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![提高超高壓交流輸電線路的輸送能力（一）[梁曦東、姜齊榮、曾嶸、董新洲等所著書籍]](/img/1/db6/nBnauM3X0UzMwcjM2AzNzYTN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzLwczLwUzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLzE2LvoDc0RHa.jpg)
提高超高壓交流輸電線路的輸送能力（一）[梁曦東、姜齊榮、曾嶸、董新洲等所著書籍] 書名：提高超高壓交流輸電線路的輸送能力（一）
書號：9787302240518
作者：梁曦東、姜齊榮、曾嶸、董新洲等
定價：75元
出版日期：2010-12-1
出版社：清華大學出版社
內容簡介
為解決遠距離、大容量的電能輸送問題，本研究提出了柔性緊湊型輸電方式。研究中將柔性技術與緊湊型技術有機結合，利用柔性技術縮短線路電氣距離，並抑制緊湊型技術帶來的過電壓及潛供電流問題；利用緊湊型技術提高線路自然功率，有效地規避了高串補度帶來的次同步振盪風險，並可節省走廊；針對柔性緊湊型線路特有的線路參數特性，給出了可行的繼電保護方案。通過上述關鍵問題的研究及各環節的全方面論證，給出了可直接套用的典型配置，使500～1000?km線路的輸送容量達到常規線路的1.5～1.8倍。
為提高短線路的輸送能力，研製了可長期運行於150℃的高強度耐熱鋁合金導線，其綜合指標高於國內研發的同型耐熱導線；研製了國內第一條900?mm?2的大截面導線，且該導線作為國內主幹線路第一次使用四層鋁股絞制技術，減小了導線交直流電阻比。此外，對複合加強芯導線在國內的套用前景進行了經濟與技術分析。
本書可供高等院校電力系統專業的研究生以及從事電力系統運行、規劃設計和科學研究的人員參考。
前言
前 言
經濟的繁榮與社會的進步，與充足的能源供應息息相關，而電能更是國家安全、穩定與高速發展必不可少的重要因素。近年來，我國的電力需求日益增長，電力工業發展迅速，發電裝機容量每年都以超過10%的速度增加，預計到2020年，我國電力裝機容量將達到16億千瓦。
我國幅員遼闊，能源與負荷分布不均勻。我國水力資源主要分布在西南各省，煤炭資源主要分布在山西、陝西、內蒙古等西北省份。而負荷中心主要分布在以京、滬、穗為中心的東部及東南沿海。根據相關規劃，我國以北、中、南三條通道實現西電東送。因此，大容量、遠距離的電能輸送是很有必要的。
對於不同輸送距離與輸送容量的目標，具有與之對應的輸電模式，如圖0-1所示。
圖0-1 不同輸送距離與容量下適用的輸電模式
由圖0-1可見，千公里以上的輸送距離，一般使用超、特高壓直流輸電；較短的輸送距離(百公里上下)，可以使用常規交流輸電；若在短距離輸送更大的電能，可以使用同塔雙回或多回輸電方式；而隨著輸電電壓等級的提高，輸送距離與容量均隨之增加。
為進一步提高輸送距離，滿足數百到千公里的電能輸送需求，需要使用串聯電容補償，否則輸電線路將面臨穩定、過電壓等重重問題。但受制於串補投資、串補帶來的SSR問題等，難以在遠距離的前提下滿足大容量的要求。由圖0-1可見，在數百到千公里的輸送距離下輸送較高的容量這個區域，還是一片空白，此前沒有成熟的輸電模式。
國家重點基礎研究計畫( "973”計畫)“提高大型互聯電網運行可靠性的基礎研究”設定了子課題“提高超高壓交流輸電線路輸送能力的研究”，通過研究工作探索適合於大容量遠距離的輸電模式，即研究目標為在500～1000?km的輸送距離條件下，提高交流線路輸送容量為常規交流線路的1.5～1.8倍。考慮到這種輸電模式在提升輸送能力的同時，要滿足資源節約、環境友好的技術要求，研究提出了“柔性緊湊型”輸電模式，即採用自然功率高且節省走廊占地的緊湊型輸電線路，並進行電磁環境方面的最佳化設計；以串聯補償設備縮短線路電氣距離保證靜態穩定輸送能力和部分提高暫態穩定下的輸送能力。並且通過其他多種先進的柔性設備、大截面導線等措施，實現綜合性目標最優。如圖0-2所示，柔性緊湊型輸電技術的提出，填補了500～1000?km大容量輸電技術的空白。
