中俄聯(lián)網(wǎng)500kV輸電線路過電壓研究

胡遠(yuǎn)婷，郭 裊，高 穎，劉 進(jìn)，周柏茹

(1.黑龍江省電力科學(xué)研究院，哈爾濱150030;2.大慶電業(yè)局，黑龍江 大慶163000)

中俄“背靠背”聯(lián)網(wǎng)輸電工程是中俄兩國繼石油、天然氣之后在電力方面的能源合作項(xiàng)目，工程投產(chǎn)后俄遠(yuǎn)東電網(wǎng)預(yù)計(jì)每年向中國黑龍江省輸送36～43億kW·h電量。因此，為保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，本文根據(jù)聯(lián)網(wǎng)后的運(yùn)行方式對線路整體情況進(jìn)行了仿真，利用EMTPE軟件對線路的工頻電壓分布情況及工頻過電壓和操作過電壓進(jìn)行了分析［1］。

1 系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)

1.1 系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

興黑線的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖1中只畫出了與所研究系統(tǒng)相連的線路。興黑線是中俄之間唯一的一條500 kV電力輸送通道，同時也是北部電網(wǎng)和中部電網(wǎng)之間唯一的一條500 kV聯(lián)絡(luò)線。該線路一端是500 kV黑河換流站，另一端是500 kV興福變。興福變通過500 kV興松線、永興線、群興線分別與500 kV松北變、永源變、群林變相連。另外，黑河換流站和興福變均有220 kV出線，通過黑河變、錦江變、孫吳變、北安變、海倫變、綏化變等220 kV變電站之間的聯(lián)絡(luò)線與500 kV系統(tǒng)構(gòu)成電磁環(huán)網(wǎng)。

圖1 興黑線附近網(wǎng)架結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 線路參數(shù)配置

500 kV興黑線線路全長410.664 km，鐵塔共計(jì)1 012基，導(dǎo)線型號為4×LGJ－400/35，四分裂，分裂間距為450 mm，導(dǎo)線直徑為26.82 mm，直流電阻率為0.073 9 Ω/km。土壤電阻率為100 Ω/m，地線型號為 GJ－80，直徑為14.25 mm，直流電阻率為2.46 Ω/km。線路避雷器型號為Y20W5－444/1063，額定電壓為444 kV，雷電沖擊殘壓為1 063 kV。導(dǎo)線的排列方式及換位情況如圖2所示。

圖2 500 kV興黑線線路排列方式及換位情況(單位:km)

興黑線兩側(cè)各裝設(shè)一組容量為210 Mvar的高抗，高抗額定電壓為525 kV。中性點(diǎn)小電抗為272 Ω。

桿塔形式大部分為“酒杯型”鐵塔，中間相和左右相導(dǎo)線最低弧垂點(diǎn)距地面的平均高度分別為45.0 m和42.5 m，地線對地的平均高度為57.8 m。

2 系統(tǒng)建模

2.1 建模原則和等值網(wǎng)絡(luò)

仿真計(jì)算模型的建立過程通常分為兩步:首先將不需研究的區(qū)域進(jìn)行簡化;之后選取合適的模型對關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行等值，形成以關(guān)鍵區(qū)域?yàn)橹鞯牡戎岛喕Ｐ汀Σ僮骶€路進(jìn)行電磁暫態(tài)計(jì)算，一般采用以下原則:

1)保留操作線路的饋電側(cè)母線上同一電壓等級(500 kV)的所有線路，因而至少需要保留到饋電側(cè)母線的前一級母線。

2)各保留節(jié)點(diǎn)的電壓和功角與潮流計(jì)算結(jié)果相符［2］。

按照以上原則對興黑線進(jìn)行建模，利用PSASP的靜態(tài)和動態(tài)等值模塊對不需要研究的區(qū)域進(jìn)行等值，等值子系統(tǒng)的邊界母線為220 kV呼瑪變、錦江變、海倫變、康金變、500 kV松北變、永源變和群林變。系統(tǒng)運(yùn)行方式為2012年冬季大負(fù)荷。邊界母線的等值電壓和相角如表1所示。等值子系統(tǒng)的正序阻抗和零序阻抗如表2和表3所示。

表1 等值子網(wǎng)絡(luò)邊界母線信息

表2 等值子網(wǎng)絡(luò)的正序阻抗

表3 等值子網(wǎng)絡(luò)的零序阻抗

2.2 研究對象仿真模型建立

當(dāng)架空線路的長度超過300 km時，即為長線路，對于這種線路，需考慮它們的分布參數(shù)特性和線路參數(shù)與頻率相關(guān)的線路模型［3］。在EMTPE中這種線路模型為J.MARTI模型，J.MARTI模型可用來計(jì)算一定頻率范圍內(nèi)的線路參數(shù)，由于引入了頻率因素，因此該模型的設(shè)置過程較為復(fù)雜［4］。在EMTPE中若用J.MARTI模型來模擬N個導(dǎo)體的分布參數(shù)輸電線路，則應(yīng)首先調(diào)用線路支持程序。這樣，根據(jù)線路的幾何尺寸(包括線路長度、大地電阻率等)就可以得到相應(yīng)的頻率相關(guān)線路參數(shù)。

