬仿真更接近實(shí)際的電力系統(tǒng)，但它耗費(fèi)及占地面積大，接線復(fù)雜，且一旦成型元件參數(shù)不可改變，調(diào)整運(yùn)行方式困難。數(shù)字仿真可克服模擬仿真的這些缺點(diǎn)，在眾多數(shù)字仿真設(shè)備中，實(shí)時(shí)數(shù)字仿真系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱RTDS)以其優(yōu)越的性能廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)設(shè)備的閉環(huán)測(cè)試中。本章以特高壓試驗(yàn)示范工程的試驗(yàn)線路為基礎(chǔ)，分析其電氣特性，并利用RTDS進(jìn)行仿真分析。2.1 特高壓交流輸電線路電氣特性仿真國(guó)

21、家電網(wǎng)公司晉東南至荊門特高壓交流試驗(yàn)示范工程起始于山西常治，經(jīng)河南南陽(yáng)，南至湖北荊門，跨越黃河、漢江兩大河流，全長(zhǎng)653.8 km，系統(tǒng)額定電壓1000 kV，最高運(yùn)行電壓1100 kV，自然輸送功率500萬(wàn)kW。其系統(tǒng)等值線路如圖2-1所示。圖2-1交流特高壓試驗(yàn)示范工程等位系統(tǒng)圍輸電線路的基本參數(shù)是電阻(R)、電抗(X)、電納(B)，電導(dǎo)(G)它們決定了輸電線路和電網(wǎng)的特性對(duì)于超高壓、特高壓輸電線路來(lái)說(shuō)，電阻主要影響線路的功率損耗；電導(dǎo)代表絕緣子的泄漏電阻和電暈損失，也要影響功率損耗：電感決定電網(wǎng)潮流，即有功和無(wú)功的分布，影響輸電線路的電壓降落和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性能；分布電容產(chǎn)生的電容電流不

22、僅影響輸電線路的電壓壓降。而且也影響輸電效率和電力系統(tǒng)的有功和無(wú)功分布。(1) 單位長(zhǎng)度的線路參數(shù)計(jì)算特高壓輸電線路與其他輸電線路一樣，在進(jìn)行電力系統(tǒng)分析時(shí)，用串連的電阻R和電抗X。以及并聯(lián)的電納B和電導(dǎo)G進(jìn)行模擬。線路阻抗Z=R+X，線路導(dǎo)納Y=G+B。由于三相對(duì)稱，通常用輸電線路的相參數(shù)來(lái)描述輸電線路的電壓、電流等之間的關(guān)系。在電力系統(tǒng)分析時(shí)，本文采用形網(wǎng)絡(luò)，代表整個(gè)輸電線的阻抗和導(dǎo)納及其電壓和電流關(guān)系。II形網(wǎng)絡(luò)電路如圖2-2所示。圖2-2輸電線路的II形等值電路電感的大小由導(dǎo)線本身的幾何尺寸和結(jié)構(gòu)、導(dǎo)線間的距離和空間的磁導(dǎo)率決定其每km電線對(duì)稱分裂導(dǎo)線的電抗為： =6.28×

23、 （2-1） 其中GD為相間幾何平均距， 為三相輸電線距離：N分裂導(dǎo)線的子導(dǎo)線數(shù)；A 分裂導(dǎo)線的圓周半徑；GR導(dǎo)線的幾何平均半徑。輸電線對(duì)稱分裂導(dǎo)線每km的電納Bo為： =（1.744×） （2-2）式中：r導(dǎo)線半徑輸電線沒(méi)km的電阻為： （2-3）每km子導(dǎo)線的電阻，km；導(dǎo)線材料的電阻率，km；S導(dǎo)線的額定截面，； (2) 特高壓與超高壓線路參數(shù)比較根據(jù)式(2-1)、(2-2)、(2-3)可知，超高壓，特高壓輸電線路的電抗、電納和電阻由子導(dǎo)線數(shù)、子導(dǎo)線半徑、分裂導(dǎo)線直徑和相間導(dǎo)線距離決定。對(duì)于同一電壓等級(jí)的各種超高壓、特高壓輸電線路來(lái)說(shuō)，單位長(zhǎng)度的電抗、容抗和電阻會(huì)有一定差別。表