圖0-2 柔性緊湊型輸電線路的定位
提高超高壓交流輸電線路的輸送能力（一）前 言同時，本課題針對進一步提高短線路輸送容量進行了研究。由於限制短線路輸送容量的瓶頸是熱穩定，所以在百公里或更短的線路上，可以使用耐熱導線，但由於其電阻損耗較高，不適用於長線路，如圖0-2所示，它可以顯著提高短距離送電容量。複合加強芯導線由於具有更好的機械性能、大截面導線允許較高的電流通流量，也可提高短線路熱穩定極限，但如果將其套用於長線路，則要對其經濟成本進行核算。此外,對改善線路電磁環境的擴徑導線進行了研究。
圖0-3 本課題研究內容結構本課題的研究結構如圖0-3所示，整體上從兩方面展開，即在500～1000?km的輸送距離下提高交流線路輸送容量為常規交流線路的1.5～1.8倍，以及提高短距離輸電線路熱穩定極限。
在本課題的研究過程中，李岩博士生、柴旭崢博士、劉世宇博士、黃國飛工程師、張波博士、丁磊博士、田旭博士生、徐睿工程師、張贇博士、孔瑋博士、季世澤工程師、唐劍博士等為課題的理論、試驗研究及本書撰寫做了大量工作，在此表示感謝！
限於編者水平，文中難免不當之處，懇請廣大讀者批評指正
目錄
第1章 緒論1
1.1 緊湊型輸電技術1
1.1.1 國外研究現狀1
1.1.2 我國研究現狀3
1.1.3 緊湊型輸電線路提高線路輸送能力的優勢與局限5
1.2 串聯電容補償的柔性輸電技術5
1.2.1 串聯電容補償技術的發展6
1.2.2 串聯電容補償提高線路輸送能力的局限6
1.3 柔性緊湊型輸電技術6
第2章 緊湊型輸電線路建模參數特性研究8
2.1 緊湊型輸電線路電氣參數的工頻特性9
2.2 緊湊型輸電線路電氣參數的頻變特性10
2.3 地線與接地方式對緊湊型電氣參數的影響11
2.4 大地電阻率對緊湊型輸電線路電氣參數的影響11
2.5 本章小結12
第3章 緊湊型輸電線路自然功率特性研究13
3.1 影響線路自然功率的主要因素13
3.2 緊湊型輸電線路相間距離的研究16
3.2.1 操作過電壓限制的最小相間距離分析16
3.2.2 工頻過電壓限制的最小相間距離分析17
3.2.3 導線不同步運動的最小相間距離18
3.2.4 國內外架空線路設計規程中對相間距的要求19
3.2.5 電磁環境指標對緊湊型線路相間距離的限制21
3.2.6 V型絕緣子串對特高壓緊湊型線路相間距的限制21
3.2.7 緊湊型輸電線路相間距離結論22
3.3 遠距離緊湊型輸電線路的相參數平衡問題23
3.3.1 線路相參數平衡問題計算方法24
3.3.2 線路相參數平衡問題計算結果25
3.3.3 遠距離緊湊型線路相參數平衡問題結論27
第4章 緊湊型輸電線路的電磁環境28
4.1 電磁環境限值28
4.1.1 工頻電場28
4.1.2 工頻磁場29
4.1.3 無線電干擾30
4.1.4 可聽噪聲31
提高超高壓交流輸電線路的輸送能力（一）目 錄 4.2 電磁環境計算方法與計算條件31
4.2.1 無線電干擾31
4.2.2 可聽噪聲32
4.2.3 電暈損失33
4.2.4 電磁環境計算條件39
4.3 緊湊型輸電線路參數對電磁環境的影響40
4.3.1 分裂間距對緊湊型線路導線表面電場強度的影響40
4.3.2 導線外徑對緊湊型線路電磁環境的影響41
4.3.3 導線分裂數對緊湊型線路電磁環境的影響41
4.3.4 導線高度對緊湊型線路電磁環境的影響42
4.3.5 相序對同塔雙回緊湊型線路電磁環境的影響43