500 kV興黑線屬于長線路，且在進(jìn)行過電壓計(jì)算時，不能忽略相間電容及相對地電容所產(chǎn)生的影響，需考慮線路的分布參數(shù)特性，因此應(yīng)該采用J.MARTI模型對興黑線進(jìn)行仿真計(jì)算。由于長線路之間存在線路之間的耦合作用，因此用軟件進(jìn)行仿真時，線路的長度不宜超過30 km，綜合考慮興黑線線路的換相情況，仿真計(jì)算時將線路分成18段。研究對象的簡化模型如圖3所示。

圖3 研究對象簡化仿真模型

3 計(jì)算結(jié)果

3.1 工頻電壓分布

由于輸電線路存在阻抗，因此線路首末端電壓及沿線電壓是不相同的，根據(jù)興黑線的實(shí)際運(yùn)行及線路換位情況，將線路運(yùn)行參數(shù)代入模型中進(jìn)行計(jì)算，可得到全線路19個節(jié)點(diǎn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時的電壓分布，如表4和圖4所示。

圖4 興黑線穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時線路電壓分布

3.2 工頻過電壓

當(dāng)線路斷路器進(jìn)行單相或兩相分閘(或合閘)操作時，三相輸電線路為非全相運(yùn)行，由于線路相間電容和互感的作用，因此在開斷相上會產(chǎn)生電壓。當(dāng)線路上裝設(shè)并聯(lián)電抗器時，若參數(shù)配合不當(dāng)，可能出現(xiàn)工頻諧振。斷開相上出現(xiàn)較高的工頻諧振過電壓，對高抗的絕緣不利。對于這類工頻諧振過電壓，可以通過高抗中性點(diǎn)接入合適阻值的小電抗加以限制和消除［5］。興黑線非全相運(yùn)行時的工頻過電壓如表5所示。

3.3 操作過電壓

按照中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)與絕緣配合》中的要求，空載線路合閘、單相重合閘和成功的三相重合閘(如運(yùn)行中使用時)，在線路上產(chǎn)生的相對地統(tǒng)計(jì)過電壓，對500 kV 系統(tǒng)不宜大于 2.0 p.u.(1 p.u.=550 ×興黑線最高相對地2%統(tǒng)計(jì)操作過電壓的計(jì)算結(jié)果如表6所示。

表4 興黑線穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時沿線電壓分布

表5 興黑線非全相運(yùn)行時的工頻過電壓 kV

表6 興黑線相對地2%統(tǒng)計(jì)操作過電壓 p.u.

4 結(jié)論

1)線路正常運(yùn)行時，興黑線上的工頻電壓分布均勻，各相電壓的大小與相角和線路的相序有很大關(guān)系。

2)500 kV興黑線線路故障單相跳閘后，故障相的最高電壓為76.94 kV，高抗中性點(diǎn)小電抗的電壓為45.18 kV。500 kV興黑線線路故障兩相跳閘后，故障相的最高電壓為90.75 kV，高抗中性點(diǎn)小電抗的電壓為56.66 kV，均不會發(fā)生諧振。

3)對500 kV興黑線進(jìn)行單相重合閘操作和合空線操作時，母線側(cè)相對地最高操作過電壓均不超過2.0 p.u.，滿足電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4)直流急停情況下，母線及黑河—綏化沿線操作過電壓最高為1.54 p.u.，電壓較低避雷器未動作。

［1］崔金靈，童軍心.500 kV夢羅I回調(diào)試過電壓的計(jì)算與分析［J］.江西電力，2005，5(29):34 －37.

［2］彭向陽，鄭彬，梁文近.500 kV線路高抗退出運(yùn)行及選擇備用電磁暫態(tài)［J］.高電壓技術(shù)，2010，3(36):699 －704.

［3］魯鐵成.電力系統(tǒng)過電壓［M］.北京:中國水利電力出版社，2009.

［4］施圍，邱毓昌，張喬根.高電壓工程基礎(chǔ)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［5］侯益靈，楊高才.永州宗元500 kV輸變電工程過電壓計(jì)算研究［J］.湖南電力，2010，1(30):8 －10

［6］中華人民共和國電力工業(yè)部.交流電氣裝置的過電壓保護(hù)與絕緣配合［S］.北京:中國電力出版社，1997.