高压直流输电线路的非对称设计.pdf
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1、中国新技术新产品2024 NO.1(上)-65-工 业 技 术高压直流输电线路非对称设计是为了满足系统运行要求,通过考虑线路参数、线路结构和输电设备等方面的非对称性,提高线路的输电能力和可靠性。设计高压直流输电线路时,需要考虑线路的参数非对称性,如线路电阻、电抗和电容等的差异。合理的设计可以降低线路阻抗的非对称性,提高线路的输电能力。还需要考虑输电设备的非对称性,如换流变压器和换流器组等。合理的设计可以降低输电设备的非对称性,提高输电系统的稳定性和可靠性1-2。1 高压直流输电线路设计限制条件从可接受的对称 HVDC 架空线路设计和工作电压开始,最大负电压增加即保持正梯度恒定,可以通过如下方面
2、进行确定。1)基于对异常闪络的考虑,为负导体梯度设置任意限制。2)地面电场感知。3)绝缘和间隙问题。限制条件取决于基本情况下的电压、配置和导体尺寸。由于直流绝缘在很大程度上取决于耐污染强度3-5,因此由中等程度的不对称性导致的雷电性能变化对设计影响较小。根据不同的应用,同轴电缆可设计为不同的阻抗、不同的材料和带宽,其特性阻抗(Z0)通过公式(1)近似得到。ZRRRRr021211260?lnln (1)式中:和 分别是介电磁导率和介电常数;R2是外电极半径;R1是中心半径。在公式(1)中,同轴电缆电极半径的变化决定其特性阻抗。由于大多数局部放电测量实验台是通过平板连接到数据采集系统的,因此,应
3、用同轴热释光法测量局部放电脉冲有一定难度。在该情况下,如果将同轴输电线路(TL)的中心电极视为平地电极,那么局部放电实验台的 TL 尺寸将显著大于连接电缆的尺寸,并提供了终端问题解决方法。本文推荐了一种替代方法,在局部放电测量装置的底部增加一个圆锥形 TL,以便为接地电极提供更大的接地面积,并为测量电缆提供更好的终端。此外,在本文设计中,高压代表激励点,R 是限流电阻,CC 是耦合电容,TO 是局部放电源。锥形 TL 的特性阻抗计算如公式(2)所示。Zr021601212?lntantan(2)式中:1和 2分别是 TL 的中心和外电极角度。高压直流输电过程中换流器消耗的无功功率如公式(3)、
4、公式(4)所示。Qdc=Ptan(3)tansincossinsin?18022(4)式中:P 为换流器直流侧功率,MW;为换流器的功率因数角;为换相角;为整流器触发角。当换流器以逆变方式运行时,公式(4)中的 用 代替,为逆变侧关断角。2 高压直流输电线路构建导体梯度极限增益如图1所示。不对称优势的第一个近似值可以通过图 1 的简单、恒定高度双极配置来证明,其中+/-200kV 的平衡直流电压(横坐标上的左、右点)导致出现大约 20kV/cm 的导体表面梯度。地面水平电场和 AN 水平非常低。在该横坐标值处,负电压可以增加。降低正电压以保持恒定的正梯度。在负梯度达到 27kV/cm 前,V可
5、以增至大约 294kV,该情况下需要设置极限值。由于正电压调整,AN保持不变,并在平衡电压P下比功率的额定功率增约 22%。假设原始平衡电压增加,在横坐标上向右移动,则起点AN 增加,并且根据上述规则,负电压的百分比增加较小,功率增加也遵循此规则。假设原始平衡电压在两极(横坐标上最右边的点)产生等于本文最大设定值(27kV/cm)的起始点梯度时,负电压不再增加。如果图 1 增加极间距和负导体高度以适应更高的负电压,进而可实现更高的总电压,暂时忽略地面场感知可能施加的任何限制,因此,图 1 中的增益是保守的。假设正极在顶部进行垂直配置且正极在底部具有更大优势,则会产生类似的电压优势。使用如图 2
6、 所示的三导体束并仅将最大导体梯度作为约束来重复图 1 的水平情况,则可以维持较高电压,但在该例中,地面电场感知效果会减弱。感知水平 s 是输电线路工作站建议的等级,其中等级 1是“刚刚可感知的”,2 是“绝对可感知的”,3 是“超出感知极限”。在该情况下,感知可能会成为不对称性的限制,并取决于起点电压。类似图 2 的结果也适用于垂直阵列。将s 作为假定的感知指数,或地面电场 E、离子电流密度 J 这2 个影响感知的因素进行计算较复杂,一般通过相关专业软件来实现。虽然模型的结果并不总是一致的,并且取决于配置,但一份研究结果显示,负极的 E 和 J 都大于正极,感知s 可能比图 2 和图 4 所
7、示的更严重,其中 s 被描述为极限。上述基本两极情况可以扩展到分裂双极和三极阵列,这高压直流输电线路的非对称设计高森(国网江苏省电力有限公司扬州供电分公司,江苏 扬州 225000)摘 要:高压直流输电线路的非对称设计是一个综合性工作,需要考虑线路的电气参数、结构参数和运行状态等方面的非对称性,通过分析、优化和调整高压直流输电线路各参数,以减少非对称性的影响,保障线路的安全稳定运行。本文研究了高压直流输电线路设计的限制条件和高压直流线路的构建,并通过试验进行了验证。结果表明,通过不对称性增加输电塔 MW 额定值的增量成本比新建工程的每 MW 公里成本低一个数量级,在主要关注地场效应的情况下,不
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