西寧—日月山750 kV同塔雙回線路接地開關選擇研究

2011-06-25 07:54:22鐘蓉

四川電力技術 2011年5期

鐘蓉

(湖南省送變電建設公司，湖南長沙 410007)

0 引言

西寧—日月山750 kV輸電線路工程是西寧—日月山—烏蘭—格爾木750 kV輸變電工程的一部分，也是青藏聯網工程的配套項目。本工程是為了貫徹落實黨中央、國務院實施“西部大開發”的戰略目標，緩解海西電網近期缺電局面，滿足遠期海西地區社會經濟對電力發展的要求，對于提高海西電網的供電可靠性，加快海西地區經濟、社會發展，增進民族團結，具有重要的經濟及政治意義。

西寧—日月山段線路位于青海省經濟發達的海東地區，線路沿線村落密集，道路縱橫交錯，為節約走廊資源，西寧—日月山段線路按同塔雙回線路設計［1］。對于同塔雙回線路中一回線運行，另一回線停運時，在停運線路上將感應產生較高幅值的電壓和電流。這主要是由于兩回線路的靜電耦合和電磁耦合產生的。該現象將給停運線路的檢修工作以及兩站拉合地刀的操作帶來不利的影響，停運線路兩端接地開關需要合理選擇，使其具有開合感應電流、感應電壓的能力。

結合西寧—日月山750 kV輸變電工程實際，從研究模型、原理分析及仿真計算等方面對750 kV同塔雙回線路的接地開關參數進行了研究，其相關結論對750 kV同塔雙回線路接地刀選擇有重要參考意義。

1 研究模型

近距離的兩回線路之間通過電感、電容耦合可相互感應，這種感應不會影響線路的正常運行，但當有一回線路檢修、一回正常運行時，檢修線路中將產生感應電流和感應電壓。

對于高壓輸電線路，需要對其配置線路接地開關，配置此類接地開關的主要目的，是為了在線路停電檢修時，確保檢修人員的人身安全。所以，相關標準要求接地開關必須在主回路與大地之間提供合適可靠的電氣連接。

通常，接地開關只有在被連接的主回路隔離開關分閘后才操作。因此，在輸電線路正常情況下，它是不需要開、合電流的。

研究中考慮線路接地開關的3種工況，即線路兩端接地;線路一端接地、另一端不接地;線路兩端均不接地。

停運線路中產生的感應電流和電壓的計算工況描述如下。

1)工況1

在檢修過程中，檢修線路兩端的刀閘是接地的，系統模型可用圖1來表示。此時Ⅱ回線因電磁感應，將沿回路1形成感應電流(見圖1)。當檢修完成后，首先斷開的接地刀閘需切斷回路1的感應電流。在該種工況下，由于電磁耦合而產生的電磁感應電流最大。

圖1 檢修線路兩側接地刀合閘

2)工況2

當一側接地刀閘斷開后，系統模型可用圖2來表示。由于同桿雙回線路間的靜電耦合作用，將沿回路2形成感應電流;同時，Ⅱ回線由于一側斷開，由于電磁耦合作用，將在斷開端形成較高的感應電壓。在該工況下，將感應產生較大的電磁感應電壓和靜電感應電流。

圖2 檢修線路一側接地刀閘打開

3)工況3

在兩側的接地刀閘均斷開后，系統模型可用圖3來表示。此時因同桿雙回線路間的靜電耦合作用，將在Ⅱ回線路上產生較高的感應電壓。在該工況下，因靜電耦合而產生的靜電感應電壓最大。

圖3 檢修線路兩側接地刀閘打開

一般而言，線路兩端接地時，對應的感應電流為感性電流(電磁感應電流);線路一端接地，另一端不接地時，對應的感應電流為容性電流(靜電感應電流)，不接地端的感應電壓為感性電壓(電磁感應電壓);線路兩端均不接地時，對應的感應電壓為容性電壓(靜電感應電壓)。詳細定義如下。

電磁感應電流，是當不帶電的輸電線路的另一端接地，且通過電流的帶電線路與此接地線路平行和鄰近，接地開關在不帶電的輸電線路的一端使線路接地或不接地時，接地開關能夠開合的感性電流。

電磁感應電壓，是當不帶電的輸電線路的另一端接地，且通過電流的帶電線路與此接地線路平行和鄰近，接地開關在不帶電的輸電線路的一端使線路不接地時，接地開關上的電壓。

靜電感應電流，是當不帶電的輸電線路的另一端開路，且通過電流的帶電線路與此接地線路平行和鄰近，接地開關在不帶電的輸電線路的一端使線路接地或不接地時，接地開關能夠開合的容性電流。

靜電感應電壓，是當不帶電的輸電線路的兩端開路，且通過電流的帶電線路與此接地線路平行和鄰近，接地開關上的電壓。

輸電線路接地刀主要依據以上4個參數的計算值進行選擇。

2 原理分析

從前面對感應電壓和感應電流的產生模型分析，電磁感應主要與停運線路周圍的磁場有關，交變的磁場在停運線路上感應出電壓和電流。因為停運線路周圍的交變的磁場大小與另一回運行線路的負荷電流(或者說傳輸功率)大小密切相關，所以停運線路的電磁感應電壓和電流與運行線路的負荷電流大小有關。