24、2-1列出的是特高壓輸電線路與超高壓線路的典型電阻、電抗和電納有名值和折算到500 kV的標(biāo)么值。表2-1特高壓和超高壓輸電線單位長(zhǎng)度的電阻、電抗和電納值參數(shù)500kV765 kV1100 kV 1500kV 分裂導(dǎo)線（mm）4×3004×6858×90012×685子導(dǎo)線間距（cm）4264.8106.9128.0相間距離（m） 1313.922.023.8（km）0.026250.011990.0052610.004192（km）0.2840.2780.24350.2433（Skm）3.910×4.119×4.650×4

25、.654×（pukm）1.05×0.205×0.043×0.019×（pukm）1.136×0.47×50.201×0.108×（pukm）9.775×24.105×56.268×104.725×注：、以500Kv、100MVA為基值的標(biāo)么值。以500 kV輸電線路為基值的特高壓輸電線路的 , 和 與超高壓輸電線路的比較。如圖2-3所示從表2-l和圖2-3可以看出，隨著線路額定電壓的升高，和迅速減少，而卻快速增加。圖 2-3特高壓線路基本電氣參數(shù)與超高壓線路的比較(

26、3) 1000 kV系統(tǒng)電氣量特性分析與常規(guī)電壓和超高壓輸電線路相比，特高壓輸電線路有著明顯的特點(diǎn)：?jiǎn)挝浑娮枧c單位電感的比值明顯偏??；單位長(zhǎng)度的分布電容明顯偏大表2-2為各電壓等級(jí)輸電線路單位長(zhǎng)度的分布電容值，表2-3為各電壓等級(jí)輸電線路單位電阻電抗比。表2-2單位長(zhǎng)度分布電容值電壓等級(jí)（kV）2203305007501000正序電容（）0.861.1131.231.3671.397零序電容（）0.6050.7630.840.930.9296表2-3單位電阻電抗比電壓等級(jí)（kV）2205007501000XR33.510132035綜合分析1000 kV系統(tǒng)特性，其與常規(guī)電壓等級(jí)相比較，出現(xiàn)或

27、可能出現(xiàn)以下幾個(gè)電氣量特性：1）較大的分布電容必然產(chǎn)生很大的電容電流，導(dǎo)致系統(tǒng)容性無(wú)功功率遠(yuǎn)大于系統(tǒng)的感性無(wú)功功率。2）短路過(guò)程中分布電容產(chǎn)生的高頻分量可能距離工頻很近，且幅值接近于基頻，使得各種繼電保護(hù)裝置的整定值失效。3）由于電抗與電阻的比值偏大，短路過(guò)程中非周期分量衰減常數(shù)必然較大，這將影響距離保護(hù)的保護(hù)算法而導(dǎo)致暫態(tài)超越。4）故障尤其是高阻接地時(shí)故障分量可能比較小，使得各種繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)拒動(dòng)現(xiàn)象。2.2 電容電流的仿真與理論分析利用RTDS仿真器建立圖2-1所示仿真模型，其線路參數(shù)和高抗參數(shù)分別如表2-4與表2-5所示其他參數(shù)分別見(jiàn)附錄1至附錄4。表2-4 線路參數(shù)項(xiàng)目晉東南南陽(yáng)南陽(yáng)

28、荊門導(dǎo)線型號(hào)8×LGJ500358×LGJ50035額定工作電壓1001000最高工作電壓11001100線路長(zhǎng)度350363282291 以下參數(shù)源自2005年11月12日電科院系統(tǒng)高抗配置方案的研究報(bào)告正序電阻R1（km）0.007580.00801正序電抗X1（km）0.263650.2631零序電阻R0（km）0.154210.1563零序電抗X0（km）0.83060.7821正序電容C1（km）0.0139700.013830零序電容C0（km）0.0092960.008955表2-5 高抗參數(shù)項(xiàng)目晉東南南陽(yáng)南陽(yáng)荊門晉東南側(cè)南陽(yáng)側(cè)南陽(yáng)側(cè)荊門側(cè)額定容量（三相Mva

