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高压输电与电磁环境技术

1)大容量、远距离电能传输领域研究工作取得重要进展。在紧凑型线路的优化设计方面进一步开展了深入系统的研究,参与研究的昌房500kV紧凑型输电线路获得了2001年国家科技进步二等奖。近年来,与甘肃电力设计院、广西电力设计院、湖南电力设计院合作,持续深入开展该领域的研究工作,特别是在高海拔地区的紧凑型输电技术优化设计方面开展了卓有成效的研究工作。完成了西北地区首条330kV紧凑型线路的设计和重覆冰地区500kV紧凑型输电线路的优化设计。另外在带电作业通道的优化方面做出了创新性的工作。积极参与我国最高电压等级750kV输电线路技术攻关工作(注:该项成果获得2006年度中国电力科技进步一等奖)。

承担973项目子课题(提高超高压交流输出电线路输送能力的研究,编号2004CB217906),在国际上提出了柔性交流紧凑型输电技术,将紧凑型输电技术与可控串补技术结合起来,实现了500kV交流输电线路的大容量和远距离输电。深入开展了相关的基础研究工作和工程应用方案的研究,为500kV线路实现远距离、大容量输电打下了坚实的基础。

2)深层次开展过电压及其防护技术的研究。研究工作集中在雷电过电压分析及其防护研究领域。在国际上率先提出了基于全波过程的电力系统雷电过电压分析技术,在绝缘子雷电闪络的先导放电模型、接地装置的雷电暂态分析模型、杆塔的多波阻抗分析模型、雷电先导对线路感应过电压的场路耦合模型方面开展了系统的研究工作。研究成果应用于雷电活动强烈的青藏铁路110kV输变电工程雷电防护的研究,以及我国首条同杆四回500kV输电线路的防雷分析(注:与广东电力设计院开展的同杆500kV/220kV输电线路的研究获2006年南方电网科技进步一等奖及中国电力科技进步二等奖)。500kV以上的输电线路雷电绕击是其雷电故障的主要问题。提出了考虑雷电先导发展过程的雷电绕击输电线路的绕击分析新方法,克服了现有电气几何模型不能考虑雷电发展过程和雷电发展随机性的问题,研究成果被IEEE Transactions on Power Delivery 主编评价为“重要技术贡献(an important technical contribution)”。

绝缘导线配电线路是城市配电网发展方向,但雷击及雾闪导致的绝缘导线断线是困扰电力系统的关键难题之一。系统研究了绝缘导线的断线机理,分析比较了国际上防断线的主要措施,提出了采用复合绝缘的三角架、配电线路避雷器、新型绝缘子等防止雷击及雾闪断线的具体措施,完成学术专著《绝缘导线配电线路断线机理及防护技术》(注:2007年将由中国电力出版社出版),研究成果获得2002年山东省科技进步三等奖。

3)深入开展接地技术研究。在接地系统科学计算方面解决了任意层土壤结构参数反演及任意层土壤中接地系统电气参数分析问题。提出的爆破接地技术、斜接地极接地技术等适宜于高土壤电阻率地区的科学降阻技术继续得到深入的发展和应用。到2005年底研究成果应用于近百项发变电站接地工程的设计,完成了30余项变电站接地系统的降阻工程。研究成果应用于多个国家重点工程的接地设计,解决了高寒永冻地区的青藏铁路110kV输变电工程的五道梁河沱沱河两个变电站接地系统的设计及降阻难题,完成了我国首个750kV输变电工程的兰州东和官厅变电站的接地系统优化设计,目前正在开展1000kV特高压交流输变电工程接地系统的设计、800kV云广直流特高压系统的接地极设计,以及具有复杂地形的水电站接地系统电气参数分析难题。

直流系统单极大地回路运行严重威胁交流系统地安全运行。在南方电网的资助下,深入系统地研究了直流单极大地回路运行时对交流系统的影响。提出了考虑如南方电网整个区域的地下接地系统和地上输电网络的场路耦合分析方法,提出并开发了在变压器中性点串联小电阻来限制流入变压器中性点的直流电流的措施,现场应用证明了该方法的有效性(注:该项研究在2006年获得了教育部科技进步二等奖),为直流输电技术的健康发展做出了重要技术贡献。