4.4 緊湊型輸電線路子導線排列的最佳化45
4.4.1 緊湊型線路子導線表面電場強度均勻性分析45
4.4.2 緊湊型線路子導線不均勻排列最佳化方法45
4.4.3 緊湊型線路子導線的最佳化方案46
4.5 海拔高度對輸電線路電磁環境影響的試驗研究49
4.5.1 高海拔電暈效應試驗49
4.5.2 海拔高度對導線電暈可聽噪聲的影響52
4.5.3 海拔高度對導線電暈無線電干擾的影響55
4.5.4 海拔對電磁環境影響小結59
4.6 本章小結(基於大輸送容量目標和電磁環境限制的柔性緊湊型輸電線路推薦
導線方案)59
第5章 串聯電容補償的輸電線路次同步振盪(SSR)問題61
5.1 概述61
5.1.1 SSR問題的提出及我國的多模態SSR問題61
5.1.2 SSR的形成機理62
5.1.3 SSR的危害63
5.2 SSR問題的研究方法64
5.2.1 頻域分析法64
5.2.2 時域仿真法64
5.2.3 多機多模態SSR特徵值分析方法65
5.3 抑制SSR問題的研究與套用現狀68
5.3.1 SSR的典型抑制措施68
5.3.2 附加勵磁阻尼控制的研究現狀及問題70
5.3.3 靜止無功補償器抑制SSR的研究現狀72
5.4 本章小結72
第6章 附加勵磁阻尼控制抵制SSR的研究73
6.1 基於遺傳-模擬退火算法的SEDC最佳化設計73
6.1.1 SEDC控制器設計的現狀和問題73
6.1.2 基於獨立模態空間控制思想的SEDC控制器結構設計76
6.1.3 基於GASA的SEDC控制參數最佳化設計82
6.1.4 SEDC控制參數最佳化設計的驗證87
6.2 SEDC與勵磁系統的配合93
6.2.1 SEDC控制信號對勵磁系統的通過性要求94
6.2.2 SEDC對勵磁系統主要常規功能的影響95
6.2.3 硬體測試試驗101
6.3 SEDC工業裝置研製和現場試驗分析112
6.3.1 套用SEDC抑制上都電廠多模態SSR的工程套用情況113
6.3.2 現場試驗主要結果分析114
6.3.3 現場試驗結果與仿真計算的對比研究118
6.4 本章小結121
第7章 靜止無功補償器抑制SSR的研究123
7.1 SVC抑制SSR的機理研究123
7.1.1 SVC主電路123
7.1.2 SVC濾波器設計124
7.1.3 SVC容量設計126
7.1.4 SVC抑制SSR機理研究127
7.2 SVC次同步阻尼控制器的最佳化設計129
7.2.1 SVC SSDC總體設計129
7.2.2 SVC SSDC的特點129
7.2.3 SVC SSDC的設計目標130
7.2.4 SVC SSDC的結構設計130
7.2.5 SVC SSDC的參數設計132
7.3 最佳化SVC SSDC效果驗證133
7.3.1 GASA最佳化SVC SSDC參數133
7.3.2 最佳化後SVC SSDC效果驗證133
7.3.3 SVC控制對系統的影響分析136
7.4 本章小結141
第8章 柔性緊湊型線路的工頻電磁暫態特性142
8.1 柔性緊湊型輸電系統接地係數的特點及其對工頻過電壓的影響142
8.1.1 接地係數對工頻過電壓特性的影響142
8.1.2 柔性緊湊型輸電系統接地係數特點144
8.1.3 柔性緊湊型輸電系統不對稱接地電壓升高的限制措施146
8.2 柔性緊湊型輸電系統並聯電抗器及其中性點小電抗的選擇149
8.2.1 緊湊型線路高抗中性點小電抗選擇的困難149
8.2.2 柔性緊湊型輸電系統對高抗及其中性點小電抗選擇的考慮150
8.3 本章小結151
第9章 柔性緊湊型線路的操作電磁暫態問題153
9.1 柔性緊湊型輸電系統的正常和故障操作過電壓及防護方法研究153
9.1.1 空載線路合閘過電壓特性的建模分析與仿真驗證154
9.1.2 單相重合閘過電壓特性的建模分析與仿真驗證159