29、r）960720720600額定電抗（）1260168016802016額定電壓（kV）1100110011001100TA變化20001200012000120001飽和特性 在0140額定電壓時(shí)，電抗器伏安特性為線形。在磁化特性曲線上，對(duì)應(yīng)于1.4倍和1.7倍額定電壓的連線平均斜率不得小于非飽和區(qū)域磁化曲線斜率的501000 kV系統(tǒng)的輸電線路，由于采用了多根分裂導(dǎo)線，線路感抗減小，而分布電容增大(表2-6為分裂導(dǎo)線對(duì)感抗和容抗的影響)，產(chǎn)生的電容電流比500kV和750kV更大高壓長(zhǎng)線的分布電容導(dǎo)致對(duì)地電容的增加，這是一個(gè)基本的電氣現(xiàn)象，在一般的高壓線路上，這個(gè)問(wèn)題并不嚴(yán)重，但是隨著電壓

30、等級(jí)的增高，單位長(zhǎng)度的分布電容相應(yīng)的增大，電容電流就明顯增大，表2-7列出了各電壓等級(jí)下每百公里的容抗和分布電容電流(有效值)。表2-6 導(dǎo)線分裂對(duì)感抗與容抗的影響子導(dǎo)線數(shù)總面積（）分裂間距（cm）分裂導(dǎo)線直徑（cm）（km） （kV）（km）（kV）125150.5561.000.18881.002254445450.4330.780.14960.793262545520.3900.700.13560.724254445650.3570.640.12520.6652392920.3190.570.11140.59824001020.2580.470.10560.561225391270.21

31、50.390.0960.51注：相間距離GD=14m表2-7 各電壓等級(jí)線路容抗和電容電流值(100kU)線路電壓（kV）正序容抗（）正序容抗（）電容電流有效值（A）220370052603433028604170665002590379011175023283422186100022783425253根據(jù)晉東南南陽(yáng)荊州1000 kV交流特高壓電流示范工程(如圖2-4)的線路參數(shù)計(jì)算分析，當(dāng)線路的并聯(lián)電抗器不投入運(yùn)行的時(shí)候，波阻抗為242.5 ，每百公里的充電功率為533 MVA，自然功率為4546 MW，傳送自然功率時(shí)候的每相負(fù)荷電流為2500A，而每百公里的電容電流為253 A，363km

32、線路為919A，達(dá)到額定負(fù)荷電流的37%左右。若不對(duì)線路的分布電容進(jìn)行感性補(bǔ)償，則電容電流的值將非常大，圖2-4為沒(méi)有補(bǔ)償?shù)臅x東南南陽(yáng)線路的電容電路仿真電流圖，其峰值達(dá)到1300A，此時(shí)的電網(wǎng)及其不安全、不穩(wěn)定，對(duì)設(shè)備造成比較人的危害。圖2-4 晉南線未補(bǔ)償時(shí)的電容電流仿真在特高壓線路上。高補(bǔ)償度的并聯(lián)電抗器的接入將大大削弱了線路分布電容的作用。仍以晉東南南陽(yáng)荊州線路為例，線路兩端和中部均架設(shè)并聯(lián)高抗后(83.5%)，線路的穩(wěn)態(tài)電容電流值大大下降，其峰值僅為95 A左右，如果圖2-5所示。圖2-5 晉南線補(bǔ)償后電容電流仿真圖2.3 高頻分量的仿真與理論分析高壓電力系統(tǒng)的故障都會(huì)產(chǎn)生從工頻到高頻

