特高压斗波长输电技术的若干关键问题研究

摘要

我国能源资源和负荷需求的逆向分布格局，决定了我国未来必须在1000km-3000km距离的输电技术上寻求新的突破。此外，国际间的电能传输计划也越来越多，传输距离可能达到甚至超过3000km。因此，超远距离输电是世界范围内能源传输规划的发展趋势，而半波长交流输电技术以其显著的经济与技术优势，在超远距离点对点输电模式中具有竞争力和应用前景。针对半波长交流输电的关键技术开展创新研究，具有重要的学术价值和现实意义。
　　 在半波长输电技术当前研究进展的基础上，本文重点针对电压与功率传输特性、含半波长输电线路的系统稳定分析、工频过电压和故障激发过电压、潜供电弧及其抑制技术等关键问题进行了探索研究，以期为半波长输电的未来发展奠定理论与技术基础。
　　 半波长输电线路的电压与功率传输特性不同于常规短线路。通过引入系统的等值阻抗和功率因数等参量，推导出线路最高电压值及其出现位置的计算公式。进一步参照无损长线的传输功率方程，分析了自然半波长线路和调谐线路的功率传输特性，指出电容型调谐线路具有较强的功率传输能力。
　　 半波长输电系统的暂态稳定特性受线路长度、调谐网络类型、故障类型及故障持续时间等多种因素的影响。通过建立含半波长输电线路的双机系统仿真模型，结合不同的调谐网络、线路长度、故障类型等因素，研究了自然半波长和调谐半波长输电系统的暂态稳定特性，基于对故障持续时间、摇摆曲线振荡幅值与持续时间、电压振荡范围等参数的量化比较，揭示了半波长输电系统暂态稳定的影响机制。
　　 通过建立特高压半波长输电线路的暂态仿真模型，研究了自然半波长线路与调谐线路的沿线工频过电压与故障激发过电压分布特征。以单相接地故障为例，分析了典型故障条件下故障相与健全相沿线的故障激发过电压及其变化规律，揭示出传输功率和调谐网络类型等因素对过电压水平的影响机制。进一步提出针对特高压半波长输电线路的沿线分布式避雷器分组优化配置方案，可将故障激发过电压限制在1.60p.u.以下。
　　 建立了半波长输电线路潜供电流与弧道恢复电压的计算模型，可获得不同故障位置的潜供电流分布特征，并研究了传输功率、调谐网络、线路长度等对潜供电流及弧道恢复电压的影响。提出了基于快速接地开关沿线非均匀优化配置的潜供电弧抑制方案，可有效抑制半波长线路潜供电弧的燃弧时间；结合基于黑盒电弧模型的仿真分析，给出了特高压半波长输电线路的单相自动重合闸配合时序。
　　 本文研究工作可为特高压半波长输电技术的发展及其工程应用，提供有参考价值的理论与设计依据。