特高压直流线路导线优化与工程应用技术方案研究
赵永强
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赵永强,. 特高压直流线路导线优化与工程应用技术方案研究[J]. 中国电气工程,2021.9. DOI:10.12721/ccn.2021.157083.
摘要:
导线的选择是特高压输电技术的重要课题,它对线路的输送容量、电能损耗、传输特性、电磁环境、技术经济指标都有很大的影响。特高压直流输电线路由于电压等级高和输送距离远,要穿越大量的山地、丘陵,甚至海洋和湖泊等复杂环境。因此,输电线路容易受到自然环境因素干扰,如雷击、滑坡以及雪灾,进而导致较高的故障发生率。这不仅严重影响直流输电系统的安全稳定运行,而且如果线路为交直混联系统,那么在直流线路闭锁后,大容量功率将瞬间转移到与之并行的交流通道,导致发电机群功角失稳与局部电网电压骤降引起闭锁,同时大容量直流潮流将转移到并列的交流通道,造成交流线路过载,最终两侧系统发生功角失稳,严重威胁电力系统的安全和稳定运行。
关键词: 特高压直流线路导线优化应用技术
DOI:10.12721/ccn.2021.157083
基金资助:

引言

针对直流特高压线路进行性能优化,强化其雷电干扰信号暂态识别,能够减少输电系统误动作率,最大限度保障电力系统安全稳定运行。直流线路可通过故障重启功能排除故障,恢复常规运行,无需进行直流系统闭锁来排除故障。故针对直流特高压线路进行性能优化,强化其雷电干扰信号暂态识别,能够减少输电系统误动作率,有效缩减直流输电系统为排除故障多次进行闭锁的能源损耗,在维护电力系统安全稳定运行中起到完善特高压直流输电线路的作用。

1 特高压直流输电线路保护现状分析

1.1微分欠压保护。

微分欠压保护作为直流输电线路的主要保护措施,其主要原理是对电压微分数值进行检测,并针对电压的幅值水平进行监测来达到保护目的,通常与行波保护共同使用。其虽和行波暂态量保护具有类似的缺陷,如灵敏度弱、耐过渡电阻能力差、整定依据依赖仿真等,但其具有动作速度慢、灵敏度可靠性与行波保护比更佳的优点。

1.2纵联电流差动保护。

纵联电流差动保护的主要原理是通过对多端电气量进行利用,具有选择性高的特性。但该方法在运作时利用了电路两端的加和与构造差动进行判据,并未将输电线路分布电容的影响纳入考虑范围。故纵联电流差动保护需要长延时确认,其在故障后投入的时间也比较晚。按照纵联电流差动保护的设计原则,其在输电线路中的主要功能是对高阻故障进行切断,属于直流输电线路的后备组成。

1.3低电压保护。

低电压保护是微分欠压与行波保护的后备保护,其主要工作原理是针对电压的幅值大小进行检测。在实际应用中少部分的直流电压输送工程并未配备低电压保护模块,有关低电压保护的相关研究文献数量也较少,研究主要集中在应用方向而缺少对机理的探讨。极控型和线路型是低电压保护的两种技术分类,线路低电压保护同极控低电压保护相比,具有更高的保护定值。上述两种低电压保护在对故障进行控制时运行机理是有差别的,极控低电压在保护动作后才会对故障级进行闭锁,故严格意义上来讲已不能归类于线路保护;线路低电压保护的线路重启程序在低电压保护动作后发生。低电压保护的原理较为简单,安装和使用便捷性也较强,但其缺乏整定依据,也难以对区内高阻故障与区外故障进行区分,其缺点是低选择性和动作速度慢。

2 高压线路测量技术技术

2.1像控点观测。

因特高压线路沿线远离居民区,移动信号未完全覆盖,无法使用当地的网络RTK,像控点测量宜采用自设基准站于流动站RTK方式进行。首先使用之前布设的D级GPS点作为起算数据进行参数转换,接着在未参与转换的D级点上进行检核,然后才能进行像控点观测。像控点施测的平面位置中误差应符合规范要求。

