500kV同桿雙回輸電線路操作過電壓研究

楊林莉

摘 要：文章結合江蘇電網的連云港北（臨海）變電站，解釋了操作過電壓的產生機理及影響因素。利用電磁暫態仿真軟件（EMTPE），詳細介紹了在該程序中操作過電壓的計算模型和計算方法，得出結論并為工程上的設備選型提供依據。

關鍵詞：操作過電壓；合閘電阻；500kV同桿雙回；EMTPE

引言

隨著連云港地區社會經濟的發展和電力負荷的不斷提高，500kV連云港北（臨海）變電站的建設勢在必行。而連云港北（臨海）變電站通過至伊蘆的雙回線路接入500kV電網。線路路徑長約70km。對于這種距離比較長的線路，我們必須進行過電壓研究，以便了解在投切線路時產生的操作過電壓，事先作出防范措施（是否裝設合閘電阻），避免一次設備在試驗和運行中發生損壞事故，保證設備的安全運行。下面文章將結合500kV伊蘆～連云港北（臨海）的工程實例，闡述操作過電壓的產生原理，并對不同運行方式下所產生操作過電壓進行了計算和分析。

1 操作過電壓的產生機理

在電力系統中，線路和電氣設備都有自己的電感和電容，當系統運行狀態發生變化時，由于電感和電容間電磁能量的互相轉換，就會引起振蕩性的過渡過程。這個過渡過程會在輸電線路、電氣設備甚至局部電網形成很高的電壓，遠超正常運行電壓，我們將其稱為操作過電壓。操作過電壓的幅值與波形與電力系統的參數有著密切的關系，由于其過渡過程的振蕩基值即是系統運行電壓，在不同的振蕩過程中，振蕩幅值最高可以達到最大相電壓峰值的3～4倍。經過長時間的驗證，隨著電壓等級越高，輸電線路越長，操作過電壓的幅值也就越高。

2 影響操作過電壓水平的有關因素

操作過電壓是斷路器操作時由線路產生行波而致，與合閘時機、電網運行方式等較多因素有關，通常采用統計方法描述。500kV系統2%概率過電壓要求不大于2.0p.u.。

2.1 線路長度

線路長度與操作過電壓水平有一定的關系，一般而言線路越長操作過電壓水平越高。

2.2 系統規模

系統強弱對線路過電壓有較大的關系。因此本報告結合附近相關500kV電網本期和遠景在系統中的情況，同時考慮開關設備開斷電流設計等情況，并且考慮了系統中運行方式的變化進行操作過電壓計算。

2.3 避雷器特性

根據500kV常規設計中氧化鋅避雷器配置原則，母線避雷器選用的額定電壓為420kV，線路避雷器選用的額定電壓為444kV。計算中對于500kV變電站（開關站）避雷器以及線路末端避雷器，在操作電流波（30/60μs）作用下殘壓特性的要求如表1所示。

3 計算模型的驗證與選取

3.1 線路參數與計算模型的選取

3.1.1 線路參數

（1）500kV伊蘆～連云港北（臨海）同塔雙回線路，導線型號為LGJ-4×630，線路長度約為70km；（2）新海電廠接入系統（單開斷環入500kV伊蘆～連云港北（臨海）線路）后新形成的500kV新海電廠～伊蘆、500kV新海電廠～連云港北（臨海）單回線路分別為43.4km、63.4km，500kV伊蘆～新海電廠開環點線路長度25km；500kV臨海～新海電廠開環點線路長度45km；開環點～新海電廠線路18.4km，新建開環線路為同塔雙回架設，導線型號為LGJ-4×630。線路具體參數如表2。

3.1.2 計算模型

EMTP程序中輸電線路的模型采用π型電路模型，對不同的線路長度要建立不同的電容和阻抗矩陣，對π型電路模型來說，π型段太少會影響計算精度，π型段太多又受EMTP程序數組維數的限制，且對計算精度的提高影響不大。分別用10段π型電路和6段π型電路對伊臨線進行模擬計算，計算結果相同，說明對于一定長度的輸電線路，π型段超過一定數目后，段數的增加對計算結果將不再有影響。在文章的π型電路模型法的計算中，全線用10段π型電路來模擬。

3.1.3 計算軟件

文章所使用的計算軟件為EMTPE（Electromagnetic Transients & Power Electronics），是專門應用于研究各種過電壓（如工頻過電壓、操作過電壓、工頻、雷電過電壓和高頻諧振過電壓）、單相重合閘過程中潛供電流和恢復電壓、發電機軸系扭振及次同步諧振（SSR）、發電機及各種電動機的過渡過程、諧波分析，短路電流計算、短路器關合電流及恢復電壓計算、各種過電壓下避雷器工況、電力電子裝置與FACTS裝置的仿真與分析、直流輸電系統的仿真與分析的研究以及對控制系統暫態特性的仿真、系統頻域響應分析、另外還將EMTPE軟件包還應用于計算、統計操作過電壓下輸電線路的絕緣閃絡率，預測操作和故障過電壓下輸電線路相間的絕緣閃絡率、預測操作和故障過電壓下高壓電氣設備絕緣損壞的機率等。

3.2 計算結果

考慮500kV伊蘆～臨海同塔雙回線路（未加合閘電阻）操作方式如下：

方式1：500kV伊蘆～臨海同塔雙回線路中一回線運行，空載合另一回線，分別合伊蘆側、臨海側開關。考慮近遠期系統強弱的變化，系統規模反映至短路電流從20～50kA變化。

方式2：500kV伊蘆～臨海同塔雙回線路中一回線懸空，空載合另一回線。

在考慮了500kV同塔雙回線路的非操作回路對三相合閘操作線路的影響后，線路開關未加裝合閘電阻時操作過電壓計算結果見表3。

由表3可知，若500kV伊蘆～臨海同塔雙回線路開關不裝設合閘電阻，在進行三相合閘操作時，線路中間2%統計過電壓最大值為1.92p·u。僅從本期工程的計算結果來看，500kV伊蘆～臨?？刹谎b設合閘電阻。

4 結束語

（1）文章對操作過電壓的概念及影響操作過電壓的主要因素進行了詳細的闡述。（2）結合江蘇電網的連云港北（臨海）變的工程實例，應用EMTPE程序對不同運行方式下的操作過電壓大小進行計算、對比和分析。同時為工程上的設備選擇提供了依據。