9.1.3 甩負荷操作過電壓特性的建模分析與仿真驗證164
9.1.4 綜合最佳化限制措施的研究167
9.2 柔性緊湊型輸電系統的故障清除過電壓對帶電作業的影響168
9.2.1 緊湊型線路的帶電作業問題168
9.2.2 柔性緊湊型輸電的故障清除過電壓特性169
9.3 本章小結170
第10章 柔性緊湊型輸電系統的潛供電流與恢復電壓171
10.1 柔性緊湊型輸電系統電氣參數特點對潛供電弧特性的影響171
10.1.1 輸電線路的潛供電弧參數171
10.1.2 緊湊型線路參數特性對潛供電弧參數的影響172
10.1.3 串聯補償裝置對潛供電弧參數的影響172
10.2 線路長度增加對串補輸電系統潛供電弧參數的改變173
10.2.1 遠距離長線路輸電的仿真試驗173
10.2.2 仿真結果的電路參數解析分析176
10.3 設定開關站的遠距離柔性緊湊型輸電系統潛供電弧參數特性177
10.3.1 設定開關站的遠距離柔性緊湊型輸電系統仿真試驗178
10.3.2 仿真結果的電路參數解析分析179
10.4 柔性緊湊型輸電系統潛供電流和恢復電壓參數最佳化探討181
10.5 本章小結182
第11章 柔性緊湊型輸電系統的繼電保護183
11.1 柔性緊湊型線路模型分析183
11.1.1 基於分布參數線路和集中補償元件的兩連線埠網路183
11.1.2 線路參數及典型仿真系統185
11.2 傳統繼電保護套用於柔性緊湊型輸電系統的分析與改進187
11.2.1 分相差動保護187
11.2.2 距離保護193
11.2.3 方向保護201
11.2.4 相差高頻保護206
11.2.5 故障測距208
11.3 行波故障檢測在柔性緊湊型線路中的套用211
11.3.1 基於波阻抗繼電器的行波方向保護212
11.3.2 基於初始行波的故障識別與選相217
11.4 本章小結227
第12章 柔性緊湊型輸電的關鍵參數選取及典型配置230
12.1 各種措施對提高暫態穩定條件下極限輸送能力的理論分析與計算230
12.1.1 各電壓等級常規及緊湊型線路輸電能力計算曲線231
12.1.2 增加輸電線路回數對長距離傳輸線傳輸極限提高的作用231
12.1.3 減少故障切除時間對傳輸極限提高的作用232
12.1.4 減少切除線路長度對傳輸極限提高的作用233
12.1.5 固定串聯補償(FSC)與晶閘管控制的串聯電容補償(TCSC)對傳
輸極限的作用234
12.1.6 SVC與靜止同步補償器(STATCOM)對傳輸極限影響的分析235
12.2 柔性緊湊型輸電技術提高遠距離輸送能力的效果及論證分析237
12.2.1 柔性緊湊型輸電系統靜態穩定條件下輸送能力分析與比較237
12.2.2 柔性緊湊型輸電系統面對的綜合性技術問題237
12.3 柔性緊湊型輸電系統暫穩條件下的仿真和參數選取238
12.3.1 EPRI(China)-7節點系統送、受端系統背景下的仿真238
12.3.2 鯉魚江水電廠2015年送出工程背景仿真239
12.3.3 暫態穩定條件下的仿真結論241
12.4 遠距離大容量的柔性緊湊型輸電線路典型配置241
第13章 大截面導線研究244
13.1 圓線同心絞大截面導線研究244
13.1.1 國內大截面導線開發歷史244
13.1.2 圓線同心絞大截面導線的結構及設計思路244
13.1.3 大截面導線生產工藝研究244
13.1.4 圓線同心絞大截面導線截面等級研究245
13.2 新型型線同心絞架空導線研究245
13.2.1 新型型線同心絞大截面導線特點研究245
13.2.2 型線同心絞架空導線的結構及性能研究246
13.2.3 型線同心絞導線國內外發展現狀247
13.3 大截面導線試製247
13.4 本章小結251
第14章 耐熱鋁合金導線的研究252
