浙福特高壓交流輸電工程感應電壓與恢復電壓研究

辛 亮，趙丹丹，曹 路，莊侃沁

（1.國網上海電力科學研究院，上海 200437；2.國家電網公司華東分部，上海 200120）

浙北—福州特高壓工程是國家電網繼特高壓交流試驗示范工程、皖電東送工程之后，投資建設的第三個特高壓交流工程。該工程建成后，福建和浙江電網形成特高壓和500k V共2路通道、4回線路聯系，抵御臺風、冰災等自然災害能力增強，電網安全穩定運行水平大幅提高。本文對該條特高壓線路典型工況下的的感應電壓、恢復電壓和潛供電流進行了分析研究，評估在目前配置下平行線路間諧振情況，并對高抗中性點小電抗的配置提出意見，也為特高壓帶電作業提供理論依據。

1 浙福特高壓感應電壓電流仿真計算

感應電壓、環流可分為電磁感應、靜電感應兩部分。靜電感應主要是由于導線間耦合電容引起，帶電導線通過電容耦合使得平行線路產生感應電壓。靜電感應電壓、電流的計算建立在麥克斯韋方程的基礎上［1］。電磁感應指回路間的磁耦合效應，與靜電感應分量不同，電磁感應電壓的大小取決于負荷電流、線路長度和導線布置方式，而與輸電線路的電壓等級無關。電磁感應電壓、電流的計算建立在導線全阻抗的基礎上。

浙福特高壓工程起于浙江安吉站，經浙中、浙南特高壓變電站，達到福州特高壓站。其中浙北～浙中總線長197.4 km，浙中—浙南段總線長121.5 km，浙南～福州段總線長279 km。三條線路均為三段式完全換位。

本文對浙福特高壓2014～2015年典型運行工況下同塔雙回線路中一回停運一回運行時，停運回上的感應電壓和電流進行了計算。同塔雙回線路的模擬示意圖見圖1，假設I回路處于運行狀態，II回路處于停運狀態，KL和KSH分別為II回路兩側的接地開關。

在I回路運行過程中，II回路兩側接地開關可能產生的以下幾種工況：

（1）KL和KSH均處于接地狀態，則兩側接地開關均連續承載感性感應電流，操作任一側開關將斷開感性電流。

（2）KL處于接地狀態，KSH處于斷開狀態，則KL上承載靜電感應電流，KSH上承受電磁感應電壓；操作KL將斷開靜電感應的電容性電流，操作KSH將關合電感性電壓。反之亦然。

（3）KL和KSH均處于斷開狀態，則兩側接地開關均承受容性感應電壓，操作任一側開關將關合電容性電流。

以下僅以浙北—浙中段為例，說明感應電壓電流的計算過程。浙福特高壓線路浙北—浙中線路約為197.4 km，I回線路及II回線路一端各配置容量為720 MVA的高抗，額定電壓為1 100 k V，則高抗的阻抗為1 680Ω。根據計算，浙北～浙中線路I回和II回線路的正序電容平均為0.013 817 2μF／km，根據特高壓運行規范，特高壓線路上的電壓應在1 000～1 100 k V，假設該線路運行在最高運行電壓，則單回線路的充電電流為2.76 A／km，總充電電流為544.2 A，總充電功率為1 036.8 MVar，而此時高抗運行在其額定電壓下，其補償的容量為720 MVar。線路的補償度為

浙福特高壓線路浙北—浙中感應電壓電流計算結果見表1［2］。在目前的線路布置以及高抗配置下，浙北～浙中線路的感應電壓在不同的運行方式下均在50 k V以下，而靜電感應電容電流則在12 A左右，電磁感應電壓和電磁感應電流則隨著負荷的變化而變壓，在2014年冬季低谷負荷時，浙北—浙中線路的輸送功率僅有220 MW，此時的電磁感應電壓最低僅為0.58 k V，電磁感應電流最低為不到11 A，而當線路輸送功率變大，以上兩個電磁感應兩也會變大，當單回輸送功率達到3 000 MW時，電磁感應電壓為3.07 k V，電磁感應電流為47.78 A。