33、的故障分量，有效提取與應(yīng)用其中與故障相關(guān)的各種信息，是提高現(xiàn)有繼電保護(hù)性能的出發(fā)點(diǎn)之一。由于特高壓線路的分布電容比較大，在故障、空載合閘、區(qū)外故障切除和重合閘等暫態(tài)過(guò)程中，由其引起的暫態(tài)電流中含有相當(dāng)?shù)母哳l分量仿真中在距離保護(hù)300 m處設(shè)置故障，分別對(duì)某500 kV線路和750 kV線路和1000 kV進(jìn)行暫態(tài)電流頻譜分析(如圖2-6、2-7)。 圖2-6(a) 500 kV系統(tǒng)故障電流頻譜圖圖2-6(b) 750 kV系統(tǒng)故障電流頻譜圖對(duì)于特高壓線路，故障電流中除有一很大的衰減直流分量外，還存在非整次高頻分量，其大小與短路發(fā)生時(shí)刻有關(guān)，而頻率(250 Hz左右)比超高壓系統(tǒng)產(chǎn)生的高頻分量更

34、加接近工頻圖2-7為示范工程晉東南南陽(yáng)線路在南陽(yáng)側(cè)發(fā)生單相接地故障的時(shí)候晉東南側(cè)測(cè)量到的故障相電流頻譜圖(故障后2個(gè)周波)以及最小運(yùn)行方式下晉側(cè)故障電流高頻分量頻譜隨著故障點(diǎn)的變化圖。仿真分析表明；該非整次高頻分量的頻率是隨短路點(diǎn)變化的，短路點(diǎn)距離保護(hù)越遠(yuǎn)。該頻率越接近工頻。圖2-7(a) 1000kV時(shí)系統(tǒng)故障電流頻譜圖 圖2-7(b) 高頻頻率隨短路點(diǎn)變化圖2.4 非周期分量的仿真分析在故障和操作后，為了維持線路上的電感元件上的電氣量不突變，產(chǎn)生了衰減的非周期分量。具體來(lái)說(shuō)。特高壓線路上的非周期分量分為兩類：一是輸電線路自身電感產(chǎn)生的非周期分量，稱為基本非周期分量；一是并聯(lián)電抗器產(chǎn)生的附加

35、非周期分量以三相故障為例，二者的流通圖如圖2-8所示。圖2-8 非周期分量流通圖設(shè)電源電動(dòng)勢(shì)為，短路后并聯(lián)電抗器端電壓下降為，對(duì)于和的相關(guān)討論見(jiàn)表2-8。表2-8 非周期分量的特點(diǎn)參數(shù)幅值衰減時(shí)間常數(shù)大小為零，最大（+)最大，為零由于并聯(lián)高抗的數(shù)值較大，所以附加非周期分量的衰減時(shí)間常數(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較大，但是從附加非周期分量的幅值上看，由于較大，其幅值相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較小的。對(duì)于基本非周期分量，表2-8中列出的是只考慮線路本身電阻電抗的衰減時(shí)間常數(shù)。當(dāng)故障發(fā)生在發(fā)電機(jī)出口的時(shí)候，其衰減時(shí)間將會(huì)變得更長(zhǎng)。與常規(guī)電壓等級(jí)線路以及500 kV、750 kV線路相比(如表2-9)，值將會(huì)相對(duì)增大，所以一般來(lái)說(shuō)

36、，1000 kV系統(tǒng)中的暫態(tài)非周期分量的衰減時(shí)問(wèn)比較長(zhǎng)。表 2-9各電壓等級(jí)衰減時(shí)間常數(shù)電壓等級(jí)衰減時(shí)間常數(shù)220kV33.516ms500 kV101340 ms750 kV2065 ms1000 kV35100 ms圖2-9為示范工程RTDS仿真中距離晉東南保護(hù)63km處單相接地故障時(shí)晉東南側(cè)暫態(tài)電流圖以及頻譜圖(兩個(gè)周波)，可以看出此時(shí)衰減時(shí)間常數(shù)便已經(jīng)達(dá)到了110 ms左右，并且大小還要大于基頻分量。通過(guò)理論分析和仿真驗(yàn)證，由于特高壓線路的并聯(lián)電抗器電抗值較大，附加非周期分量在暫態(tài)電流中所占的比例遠(yuǎn)小于基本非周期分量，所以一般來(lái)說(shuō)，對(duì)非周期分量的研究可以集中于基本非周期分量上。 時(shí)間s

