特高压线路单相接地故障开断后瞬态特性研究

论文摘要

特高压输电是当前我国电力系统领域研究的热点,在我国“西电东送,南北互供,全国联网”的电力发展战略中扮演重要的角色。电压等级的提高给特高压输电系统绝缘带来了严峻的挑战,限制特高压输电系统的过电压水平,合理选择绝缘水平是特高压输电工程建设的关键课题。因此研究特高压输电线路的过电压及自适应重合闸技术具有重要的现实意义。本文针对特高压输电线路发生单相接地故障后的暂态特性,将从瞬态恢复电压、线路感应电压、潜供电弧熄灭特性等几个方面对特高压电网的过电压进行深入、细致地研究。作了如下几方面的研究工作：根据特高压示范工程线路的实际结构及GIS (Gas Insulated Switch)内部结构建立仿真模型,对瞬态恢复电压进行研究。本文首次分析了线路间的静电感应和电磁感应现象对瞬态恢复电压的影响,并进行详细的理论推导；仿真分析不同故障类型及不同故障位置处的瞬态恢复电压,以及考虑感应电压影响前后瞬态恢复电压参数的变化情况。通过分析可知感应电压使瞬态恢复电压的峰值和上升率有所增加,这对断路器的绝缘水平提出更高的要求,对断路器结构设计具有一定的理论指导作用。采用频率相关参数模型对特高压输电线路上潜供电弧产生的物理过程进行详细的分析并对潜供电弧参数进行系统的理论推导,分析恢复电压和潜供电流的变化规律；分析单相瞬时性故障情况下的一次电弧和二次电弧的数学模型,建立电弧的仿真模型。利用已有的试验结果对本文的计算结果进行验证,验证结果表明本文建立的电弧模型以及线路模型的思想是可行的,得到的计算结果是合理的。利用已建立的电弧模型和线路模型搭建特高压示范线路系统模型,对实际输电线路进行相关的潜供电弧特性仿真研究。得到不同故障性质情况下的故障相端电压电流波形,利用傅里叶变换对其进行分析,重点对二次电弧阶段的变换结果进行了对比和分析,从而提取出能够区分故障性质的关键特征。最后通过大量的仿真得到训练样本和测试样本,最后利用模糊神经网络实现自适应单相重合闸。最终的仿真结果证明了本文提出的自适应单相自动重合闸方法的有效性和正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 我国特高压网架发展现状
• 1.2 课题的研究意义
• 1.3 断路器瞬态恢复电压的研究现状
• 1.4 潜供电弧的研究现状
• 1.5 本文的研究内容
• 第二章 特高压系统断路器瞬态恢复电压的仿真分析
• 2.1 瞬态恢复电压的产生和危害
• 2.1.1 TRV对变压器的影响
• 2.1.2 TRV对电抗器的影响
• 2.2 瞬态恢复电压的仿真分析
• 2.3 瞬态恢复电压的影响因素
• 2.4 本章小结
• 第三章 感应电压对断路器瞬态恢复电压特性影响研究
• 3.1 瞬态恢复电压产生的机理
• 3.2 感应电压对瞬态恢复电压的影响
• 3.2.1 静电感应对瞬态恢复电压的影响
• 3.2.2 电磁感应对瞬态恢复电压的影响
• 3.3 瞬态恢复电压波形参数的计算
• 3.3.1 峰值电压的计算
• 3.3.2 到达峰值电压时间的计算
• 3.4 仿真分析
• 3.4.1 单相接地故障
• 3.4.2 两相短路故障
• 3.4.3 三相短路故障
• 3.4.4 失步解列故障
• 3.5 瞬态恢复电压的抑制措施
• 3.5.1 断路器加分闸电阻
• 3.5.2 采用氧化物避雷器
• 3.5.3 采用阻容吸收器
• 3.6 本章小结
• 第四章 特高压线路潜供电弧的物理过程及参数分析研究
• 4.1 潜供电弧简介
• 4.2 单根输电线路的频率相关参数模型
• 4.2.1 线路的分布参数模型
• 4.2.2 单根线路频率相关参数模型
• 4.3 三相线路的频率相关参数模型
• 4.4 频率相关参数电报方程的解
• 4.5 潜供电弧产生的物理过程
• 4.5.1 故障点的恢复电压
• 4.5.2 潜供电流
• 4.6 潜供电弧的影响因素
• 4.6.1 弧道的恢复电压
• 4.6.2 输电线路的潜供电流
• 4.6.3 导线的排列方式
• 4.6.4 其它因素
• 4.7 潜供电弧的抑制方法
• 4.7.1 并联电抗器中性点接小电抗
• 4.7.2 串联电容器
• 4.7.3 快速接地开关
• 4.7.4 混合式单相触发跳闸
• 4.8 本章小结
• 第五章 特高压线路潜供电弧特性及仿真分析
• 5.1 电弧的数学模型
• 5.1.1 一次电弧模型
• 5.1.2 二次电弧模型
• 5.2 电弧的仿真模型
• 5.3 750kV示范线路单相接地故障仿真与验证
• 5.4 晋东南-南阳并补线路潜供电弧的仿真
• 5.4.1 系统简介
• 5.4.2 并补基本原理
• 5.4.3 系统模型的建立
• 5.4.4 仿真结果及分析
• 5.5 潜供电弧频谱特性的研究
• 5.5.1 故障相恢复电压的分析
• 5.5.2 故障相潜供电流的分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 基于模糊神经网络的自适应单相重合闸的研究
• 6.1 概述
• 6.2 模糊神经网络在自适应单相重合闸中的应用
• 6.2.1 模糊神经网络
• 6.2.2 故障诊断的模糊神经网络模型
• 6.3 仿真与测试结果
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