2.2定线测量。

特高压线路基本都是远离居民区,处在高山或者密林之中,通视情况不好,定线测量宜采用RTK或全站仪配合RTK。采用RTK进行定线测量时按照路径选线时候所得到的转角坐标,前后之间的转角坐标建立一个耐张段,再根据设计人员给定的排杆档距来确定直线桩。直线桩放样精度应符合测量规范要求。当碰到一些植被比较茂盛的地方又不允许大面积砍树,可以采用全站仪配合进行定线,可以采用打三角的方法或者角度距离法,根据桩位间的方位角及距离来确定出桩位,测量精度按照对应的规范要求执行。

2.3像片调绘。

外业调绘应根据地物的重要程度、分布密度、成图比例尺大小等因素进行综合制图。采用野外实地调查法对10kV以上等级的电力线要按实际位置标注出来;高速公路,国道,居民地,采石场等特殊地形地物要单独标绘范围。如遇炸药库,有关军事设施则需要进行特殊处理,以达到军事保密。架空线路调绘范围和内容主要包括:(1)沿线走廊200m范围内的集镇、村庄名。f2)线路经过的等级公路和铁路等均应该标注公路铁路名称、等级、通向、跨越里程;对于交叉跨越的江河也要标出相应的名称和流向。f31线路的沿线走廊100m范围内的森林、经济林、农作物等在像片上标出范围及密度。(4)对于交叉跨越所涉及的一些通讯线、地下电缆、架空电缆都需要在像片上标注位置。

3 特高压直流线路导线优化措施

3.1 直流特高压线路继电保护方案。

特高压直流输电线路由于工作环境的影响会产生复杂的类型,由上文可以发现直流特高压输电线路上容易产生雷电故障和雷电干扰情况,直流线路区域内存在极间故障与单极接地故障,直流线路区域之外产生的故障,包括交流系统短路故障与换流站故障。

3.2识别特高压直流输电线路上产生的故障区域。

通过对保护安装处电压信号与电流突变量所具有的相位差异区别,识别特高压直流输电线路上产生的故障区域。当直流特高压输电系统发生直流线路的区内故障时,整流、逆变侧保护安装处检测到的电压和电流突变量的极性相反;当发生直流线路的区外故障时,离故障点较近的一侧电压和电流突变量的极性相同,离故障点较远的一侧电压和电流突变量的极性相反。

3.3识别存在于直流特高压输电线路上的雷电暂态信号。

识别存在于直流特高压输电线路上的雷电暂态信号,保障信号传输的可靠性。需要识别的信号包括雷电传输产生的故障信号和干扰信号,以及线路发生短路时的故障信号。特高压直流输电线路在受到雷击时会产生暂态信号高频分量,容易触发暂态行波保护的误动效应。直流高压输电线路在雷击故障和普通接地短路故障下,因有故障电流入地通路,保护安装处检测到的电压信号的幅值会快速衰减,信号复杂度低;在雷击未故障情况下,不存在故障电流入地通路,保护安装处检测到的电压信号的幅值衰减较慢,信号复杂度高。

4 结束语

综上所述,直流输电与交流输电相比,拥有着电网互联方便、功率容易调节和传输距离远等一系列优点。故在设计远距离电能传输或大区域城市中心供电时,经常选用直流输电方式。直流特高压输电工程经常要跨越较远距离进行作业,其工况容易受到雷击和恶劣气候影响。直流线路可通过故障重启功能排除故障,恢复常规运行,无需进行直流系统闭锁来排除故障。故针对直流特高压线路进行性能优化,强化其雷电干扰信号暂态识别,能够减少输电系统误动作率,有效缩减直流输电系统为排除故障多次进行闭锁的能源损耗,在维护电力系统安全稳定运行中起到完善特高压直流输电线路的作用。

参考文献:

[1]齐国强.直流特高压线路继电保护研究[D].北京:华北电力大学,2018.

[2] 王辉.多直流送出交流系统继电保护动作特性分析[D].北京:华北电力大学,2017.

[3]钟柯.特高压变压器保护原理研究[D].武汉:华中科技大学,2017.

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