14.1 耐熱鋁合金的耐熱機理研究252
14.1.1 耐熱鋁合金長期運行溫度研究253
14.1.2 導電率60%IACS耐熱鋁合金技術改進研究255
14.2 高強度耐熱鋁合金研究開發256
14.2.1 高強度耐熱鋁合金的生產工藝研究256
14.2.2 高強度耐熱鋁合金試製257
14.2.3 耐熱鋁合金導線截面等級研究258
14.3 本章小結259
第15章 碳纖維複合加強芯材料及導線研究261
15.1 碳纖維複合加強芯導線特性及國內外套用情況261
15.1.1 碳纖維複合加強芯導線特性261
15.1.2 國內外使用情況264
15.2 碳纖維複合芯鋁導線試驗研究265
15.2.1 導線常規試驗265
15.2.2 導線型式試驗269
15.2.3 工程套用性研究試驗273
15.3 碳纖維複合芯導線經濟比較分析274
15.3.1 工程概況274
15.3.2 導線選型比較方案274
15.3.3 經濟比較分析275
15.4 本章小結278
參考文獻279
第7章 靜止無功補償器抑制SSR的研究123
7.1 SVC抑制SSR的機理研究123
7.1.1 SVC主電路123
7.1.2 SVC濾波器設計124
7.1.3 SVC容量設計126
7.1.4 SVC抑制SSR機理研究127
7.2 SVC次同步阻尼控制器的最佳化設計129
7.2.1 SVC SSDC總體設計129
7.2.2 SVC SSDC的特點129
7.2.3 SVC SSDC的設計目標130
7.2.4 SVC SSDC的結構設計130
7.2.5 SVC SSDC的參數設計132
7.3 最佳化SVC SSDC效果驗證134
7.3.1 GASA最佳化SVC SSDC參數134
7.3.2 最佳化後SVC SSDC效果驗證134
7.3.3 SVC控制對系統的影響分析137
7.4 本章小結142
第8章 柔性緊湊型線路的工頻電磁暫態特性143
8.1 柔性緊湊型輸電系統接地係數的特點及其對工頻過電壓的影響143
8.1.1 接地係數對工頻過電壓特性的影響143
8.1.2 柔性緊湊型輸電系統接地係數特點145
8.1.3 柔性緊湊型輸電系統不對稱接地電壓升高的限制措施147
8.2 柔性緊湊型輸電系統並聯電抗器及其中性點小電抗的選擇150
8.2.1 緊湊型線路高抗中性點小電抗選擇的困難150
8.2.2 柔性緊湊型輸電系統對高抗及其中性點小電抗選擇的考慮151
8.3 本章小結152
第9章 柔性緊湊型線路的操作電磁暫態問題154
9.1 柔性緊湊型輸電系統的正常和故障操作過電壓及防護方法研究154
9.1.1 空載線路合閘過電壓特性的建模分析與仿真驗證155
9.1.2 單相重合閘過電壓特性的建模分析與仿真驗證160
9.1.3 甩負荷操作過電壓特性的建模分析與仿真驗證165
9.1.4 綜合最佳化限制措施的研究168
9.2 柔性緊湊型輸電系統的故障清除過電壓對帶電作業的影響169
9.2.1 緊湊型線路的帶電作業問題169
9.2.2 柔性緊湊型輸電的故障清除過電壓特性170
9.3 本章小結171
第10章 柔性緊湊型輸電系統的潛供電流與恢復電壓172
10.1 柔性緊湊型輸電系統電氣參數特點對潛供電弧特性的影響172
10.1.1 輸電線路的潛供電弧參數172
10.1.2 緊湊型線路參數特性對潛供電弧參數的影響173
10.1.3 串聯補償裝置對潛供電弧參數的影響173
10.2 線路長度增加對串補輸電系統潛供電弧參數的改變174
10.2.1 遠距離長線路輸電的仿真試驗174
10.2.2 仿真結果的電路參數解析分析177
10.3 設定開關站的遠距離柔性緊湊型輸電系統潛供電弧參數特性178
10.3.1 設定開關站的遠距離柔性緊湊型輸電系統仿真試驗179
