避雷器限制500 kV同塔雙回緊湊型輸電線路操作過電壓的研究

朱洪波，宋穎巍

（遼寧省電力有限公司技術經濟研究中心，遼寧沈陽 110000）

與常規輸電線路相比，緊湊型輸電線路減小了輸電線路的電抗，提高了線路的自然輸送功率，壓縮了線路走廊寬度。因此，緊湊型輸電線路主要用于線路走廊比較困難及受暫態穩定限制的長距離電源外送地區。

隨著占地賠償價格、線路走廊通道障礙物拆遷及林木植被保護費用的提高，緊湊型輸電線路綜合造價將進一步降低，采用同塔雙回緊湊型輸電線路的社會、經濟效益會更加顯著。

500kV同塔雙回緊湊型輸電線路充電無功大于常規500 kV輸電線路，對于長距離500 kV緊湊型輸電線路，即使兩端安裝了高壓電抗器，線路中部的電壓仍比較高，而合空載長線時操作過電壓最高值也發生在線路中部。

1 500 kV同塔雙回緊湊型輸電線路的塔型及參數

圖1 500 kV同塔雙回緊湊型輸電線路塔型

典型的500 kV同塔雙回緊湊型輸電線路采用LGJ－300×6導線，塔型如圖1所示。三相導線按等邊倒三角排列，相導線間（中心至中心）距離為6.7 m，三相導線的幾何均距（GMD）亦為6.7 m。每相6根子導線按等六邊形排列，六邊形外接圓直徑為750 mm，六邊形的一對平行邊為水平方向，邊長為375 mm。各相均采用V型絕緣子金具串懸掛導線，下相導線除V型絕緣子金具串外，另加一垂直絕緣子串;V型絕緣子串的絕緣子采用合成絕緣子，串長為4 340 mm。

采用EMTP程序對該輸電線路參數進行仿真，并與常規同塔雙回LGJ－400×4號線的輸電線路進行比較，結果如表1所示。

表1 輸電線路參數比較

與普通型同塔雙回輸電線路參數相比，緊湊型同塔雙回輸電線路正序電抗減少了30.6%，充電無功增加了49.7%，自然輸送功率增加了46.9%。

2 操作過電壓

蒙東電網位于東北電網西部，赤峰電網位于蒙東電網最南部，赤峰地區是電力外送地區，目前通過500 kV白音華電廠—巴林—青山—燕南通道將多余電力送入遼寧地區。隨著赤峰地區電源的進一步增加，建設了500 kV巴林—阜新輸變電工程。巴林—阜新輸電線路采用LGJ－300×6型緊湊型輸電線路，同塔雙回架設，建設方案如圖2所示。由于線路比較長，充電無功比較多，因此，在每條線路兩端各裝設1組180 Mvar高壓并聯電抗器以限制工頻過電壓。

圖2 工程建設方案

對圖2所示系統進行操作過電壓計算，工程擬建線路和其相鄰一級500 kV線路采用與頻率相關的JMARTY模型，其余500 kV線踐采用分布參數模型，簡化后的系統保留操作線路饋電側母線同一電壓等級（500 kV）的所有線路及饋電側母線的前一級母線，各主要節點的電壓和功角與潮流計算結果相同。巴林與阜新2個變電站等值到主變低壓側，在對系統等值計算的基礎上，應用EMTP程序計算操作過電壓，線路兩端均裝設金屬氧化鋅避雷器，合閘120次，巴林側和阜新側合閘時2%過電壓沿線分布如圖3、圖4所示。

由圖3、圖4可以看出，操作過電壓的最高值不是分布在線路的兩側，均發生在線路的中部。巴林側合閘時，最高過電壓發生在距巴林側約230 km處，最高值為2.0。阜新側合閘時，最高過電壓發生在距巴林側約180 km處，最高值為2.06。

