35kV帶電斷接空載線路暫態過程研究

崔玉坤 等

【摘 要】帶電斷、接引線是10kV配電網帶電作業量的主要作業項目，35kV線路上所供用戶數量較少，但是由于其輸送容量較大，送電距離長，如果停電進行斷接空載線路，會對用戶造成加大影響，因此帶電斷接空載線路仍是35kV線路帶電作業中一個重要項目[1]。但是帶電斷接空載線路時，由于電容電流較大，會產生電弧危害作業人員的安全，因此需要研究帶電斷接35kV空載線路暫態過程，對斷接工藝進行指導。本文通過搭建35kV帶電斷接空載線路仿真模型，分別計算分析了合閘角和空載線路長度對斷接空載線路暫態過電壓的影響以及搭接速度對電弧重燃的影響。然后依據仿真結果，計算了斷接不同長度空載線路時的電弧長度，分析了帶電搭接35kV空載線路工藝。

【關鍵詞】 35kV線路 帶電作業 斷接空載線路 仿真計算

1 空載線路等值模型

不帶負載的高電壓輸電線路的投入運行和退出在原理上與電容器的投切相同，因為不帶負載的輸電線路主要是電容性質，可以等效為一個集中電容器。此外，由于法蘭第升壓效應而發生一個小的電壓突變。高電壓輸電線路還存在行波傳輸時間，在線路較長的情況下需要采用分布元件而不用集中元件來表示。對于長度小于200km的線路可以采用集中電容器來等效，配電線路一般都比較短，在數km到數十km之間，因而可以采用集中參數來進行模擬。依據6-2的帶電斷接空載線路等效電路圖，在ATP仿真軟件中，建立了相應的仿真模型，線路參數如表1所示[2]，如圖1所示。

在搭接不帶負載的高電壓電纜或空載線路時，遮斷電流主要為電容性電流。此電流與切換電容器組時的電容性電流相比是??；但遮斷空載線路的電容電流的特性及過程與電容器投切的過程基本相同。

2 仿真計算

2.1合閘角對暫態過電壓的影響

電搭接空載線路時，一般在線路接近帶電體的距離足夠小的情況下，間隙在電源電壓接近峰值時發生預擊穿，因為預擊穿發生可能性最大的相角區間為[60°，90°]（電壓過零后為起點），我們對搭接在電源側電壓為峰值時發生預擊穿時的過電壓特性進行了仿真計算，計算結果如圖2所示，在電源電壓為峰值時發生預擊穿或合閘會產生約1.36pu，顯然在相角為30°及以下時合閘不會產生明顯的過電壓，但實際上，人工帶電搭接空載線路時，工頻電壓下，間隙的工頻耐受距離約9cm，若搭接速度為0.2m/s，間隙處于預擊穿過程的時間為0.36s，約18個工頻周期，顯然，在搭接期間會發生預擊穿，如果大氣條件良好，作業人員不抖動的條件下，電弧會比較穩定，不會形成多次重擊穿過程。作業人員的搭接速度為1m/s，對應地也有4個周波，發生在峰值時發生預擊穿的機率減小[3]。

2.2搭接空載線路的長度對暫態過電壓的影響

空載線路的長度與線路的等效電容成正比，因而搭接的空載線路越長，對應的電容及電容電流越大，電磁暫態能量也越大，因而電磁暫態過程也明顯，分別對不同容量的空載線路等效電容搭接過程的暫態過電壓進行了計算，計算結果如表2，隨著搭接空載線路的電容的增加，產生的過電壓幅值明顯增加。

2.3搭接速度對電弧重燃特性及過電壓的影響

搭接的模擬線路的電容為0.7μF，研究間隙的電弧重燃特性對合閘過電壓的影響，當重燃電壓為10kV時，產生的過電壓為42.9kV，如圖3（a）所示，當重燃電壓為28kV，如圖3（b）所示，接近于負電壓峰值時發生重擊穿，對應的過電壓為47.0kV，所以從以上分析可以看出，重擊穿發生時，間隙兩端的電壓越高，產生的過電壓越高，顯然間隙上承受的電壓和間隙的距離相關。顯然，在搭接過程中，搭接的速度對減小過電壓具有以下幾個方面的作用[4]：