表1 浙北—浙中特高壓線路感應電壓電流

根據計算結果，浙北—浙中線路的靜電感應電壓最高為47.3 k V左右，靜電容性電流在12.4 A左右，電磁感應電壓最高為3.07 k V，電磁感應電流最高為47.78 A，均在接地開關的關合能力范圍之內。

2 浙福特高壓輸電線路恢復電壓和潛供電流研究

當線路的故障相兩側斷路器跳閘后，由于非故障相與故障相之間存在電容與互感，雖然短路相的電源已被切斷，但故障點弧光通道中仍有一定的電流流過，這個電流即是潛供電流。潛供電流的存在，將維持故障點處的電弧，使之不易熄滅。另外，當潛供電流熄滅以后，由于線路間的電容耦合，斷開相上立即會出現感應電壓，這個電壓成為恢復電壓。如果故障相短路點的對地電壓很高，由于短路點電弧燃燒，弧光通道的存在很多游離電子，容易使短路點再次出現弧光接地現象，導致線路自動重合閘失敗。線路的潛供電流和恢復電壓與輸電線路的參數、線路的補償情況、線路兩端的運行電壓、輸送潮流有關，與線路兩側的網絡結構關系不大。高壓線路需采取一定的措施減小輸電線路的潛供電流和恢復電壓，本文對浙福特高壓線路的潛供電流和恢復電壓進行了研究。

2.1 浙福特高壓線路潛供電流恢復電壓計算

本文就浙福交流特高壓系統典型運行工況，計算了一回線路處于運行、檢修和冷／熱備用運行狀態下，另外一回線路A、B、C三相分別發生單相故障接地時的潛供電流和恢復電壓，以浙北～浙中段為例，計算結果如下：該線路總長197.4 km，并聯補償高抗容量為720 MVA，中性點小電抗為1 000Ω。

在2014年冬季低谷負荷運行方式下，浙北站運行電壓為1061.1 k V，浙中站運行電壓為1 065.8 k V，浙北—浙中段線路潮流為327.6－j1196.4 MVA；在2015年夏季高峰負荷運行方式下，浙北站運行電壓為1 050.6 k V，浙中站運行電壓為1 045.3 k V，浙中—浙北段線路潮流1402.9-j1156.5 MVA。該線路的潛供電流和恢復電壓的計算結果如表2所示。

從表2中可看出，浙北—浙中段特高壓交流線路的最大恢復電壓為87.87 k V，相應的最大潛供電流為24.41 A，最大恢復電壓梯度為8.37 k V／m。根據不同電流下潛供電弧自滅時限推薦值（保證率90%），潛供電弧自滅時限推薦值為0.18～0.22 s，考慮故障點絕緣恢復時間和一定的時間裕度后，浙北—浙中段特高壓交流線路發生瞬時單相接地故障后故障點恢復絕緣的時間應不會影響單相重合閘的成功率。

圖2 浙北—浙中II回線路感應電壓沿線的分布

表2 浙北—浙中線路潛供電流和恢復電壓

2.2 中性點小電抗對浙福特高壓線路潛供電流恢復電壓的影響

當潛供電流較大和恢復電壓較高時，就要采取措施加快潛供電弧的熄滅。目前，超、特高壓輸電系統主要采取以下措施：（1）高壓并聯電抗器中性點加裝小電抗；（2）使用快速接地開關，當系統發生單相接地兩端開關開斷后動作，將故障點的開放性電弧轉化為開關內電弧，使故障點的潛供電流大大降低；（3）采用良導體架空地線，減小線路的零序阻抗，增大地線感應反電流，減小線路的潛供電流的感性分量；（4）自適應單相自動重合閘，根據潛供電弧熄弧時間自適應地調整單相重合閘的合閘時間，提高重合成功率，提高系統穩定水平［3，4］。