37、圖2-9(a) 晉側(cè)暫態(tài)電流波形圖圖2-9(b) 晉側(cè)暫態(tài)電流Ia頻譜圖 2.5 故障工況與存在的問(wèn)題利用RTDS建立如圖2-10所示模型。南陽(yáng)右側(cè)處K4點(diǎn)A相接地短路，仿真設(shè)置為：故障時(shí)間為0.60666s，故障持續(xù)時(shí)間為0.11s，對(duì)于南陽(yáng)右側(cè)單相接地短路，斷路器CB3、CB4故障后0.07s(0.67666s)動(dòng)作，CB3故障后1s(1.60666s)重合，CB4故障后1.05 s(1.67666s)重合。 圖2-10 RTDS 仿真模型華北電網(wǎng)等值電源設(shè)置：發(fā)電機(jī)容量700 MVA，正序阻抗為2592857，華中電網(wǎng)等值電源設(shè)置：3500MVA，正序阻抗51.857。變壓器T1設(shè)置：容

38、量700 MVA，變比11001100，正序漏電抗標(biāo)幺值是0.15：T2設(shè)置：容量3500 MVA，變比11001100。斷路器的合閘電阻是600，旁路合閘電阻時(shí)間是0.01 s測(cè)量數(shù)值為晉東南處和南陽(yáng)左側(cè)的電壓、電流。 在線路內(nèi)外各短路點(diǎn)模擬了單相三相接地短路，得出了相應(yīng)的各處電流電壓暫態(tài)波形。對(duì)各電流電壓暫態(tài)波形進(jìn)行觀察與分析后，發(fā)現(xiàn)存在問(wèn)題的故障工況是當(dāng)K4點(diǎn)發(fā)生K(1)K(3)接地短路后，接著CB3CB4跳閘此時(shí)，晉西南至南陽(yáng)363kM線路的過(guò)電壓值及差動(dòng)保護(hù)的差動(dòng)電流都嚴(yán)重越限。仿真圖形如下：(1) A相故障A相跳閘重合閘圖2-11 分布參數(shù)模型首端東南A相電壓/kV圖2-12 分布

39、參數(shù)模型首端東南A相電流/kA圖2-13晉東南與南陽(yáng)左側(cè)A相電流和(差流)/kA(2) A相故障三相跳閘重合閘圖2-14分布參數(shù)模型首端晉東南A相電壓/kV圖2-15分布參數(shù)模型首端晉東南A相電壓/kV 圖2-16晉東南與南陽(yáng)左側(cè)A相電流和(差流)KA(3) 三相故障三相跳閘圖2-17分布參數(shù)模型首端晉東南A相電壓/kV圖2-18分布參數(shù)模型首端晉東南A相電壓/kV 圖2-19 晉東南與南陽(yáng)左側(cè)A相電流和(差流)kA3 仿真結(jié)果與討論仿真結(jié)果分析如下：(1) 對(duì)363KM的晉一南線來(lái)說(shuō)，若晉西南側(cè)處于特殊小的運(yùn)行方式(即一臺(tái)700 MVA電機(jī))，同時(shí)在南陽(yáng)側(cè)外部故障切除后，將產(chǎn)生嚴(yán)重過(guò)電壓(超