4)深入开展避雷器技术及ZnO压敏电阻的研究。与抚顺电瓷厂合作,正在系统开展1000kV特高压避雷器的设计,解决了考虑具有复杂的均压电容结构的特高压避雷器的三维电场分布的计算方法,在国际上提出椭球边界条件的三维有限元分析技术,极大地提高了类似于避雷器这种具有细长结构设备的电场分布的计算速度。

继续开展500kV带串联间隙的线路避雷器的研制。1992年在国内最先提出并研发的线路避雷器通过近10年的应用,被证明是输电线路雷电防护的最有效的措施,已在国内大量推广应用,目前我国线路避雷器已应用约4万台。另外线路避雷器作为技术入股转让给中能瑞斯特电气公司,已创产值3亿元。

电力系统设备的绝缘水平是建立在避雷器的过电压保护水平之上,性能优良的避雷器能够降低作用在设备上的过电压水平,可以降低我国特高压设备的制造瓶颈。在国家自然科学基金(提高ZnO非线性电阻能量吸收均匀性的研究,59907001,研究期限为2000.1-2002.12)、国家杰出青年基金(高电压梯度ZnO压敏电阻的研究,50425721,研究期限为2005.1-2008.12)、清华大学985学科建设的资助下,建立了精细电工陶瓷实验室(注:正在申请成为清华大学精细陶瓷国家重点实验室的分室),深入开展高梯度、低残压、大容量的ZnO压敏电阻的研究工作,已开发出性能稳定的梯度超过400V/mmZnO压敏电阻样品。

5)电磁环境技术研究蓬勃发展。在二期985学科建设中新建了电磁环境实验研究平台。该试验平台的建设投入约300多万元,自主研发建设了我国第一个电磁兼容测试的混响室。该试验平台具备了常规电气设备的电磁兼容测试的实验条件,另外,结合自主研发的光电集成电磁场传感器。具备了从工频到微波(0-10GHz)的常规电磁环境、特殊电磁环境(如设备内部的狭小空间的电磁环境的监测)及强电磁环境的测试能力。

在电力系统电磁环境评估技术方面,全面系统地研究了110-500kV交流变电站的电磁环境水平,并提出了全面系统的变电站电磁环境评估技术,通过系统研究提出了用于变电站控制设备电磁兼容测试的具体参数指标(注:2006年山东省组织的成果鉴定认为该研究达到了国际领先水平)。完成了国际级软件园中关村软件园的电磁环境的评估。

在国家发改委直流国产化重大专项课题的资助下系统研究了±500kV直流换流站和±800kV特高压直流换流站的电磁环境及电磁干扰问题,对换流站设备提出了具体的电磁环境指标。

积极拓展电磁环境技术的研究领域。承担863重大专项子课题(燃料电池城市客车电气系统电磁兼容性研究,2005AA501100-1),系统研究了燃料电池电动汽车的电磁干扰问题,提出了具体的电磁兼容设计措施(注:这方面的研究在“十一五”中继续得到863重大专项子课题的资助)。

另外在建筑物的雷电电磁环境评估技防护方面开展了系统的研究工作,承担科技部十五攻关项目(低压系统雷电参数标准研究,2002BA906A69),参与了4IEC防雷标准的编写,主持了5项和参与了8项防雷国家标准的编写。

“十五”期间本研究方向参与及主持编写的标准及发表的重要论文有:

[1] Jinliang He, Rong Zeng, et al. Seasonal influences on safety of substation grounding system. IEEE Transactions on Power Delivery, Vol.18, no.3, July 2003, pp.788-795 (SCI 695GP, EI: 03317572586)

[2] Rong Zeng, Jinliang He, et al. Grounding Resistance Measurement Analysis of Grounding System in Vertical-layered Soil. IEEE Transactions on Power Delivery, Vol.19, no.4, Oct. 2004, pp. 1553- 1559 (SCI 859OU, EI04468458028)

[3] Jinliang He, et al. Decreasing Grounding Resistance of Substation by Deep-Ground-Well Method. IEEE Transactions on Power Delivery, vol.20, no.2, April 2005, pp.738- 744 (SC912RA, EI05199089534)

