基于空间磁场的同杆并架双回线动态物理模型的研究

摘要

近年来，随着我国国民经济快速发展，电力需求与日俱增，对电网输电容量的要求也日益提高。同杆并架双回线路输电技术以其在单位走廊的输电容量、输电效率和投资回报率等方面的优势，在我国得到了长足发展和广泛应用。但这种同杆并架双回线具有复杂的故障类型和暂态特性,已不能继续采用在单回线上广泛应用的故障分析原理和继电保护配置，需要开展针对性的研究，研制相应的保护和控制装置。
　　由于保护和控制装置的性能分析和评估依赖于理论研究和试验结果，需要通过在能够真实反映同杆并架双回线路物理特性的物理模型上开展动模实验来加以验证，而现有同杆并架双回线路模型不能很好地反映线路参数特征，存在一定的局限性，因此本文创造性地提出了一种基于空间磁场耦合的同杆并架输电线路模型。该模型可以全面反映两回线各相之间所有的互感，精确地反映同杆并架双回线路故障时的电气量变化特征。
　　论文首先对同杆并架双回线路的应用和研究现状进行了分析和综述，分析了前人提出的几种同杆并架模型的基本原理和存在的主要问题；阐述了空间磁场同杆并架模型研制的特点和必要性。
　　然后针对几种双回架空线不同的线路特性，分析了实际工程中所关注的同杆并架双回线各序阻抗的计算方法，为线路参数的实测和仿真提供理论依据和参考数据。利用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件，根据实际工程中比较常用的杆塔模型来搭建同杆并架双回输电线路数字仿真模型，得到了同杆并架线路的稳态数字仿真参数。
　　本文提出的“基于空间磁场耦合的同杆并架输电线路模型”的设计思想与实际线路自、互感产生的原理一致，是通过各线路通电后所产生的空间磁场耦合产生自感和互感。模型采用三分段换位结构设计，首先采用多个线圈和铁芯来构建单个分段模型磁通回路；然后接线并进行参数的测试与调整，建立分段模型；最后采用三个分段换位串联得到完整的空间磁场同杆并架模型。论文对模型的构建过程进行了详细的说明，并根据数字仿真出的同杆并架线路的参数，通过调节模型线圈的空间位置改变模型参数，建立起了同杆并架线路的物理模型。
　　通过将实际线路参数、数字仿真参数与该空间磁场同杆并架模型的序参数进行比较可以看出，物理模型的序参数能比较精确地反映和模拟实际同杆并架线路的参数和特征。
　　最后介绍了利用该模型开展动模实验的情况，通过故障实验数字仿真进一步证实了该模型的正确性和实用性，为深入研究同杆并架输电线路的特性、开展同杆并架双回输电线路的动模实验研究和继电保护装置的研发与检测提供了良好的实验平台。

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目录

1 绪 论

1.1课题研究的背景和意义

1.2同杆并架模型研究综述

1.3论文的主要内容和章节安排

2 同杆并架双回输电线路参数分析与数字仿真

2.1 线路参数理论计算

2.2 同杆并架线路数字仿真

2.3 本章小结

3 同杆并架输电线路模型的研制

3.1 实际同杆并架双回线自、互感分析

3.2 同杆并架双回线物理模型的搭建方法

3.3 搭建分段模型的物理结构

3.4 分段模型的接线与参数的调试

3.5 整体模型的接线与参数的调试

3.6 本章小结

4 空间磁场同杆并架模型的参数调试

4.1 模型单个π结构的参数调试

4.2 模型三个π结构换位串联参数调试

4.3 模型参数、数字仿真和实际线路参数的比较

4.4 本章小结

5 空间磁场同杆并架模型的动模验证与应用研究

5.1 空间磁场同杆并架模型动模实验主接线

5.2 数字仿真故障实验建模

5.3 单回线故障动模实验

5.4 非同名相跨线故障动模实验

5.5 同名相跨线故障动模实验

5.6 两回线不同位置发生相继故障动模实验

5.7 区内、外发展性故障动模实验

5.8 动模实验室九节点模型应用

5.9 本章小结

6 总 结

6.1 本文的主要工作和总结

6.2 对未来工作的展望

致谢

参考文献

附录1攻读博士期间发表的主要论文

附录2博士生期间参与课题研究的情况

附录3空间磁场同杆并架模型动模实验录波与数字仿真波形图