40、過(guò)1.7 p.u.)并產(chǎn)生很大的自激振蕩電流，一般電流差動(dòng)將誤動(dòng)。(2) 上述情況以三相短路三相跳閘為最嚴(yán)重，但單相短路單相跳閘及單相短路三相跳閘時(shí)上述情況同樣存在。(3) 上述情況與系統(tǒng)運(yùn)行方式有關(guān)。以最小運(yùn)行方式時(shí)最為嚴(yán)重，最大運(yùn)行方式時(shí)不太嚴(yán)重。(4) 南京特高壓會(huì)議曾決定當(dāng)CB2三跳時(shí)聯(lián)跳CBl，但仿真看出，CB3三跳時(shí)也要聯(lián)跳CBl。即使是在291KM線路上單跳單重，晉一南線過(guò)電壓時(shí)間也超過(guò)允許值數(shù)許多，也要求聯(lián)跳CBI。如上述。在654KM線路上任何地點(diǎn)故障，CB1，CB2，CB3，CB4，都要同時(shí)跳閘。CB2，CB3存在意義不大。結(jié)束語(yǔ)發(fā)展特高壓電網(wǎng)時(shí)解決能源資源與生產(chǎn)力布局不均

41、衡問(wèn)題的有效措施，也是優(yōu)化我國(guó)電力發(fā)展方式的必然要求當(dāng)前，我國(guó)電網(wǎng)骨干網(wǎng)架以500 kV交直流系統(tǒng)為主，較大幅度增加電力輸送能力和規(guī)模受到嚴(yán)重制約，為實(shí)現(xiàn)“西電東送、南北互供、全國(guó)聯(lián)網(wǎng)”的戰(zhàn)略目標(biāo)，急需加快建設(shè)電壓等級(jí)更高網(wǎng)架結(jié)構(gòu)更強(qiáng)、資源配置規(guī)模更大的以特高壓交直流系統(tǒng)為核心的特高壓骨干電網(wǎng)，這對(duì)于適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)電力工業(yè)的要求，促進(jìn)電力產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)和可持續(xù)發(fā)展，提高輸電走廊利用率，解決電網(wǎng)短路電流水平等具有決定意義。本文具體完成以下工作：(1)本文完成了常規(guī)電壓、超高壓以及特高壓輸電線路特點(diǎn)的比較。理論分析了特高壓輸電線路的電氣特性，指出特高壓輸電線路的單位電阻與電位電感的比值明顯偏小，

42、且單位長(zhǎng)度的分布電容明顯偏大(2)本文利用RTDS仿真研究了特高壓交流輸電線路在故障暫態(tài)過(guò)程、空載合閘、高阻接地等條件下相關(guān)電氣量的特點(diǎn)。即電容電流、高頻分量及非周期分量；并與課題組成員共同提出了特高壓輸電線路在單相三相接地短路時(shí)的5個(gè)特殊問(wèn)題。(3)利用仿真結(jié)果，本文完成了特高壓交流輸電線路所面臨繼電保護(hù)問(wèn)題，即電容電流、高頻分量及非周期分量對(duì)綴聯(lián)差動(dòng)保護(hù)與距離保護(hù)影響由于本人時(shí)間及能力有限，本文還存在以下方面的不足：本文研究的僅僅是特高壓輸電線路的電氣特性，并未對(duì)變壓器，電抗器等電力設(shè)備進(jìn)行研究，而且在仿真中僅將它們模型化，因此本文缺乏系統(tǒng)整體性的研究。參考文獻(xiàn)1 漆振使中外電力工業(yè)發(fā)展概況武漢：湖北中試所技術(shù)報(bào)告，19872 劉振亞主編特高壓輸電知識(shí)目簪北京:中國(guó)電力出版社，20063 張悅中淺談我國(guó)高壓直流輸電和特高壓輸電內(nèi)蒙古石油化工，2006。32(5)：90-924 鄭鍵超關(guān)于我國(guó)交流輸電更高一級(jí)電壓選擇電網(wǎng)技術(shù)。1995，19(1)：3-85 傅霞飛建設(shè)特高壓輸電的技術(shù)研究高電壓技術(shù)，2005，29(2)：16-186 張文亮，吳維寧，胡毅特高壓輸電技術(shù)的研究與我國(guó)電網(wǎng)的發(fā)展高電壓技術(shù)，2003，29(9)7 蒙定中特高壓電網(wǎng)質(zhì)疑中國(guó)投資,2005，12：97-1008 萬(wàn)保權(quán)，鄔雄，路遙等交流