10.3.2 仿真結果的電路參數解析分析180
10.4 柔性緊湊型輸電系統潛供電流和恢復電壓參數最佳化探討182
10.5 本章小結183
第11章 柔性緊湊型輸電系統的繼電保護184
11.1 柔性緊湊型線路模型分析184
11.1.1 基於分布參數線路和集中補償元件的兩連線埠網路184
11.1.2 線路參數及典型仿真系統186
11.2 傳統繼電保護套用於柔性緊湊型輸電系統的分析與改進188
11.2.1 分相差動保護188
11.2.2 距離保護194
11.2.3 方向保護202
11.2.4 相差高頻保護207
11.2.5 故障測距209
11.3 行波故障檢測在柔性緊湊型線路中的套用212
11.3.1 基於波阻抗繼電器的行波方向保護213
11.3.2 基於初始行波的故障識別與選相218
11.4 本章小結228
第12章 柔性緊湊型輸電的關鍵參數選取及典型配置231
12.1 各種措施對提高暫態穩定條件下極限輸送能力的理論分析與計算231
12.1.1 各電壓等級常規及緊湊型線路輸電能力計算曲線232
12.1.2 增加輸電線路回數對長距離傳輸線傳輸極限提高的作用232
12.1.3 減少故障切除時間對傳輸極限提高的作用233
12.1.4 減少切除線路長度對傳輸極限提高的作用234
12.1.5 固定串聯補償(FSC)與晶閘管控制的串聯電容補償(TCSC)對傳
輸極限的作用235
12.1.6 SVC與靜止同步補償器(STATCOM)對傳輸極限影響的分析236
12.2 柔性緊湊型輸電技術提高遠距離輸送能力的效果及論證分析238
12.2.1 柔性緊湊型輸電系統靜態穩定條件下輸送能力分析與比較238
12.2.2 柔性緊湊型輸電系統面對的綜合性技術問題238
12.3 柔性緊湊型輸電系統暫穩條件下的仿真和參數選取239
12.3.1 EPRI(China)-7節點系統送、受端系統背景下的仿真239
12.3.2 鯉魚江水電廠2015年送出工程背景仿真240
12.3.3 暫態穩定條件下的仿真結論242
12.4 遠距離大容量的柔性緊湊型輸電線路典型配置242
第13章 大截面導線研究245
13.1 圓線同心絞大截面導線研究245
13.1.1 國內大截面導線開發歷史245
13.1.2 圓線同心絞大截面導線的結構及設計思路245
13.1.3 大截面導線生產工藝研究245
13.1.4 圓線同心絞大截面導線截面等級研究246
13.2 新型型線同心絞架空導線研究246
13.2.1 新型型線同心絞大截面導線特點研究246
13.2.2 型線同心絞架空導線的結構及性能研究247
13.2.3 型線同心絞導線國內外發展現狀248
13.3 大截面導線試製248
13.4 本章小結252
第14章 耐熱鋁合金導線的研究253
14.1 耐熱鋁合金的耐熱機理研究253
14.1.1 耐熱鋁合金長期運行溫度研究254
14.1.2 導電率60%IACS耐熱鋁合金技術改進研究256
14.2 高強度耐熱鋁合金研究開發257
14.2.1 高強度耐熱鋁合金的生產工藝研究257
14.2.2 高強度耐熱鋁合金試製258
14.2.3 耐熱鋁合金導線截面等級研究259
14.3 本章小結260
第15章 碳纖維複合加強芯材料及導線研究262
15.1 碳纖維複合加強芯導線特性及國內外套用情況262
15.1.1 碳纖維複合加強芯導線特性262
15.1.2 國內外使用情況265
15.2 碳纖維複合芯鋁導線試驗研究266
15.2.1 導線常規試驗266
15.2.2 導線型式試驗270
15.2.3 工程套用性研究試驗274
15.3 碳纖維複合芯導線經濟比較分析275
15.3.1 工程概況275
15.3.2 導線選型比較方案275
15.3.3 經濟比較分析276
15.4 本章小結279
參考文獻280