[4] Rong Zeng, Jinliang He, et al. Influence of Overhead Transmission Line on Grounding Impedance Measurement of Substation. IEEE Transactions on Power Delivery, vol.20, no.2, April 2005, pp. 1226-1234 (SC912RC, EI05199087036)

[5] Bo Zhang, et al. Parameter estimation of horizontal multilayer earth by complex image method. IEEE Transactions on Power Delivery, vol.20, no.2, April  2005, pp. 1394-1401 (SC912RC, EI05199087057)

[6] Jinliang He, Rong Zeng, et al. Laboratory investigation of impulse characteristics of transmission tower grounding devices. IEEE Transactions on Power Delivery, Vol.18, no.3, July 2003, pp.994-1001 (SCI 695GP, EI: 03317572616)

[7]  Jinliang He, et al. Effective Length of Counterpoise Wire under Lightning Current. IEEE Transactions on Power Delivery, vol.20, no.2, April 2005, pp. 1585-1591 (SC912RC, EI05199087081)

[8] Bo Zhang, Jinliang He, et al. Numerical Analysis of Transient Performance of Grounding Systems Considering Soil Ionization by Coupling Moment Method with Circuit Theory. IEEE Transactions on Magnetics, Vol.41, no.5, May 2005, pp. 1440-1443 (SCI925WN, EI  05299227660)

[9] Jinliang He, Rong Zeng, et al. Potential Distribution Analysis of Suspended-Type Metal-Oxide Surge Arresters. IEEE Transactions on Power Delivery, Vol.18, no.4, Oct. 2003, pp.1214-1220  (SCI727LJ, EI03437695998)

[10] Jinliang He, et al. Thermal Characteristics of High Voltage Whole-Solid-Insulated Polymeric ZnO Surge Arrester. IEEE Transactions on Power Delivery, Vol.18, no.4, Oct. 2003, pp.1221-1227  (SCI727LJ, EI03437695999)

[11] Chen SM, Du Y, Fan LM, He HM, Zhong DZ. Evaluation of the Guang Dong lightning location system with transmission line fault data. IEE Proceedings – Science Measurement and technology, 149 (1), pp. 9-16, Jan 2002. (SCI: 543VA)

[12] Chen S.M., et al. Lightning Data Observed With Lightning Location System in Guang-Dong Province, China. IEEE Transactions on Power Delivery, vol.19, no.3, 2004, pp. 1148- 1153 (SCI834RV)

[13] Jinliang He, et al. Numeral Analysis Model for Shielding Failure of Transmission Line under Lightning Stroke. IEEE Transactions on Power Delivery, vol.20, no.2, April 2005, pp. 815-822 (SC912RA, EI05199089545)

[14] Jinliang He, et al. Electromagnetic Environment Analysis of A Software Park Near Transmission Lines. IEEE Transactions on Industry Application, vol.40, no.4, pp.995-1002, July/Aug.2004 (SCI838PO, EI04338311725)

[15] Jinliang He, et al. Nonuniformity of Electrical Characteristic in Microstructures of ZnO Surge Varistors. IEEE Transactions on Power Delivery, vol.19, no.1, 2004, pp.138-144 (EI04058002438, SCI761EA)

[16] Jinliang He, et al. Statistic Analysis on Electrical Parameters of ZnO Varistors in Low-Voltage Protection Devices. IEEE Transactions on Power Delivery, vol.20, no.1, Jan. 2005, pp. 131- 137 ( SCI884EG, EI 05058823631)

[17] GB/T 19663-2005. Terms of Lightning protection in information system (何金良负责编写)

[18] GB/T 19856.1-2005. Lightning protection- Communication linePart I- Optical cables. (何金良负责编写)

[19] GB/T 19856.2-2005. Lightning linePart II- Metal conductors. (曾嵘负责编写)

[20] IEC 62305-1 Protection against lightning, Part 1: General principles (何金良参与编写)

[21] IEC 62305-2 Protection against lightning, Part 2: Risk management (何金良参与编写)

[22] IEC 62305-3 Protection against lightning, Part 3: Physical damage to structures and life hazard (何金良参与编写)

[23] IEC 62305-5 Protection against lightning, Part 5: Services (何金良参与编写)

[24] 何金良,曾嵘等.发变电站接地网腐蚀及断点的诊断方法及其测量、诊断系统. 发明专利ZL 99109622.32003.6.4