根據DL/T620—1997《交流電氣裝置的過電壓與絕緣配合》規定，500 kV輸電線路最大合閘過電壓不超過2.0。因此，應采取限制操作過電壓的措施。對這種過電壓的限制，常采取兩種傳統的限制措施:一是將斷路器合閘電阻作為限制的主要手段，把避雷器作為后備保護，即一般所說的兩道防線;二是只利用避雷器來限制合閘過電壓。合閘電阻僅能用來限制某些（合閘、重合閘）過電壓，而MOA則可用來限制各種操作過電壓，同時可以用作行波保護;合閘電阻限壓效果不穩定，分散性大，而MOA限壓效果穩定，分散性小，因此，只研究用避雷器限制操作過電壓的措施。

可以看出兩端合閘的操作過電壓都成弓形分布，能量主要集中在線路中部，因此，應在線路中部加裝避雷器，在節點3、4、5分別加裝444型線路避雷器后，巴林和阜新側分別空載合閘操作過電壓沿線分布如圖5～圖10所示。

通過在線路中部節點3和節點4加裝線路型避雷器后，巴林和阜新側三相合閘產生的沿線單相對地過電壓降到了2.0 p.u．以下，可滿足行業標準，在節點5加裝避雷器，無法全部吸收多余能量，沿線過電壓仍維持在過高水平。因此，建議在線路中部距離巴林側150～200 km處加裝避雷器，抑制操作過電壓水平。通過分析表明，在線路中部加裝線路避雷器可限制操作過電壓在規程的范圍之內。

3 與傳統加裝合閘電阻法比較

3.1 經濟比較

巴林—阜新輸變電工程2回500 kV線踐若采用加裝合閘電阻限制操作過電壓，需要在2回線路兩端斷路器上均加裝合閘電阻，在4組斷路器上加裝合閘電阻，每臺斷路器增加成本約100萬元，總共增加成本約400萬元。

若在線路中部距離巴林側150～200 km處加裝避雷器，只需加裝2組金屬氧化鋅避雷器，每組金屬氧化鋅避雷器成本約30萬元，總共增加成本約60萬元。

從本期工程投資角度看，采用線路中部加裝線路避雷器比采用合閘電阻節省投資340萬元。從遠期電網發展角度看，500 kV巴林—阜新線路要雙π入位于線路中部的奈曼變電站，不存在長度超過200 km的500 kV線路，500 kV操作過電壓能滿足規程要求，斷路器上的合閘電阻需拆除，但線路避雷器可繼續使用或拆除后搬至其它地點繼續使用。因此，無論是從近期還是從遠期看，采用線路中部加裝線路避雷器比采用合閘電阻經濟。

3.2 技術比較

合閘電阻僅能用來限制某些（合閘、重合閘）過電壓，MOA可用來限制各種操作過電壓，同時可用作行波保護，MOA限壓效果穩定，分散性小。對于一個給定的接線系統結構，合閘電阻存在一個最佳值，即“U”型曲線，只有當其為最佳值時，限壓效果最好，但實際上難以做到，MOA則不存在該問題。因此，從保護能力方面看，MOA顯然優于合閘電阻。

根據比較可以看出，無論從技術上還是從經濟上，采用線路中部加裝線路避雷器比采用合閘電阻好。

4 結論

a．與普通型同塔雙回輸電線路（LGJ－400× 4）參數相比，緊湊型同塔雙回輸電線路（LGJ－300×6）正序電抗減少了30.6%，充電無功增加了49.7%，自然輸送功率增加了46.9%，因此，緊湊型導線的輸送能力強，有利于保護系統暫態穩定。

b．用線路金屬氧化鋅避雷器限制操作過電壓是可行的，與裝設合閘電阻相比不但經濟上節約工程投資，而且可用來限制操作過電壓，限壓效果穩定，分散性小。

c．隨著電網發展，500 kV變電站布點越來越多，500 kV線路長度越來越短，限制線路操作過電壓只是電網過渡時期措施，在過渡時期采取的措施力求經濟簡單，在線路中部裝設避雷器限制操作過電壓具有一定的優越性。

［1］王紹德，李耀玲．昌房500 kV緊湊型線路運行特性分析［J］．電網技術，2000，24（2），10－13．

［2］張建．福建500 kV水莆泉線路操作過電壓計算分析［J］．福建電力與電工，2001，21（2），21－23．