靜電感應主要與停運線路周圍的電場有關，因為電場的存在，運行線路對地保持一定的電勢，停運線路處于運行線路的電場中，感應后而獲得對地電壓。所以靜電感應電壓與線路運行線路電壓，線路兩端接地情況聯系密切。

根據感應電壓和感應電流的形成機理，對影響感應電流和感應電壓的主要因素歸納如下。

運行線路的線路電壓，負荷電流，平行線路長度，相間及回路間距離、導線高度，線路的換位方式，線路高壓電抗器配置情況，線路兩端接地情況，導線的相序排列，運行線路操作的影響等。

2.1 線路兩端接地情況

停運線路接地線電阻大小和接地位置對感應電壓大小影響較大。當停電檢修的線路兩端都不接地時，帶電回路在停電回路上感應的電壓較高;當停電檢修的線路一端接地時，帶電回路在停電回路上感應的最高電壓顯著降低。

停運線路兩端懸浮時，不僅存在靜電感應還存在電磁感應，靜電感應電壓遠遠大于電磁感應電壓，靜電感應起決定因素。線路輸送功率的大小對靜電感應電壓幾乎沒有影響。當停電線路一端接地時，線路輸送的功率大，帶電回路在檢修回路上感應的電壓也會增大。這是因為兩端都不接地時，靜電耦合占主導作用，而一端接地時，則靜電耦合影響減弱，電磁耦合影響相對增強。

感應電壓受潮流方向和大小影響不大，主要取決于接地狀態，雙側不接地時最大，單側接地時另一側感應電壓明顯降低，兩側接地后接地點無電壓，接地點感應電流隨潮流增大而增大。

2.2 相間及回路間距離、導線高度

電磁感應電壓主要由運行線路的電流產生，其值的大小與塔型尺寸的關系較小。但是，靜電感應電壓的大小與塔型尺寸關系較大，這是因為后者是一個電容分壓的效果。當導線高度越高、運行線路與停運線路間的相間距離越小，則停運線路對地容抗與對運行線路容抗值的比值越大，則分壓越多，靜電感應電壓越大。

2.3 線路長度

靜電感應電流大小與線路長度有關，基本呈正比例關系。靜電感應電壓大小與線路長度關系不大。電磁感應電流大小與線路長度基本無關。電磁感應電壓大小與另一回線路長度有關，基本呈正比例關系。

2.4 負荷電流

電磁耦合主要與電流有關，運行線路帶載時，沿線電流較大，運行線路空載時，沿線電流逐漸減小，末端電流為零。

當停運線路兩端懸浮時，靜電感應起主要作用。由于運行線路空載時的沿線電壓一般較負載時的沿線電壓高，因此在運行線路空載時停運線路沿線的感應電壓比在運行線路負載時停運線路上的感應電壓略大。

停運線路一端接地時，電磁感應起主要作用，因此在運行線路空載時停運線路上的感應電壓比運行線路在負載時停運線路沿線的感應電壓小。

靜電感應電流大小與另一回線路輸送的功率基本無關。靜電感應電壓大小與另一回線路輸送的功率的關系也不大。電磁感應電流大小與另一回線路輸送的功率有關，基本呈正比例關系。電磁感應電壓大小與另一回線路輸送的功率有關，基本呈正比例關系。

2.5 運行線路電壓

靜電耦合主要與電壓有關。當運行線路的電壓水平較高，如線路空載運行，或線路處于電網的送端時，對停運線路感應的電壓水平比較高。

2.6 高壓電抗器配置的影響

帶高壓電抗器的同桿雙回線間的穩態和瞬態耦合作用明顯強于不帶高壓電抗器的同桿雙回線路。感應電壓和電流的大小一般隨線路高壓電抗器的補償度增大而增大，補償度高的線路感應電壓和電流也大。當線路高壓電抗器的小電抗選擇不合適時，停電線路甚至可能會產生危險的諧振過電壓。

當同桿雙回線路帶有高壓電抗器時，線路對地的容抗增大，從靜電耦合的角度來看，停運線路在運行線路與地之間的分壓比增大，兩回路之間靜電感應更為加強，因此有人稱帶高壓電抗器的同桿雙回線路為強聯系的雙回線。

2.7 導線排列的影響

現在，一般同桿雙回路架設的線路都是鼓型排列，L1、L2、L3三相垂直分布。無論是正相序排列還是逆相序排列，最高感應電壓基本相同且均出現在上相，因為上層導線對帶電回路對稱性差，且對地電容較小，所以感應的靜電電壓最大。線路換位，可以略微改善停運回路上的靜電感應電壓。

2.8 運行線路操作的影響

當對運行線路進行操作，停運線路全線不接地時，無論從運行線路的哪一側切運行線路，在停運線路上都會產生相當高的衰減拍頻振蕩電壓，沿線電流也很大，而當停運線路一端或兩端接地時，則可大大降低感應電壓。

3 相關標準

IEC 62271－102標準［2］接地開關額定參數限值如表1所示。其中A類開關主要為滿足一般單回線路接地需要，而B類開關則面向同塔雙回線路接地需要。事實上，根據不同系統條件，在同塔雙回線路設計中，相關感應電壓、電流是有可能超過該標準限值的，因此，結合具體工程實際，通過對不同工況的仿真計算，給出相應的接地開關限值要求是必要的。