根據浙北—浙中—浙南—福州全線的潛供電流和恢復電壓的計算結果：浙北—浙中段線路的最大潛供電流為24.41 A，在三段交流特高壓線路中最高；浙中—浙南線路的最大恢復電壓156.9 k V在三段交流特高壓線路中最高。線路并聯高抗的中性點小電抗對線路潛供電流和恢復電壓有較好的限制效果，因此本文對浙北～浙中～浙南兩段線路上的高抗中性點小電抗配置阻抗進行了研究分析，計算結果如下。

根據潛供電流和恢復電壓的計算結果，在夏季高峰負荷情況下，其潛供電流和恢復電壓的水平較其他運行狀態略高，且當故障發生在B相時，線路的潛供電流和恢復電壓較A相和C相發生故障時的潛供電流和恢復電壓大。浙中—浙南段線路則在冬季低谷運行方式下，一回線路備用，一回線路運行，而運行回在浙南端B相發生單相接地故障時取得。因此，在研究浙中—浙南段線路高抗中性點小電抗的配置時，以在冬季低谷運行方式下，另一回線路處在備用狀態，運行回浙南端B相發生單相接地故障的工況下進行研究。

表3 浙中—浙南線路不通中性點電抗下的潛供電流和恢復電壓

表3是浙中—浙南線路在不通并聯電抗器中性點電抗的阻值下的潛供電流和恢復電壓，圖3是恢復電壓和潛供電流隨并聯高抗中性點電抗的變化曲線，從計算結果看，對于浙中～浙南段交流特高壓線路，在目前的并聯高壓電抗器的配置下，在并聯高抗中性點電抗阻值在600Ω～1 200Ω范圍內逐漸增加時，該線路的潛供電流和恢復電壓會隨之降低，但隨著電抗阻值的逐步增加，潛供電流和恢復電壓的變化速率逐步減小，逐步趨向飽和。

3 結論

本文對浙福特高壓系統典型運行工況下同塔雙回線路中一回停運一回運行時，停運回上的感應電壓和電流進行了計算；以及一回線路處于運行、檢修和冷／熱備用運行狀態下，另外一回線路A、B、C三相分別發生單相故障接地時的潛供電流和恢復電壓進行了仿真研究，并且針對浙中—浙南線路研究了并聯電抗器中性點電抗對線路潛供電流和恢復電壓的影響，得到以下結論：

（1）在并聯高抗的作用下，浙福特高壓線路上雙回之間的靜電感應電壓均在80 k V以下，靜電感應電流在12 A左右，而電磁感應電流均在80 A以下，電磁感應電壓均小于5 k V。在典型運行工況下，目前線路配置的浙福交流特高壓線路的靜電感應電壓、容性電流、電磁感應電壓、電磁感應電流均在接地開關的關合能力范圍之內。

（2）對于浙中—浙南段交流特高壓線路，在目前的并聯高壓電抗器的配置下，在并聯高抗中性點電抗阻值在600～1 200Ω范圍內逐漸增加時，該線路的潛供電流和恢復電壓會隨之降低，但隨著電抗阻值的逐步增加，潛供電流和恢復電壓的變化速率逐步減小，逐步趨向飽和。

圖3 恢復電壓和潛供電流隨并聯高抗中性點電抗的變化曲線

（3）就浙北—浙中—浙南—福州交流特高壓線路目前的設計情況，該線路的潛供電流均低于30 A，恢復電壓梯度均小于15 k V／m，潛供電弧自滅時限推薦值均小于0.22 s，在線路瞬時單相接地故障后故障點恢復絕緣的時間基本不會影響單相重合閘的成功率。

［1］ 謝廣潤.電力系統過電壓［M］.北京：水利電力出版社.

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