（1）搭接速度一方面減小了間隙重燃的時間；

（2）搭接速度可以有效減小斷口間隙和重沖擊發生的重擊穿電壓。

（a） 電弧重燃電壓為10kV （b）電弧重燃電壓為28kV（紅線為空載線路上電壓）

圖3 電弧重燃特性

3 基于暫態過程的空載線路搭接工藝

通過對搭接空載線路的暫態過程進行分析，空載線路搭接操作過程中會出現明顯的電弧，電弧的長度以及重燃與熄滅特性，一方面產生操作過電壓，另外一方面，產生的電弧會影響相地和相間間隙的絕緣特性。通過前述分析，帶電搭接空載線路過程的過電壓不是搭接空載線路過程中的空載因素，而電弧拉弧長度則是帶電搭接空載線路中的控制因素。

開斷容性電流過程中的會出現拉弧，拉弧的長度可以根據下式進行計算：

（1）

式中：Lcm—容性電弧長度，m；

Vp—開關端口間隙上的電壓（rms），kV；

IC—開關的容性電流（rms），A；

Vl—線電壓，kV

當搭接空載線路出現電弧時，為了確保線路和作業人員的安全，要求在出現拉弧的條件下，能確保作業人員的安全，根據空氣間隙在慢波頭操作沖擊電壓電壓下的特性，并且能承受4pu的過電壓。

（2）

（3）

式中：d-電弧與臨近導體或接地體之間的距離；

Vca-間隙在操作過電壓下的耐受電壓；

Vcr-4pu過電壓下的耐受電壓；

Vl-線電壓；

出現電弧條件下的相間間隙Dl和相地間隙Dg滿足下式：

（4）

（5）

分別得到在考慮相地間隙和相間間隙時，搭接過程中出現拉弧時，在不影響間隙絕緣要求的前提下，可以搭接的容性電流Icr的大?。?/p>

（6）

（7）

對于35kV配電線路，在帶電搭接空載線路時，按照4倍過電壓考慮，相地距離為0.5m時，采用開關可以搭接的電容電流為0.81A，相地距離為0.6m時，采用開關可以搭接的電流為1.17A，此時，電弧拉弧距離為0.328m，顯然對于容性電流較大的空載線路進行開斷，需要采用消弧裝置來進行。

對于利用空氣直接滅弧的方式，當開斷容性電流為1A，線路電壓為35kV的系統時，電弧可能達到的長度為0.28m，當開斷的容性電流為0.5A時，電弧可能達到的長度為0.14m，當開斷的容性電流為0.2A，拉弧長度可能最大達到0.056m，說明分閘過程中分斷距離達0.056m時，如果間隙的絕緣不能恢復，則會出現穩定的電弧。顯然快速開斷可以的好處在如下幾個方面：（1）避免電弧長時間燃弧積累大量熱量，造成空氣熱游離，降低間隙絕緣強度使得電弧拉弧長度長并且難以熄弧，威脅相地和相間絕緣；（2）獲得足夠的間隙距離，使得電弧難以發生重燃。

4 結語

在搭接過程中，搭接速度一方面減小了間隙重燃的時間，另一方面有效減小斷口間隙的重擊穿電壓。

對于35kV架空線路，按照0.5A核算可以搭接的空載線路長度為8km，如果按照0.2A核算，則可以人工搭接的空載線路的長度為3.5km。

參考文獻：

[1]胡毅.配電線路帶電作業技術[M].{H}北京：中國電力出版社，2002.

[2]吳維韓，張芳榴. 電力系統過電壓數值計算[M].北京：科學出版社，1989.

[3]Skuletic S D，Mijajlovic. Experimental investigations of switching overvoltages in 110 kV network of power system of montenegro[M].Bologna，Italy，2003.23-26.

[4]薛敏，郭森.500 kV斷路器投切空載線路操作過電壓的數據分析[J].華東電力，2005，（12）：32-33.