多級單輻射式110kV電網超遠距離送電工頻過電壓研究

胡劍宇 胡娟 劉利黎

（中國能源建設集團湖南省電力設計院有限公司湖南長沙410000）

多級單輻射式110kV電網超遠距離送電工頻過電壓研究

胡劍宇 胡娟 劉利黎

（中國能源建設集團湖南省電力設計院有限公司湖南長沙410000）

本文作者在經歷西南某高原地區110kV輸變電工程時，遇到了多級單輻射式超遠距離輸電的情況。由于送電距離較長（約300km），且輸送負荷較輕，使得線路末端出現工頻過電壓超標的可能性增加。

多級單輻射式；110kV電網；超遠距離送電

1 工程概況

我國西南某高原地區“十三五”期間為延伸電網，需新建A點220kV變電站～B點110kV變電站～C點110kV變電站的多級單輻射式供電網絡。其中，A～B站線路長度約160km，導線采用JL/G1A-240/30型鋼芯鋁絞線；B～C站線路長度約140km，導線采用JL/G1A-185/30型鋼芯鋁絞線。根據線路長度，進行了一次全循環換位。

2 電網潮流方式與運行工況的選擇

2.1 相關工頻過電壓限值的要求

根據《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范》（GBT 50064-2014）的4.1.1條中第三款描述：110kV和220kV系統，工頻過電壓值不應大于1.3p.u.。

2.2 電網潮流方式的選擇

工頻過電壓值和故障前系統的運行方式有密切關系。電網結構型式、機組出力、系統電壓水平、網絡潮流分布和負荷水平等因素都有直接影響。

另外，為給調度運行提供參考依據，考慮在上述潮流方式下兩種電壓水平的控制模式：①不對電網采取電壓限制，各站點110kV母線電壓達到調度允許最大值；②對電網采取電壓限制，使得發生過電壓時，電壓水平限制在規程允許范圍內（1.3p.u.）。

2.3 運行工況的選擇

根據相關規程要求，工頻過電壓計算應以正常運行工況為基礎，加上一種非正常運行工況及一種故障工況。結合本期工程建設規模，正常運行工況按B、C兩站均完全投運考慮，而非正常運行工況按中間B站的單臺主變退出運行考慮，故障工況按線路末端接地短路故障考慮。

2.4 故障型式的選擇

根據相關規程要求，重點大多是對330kV及以上高壓電網提出對無故障和單相接地故障的故障型式進行計算。但是根據110kV電網特點，其線路相間距要較330kV及以上電壓等級線路小一半，有很大可能出現兩相接地故障。

3 計算結果及分析

3.1 非正常運行工況下的計算分析

此工況下，考慮B站唯一的主變退出運行，其低壓側電抗同時退出運行。以下按兩種電壓控制模式進行計算。

3.1.1 計算結果（見圖1）

圖1 豐小方式潮流圖

計算結果如表1所示。

3.1.2 結果分析

由計算結果可知：①三種故障型式，其工頻過電壓結果變化趨勢是逐漸嚴重；②模式一中，在B站點初期失去單臺主變后，若不對電網電壓采取限制，當線路C站點側發生兩相接地故障時，工頻過電壓值有超標的可能。

3.2 正常工況下的計算分析

在不考慮B站主變退出運行的正常工況下，對B站～C站110kV線路進行工頻過電壓計算。C站線路側工頻過電壓值變化為1.03、1.17、1.22p.u.，結果沒有超標。

4 線路絕緣能力校核

由計算結果可知，系統發生最大工頻過電壓位于B站～C站線路C站側（1.35p.u.），故以此數值對線路絕緣進行校核。

本次線路設計按照地區典設進行：110kV線路按C級污區考慮，導線耐張串采用了13片單片爬距450mm瓷絕緣子，懸垂串、跳線串采用13片爬距450mm的耐污型瓷絕緣子。工程地處高原地區4500～5000km的高程，以下按海拔5000km進行校核。

為滿足1.35p.u.的工頻過電壓需求，按式1進行計算，需要9片（約8.8）絕緣子。

式中K-工頻過電壓倍數，U準max-校正以后系統運行最高電壓，Uwmax-最大污耐受電壓。

由以上校核可知，本次線路設計絕緣子串中共有13片絕緣子，即使發生了模式一中的過電壓情況，也不會造成線路絕緣破壞。

5 限制措施及比較

5.1 限制措施

對于模式一中超標的工頻過電壓情況，可采取以下措施進行限制：①調度部門提前介入，采取投入A站和C站的低壓感性無功補償設備，同時調節A站主變抽頭，使其達到模式二的電壓水平；②擴建B站點第二臺主變；③在B站點～C站點線路上裝設高抗。

5.2 方案比較

措施①不需要額外增加一次投資，但需要調度部門提前介入，對運行控制有一定的要求。而隨著今后B站第二臺主變建成后，則不需再進行電壓調整了，遠景適應性好。

措施②需要額外增加較大的一次投資，對調度部門無額外要求，但在B站所供負荷增長起來之前，將會有一段時間輕載運行。遠景適應性較好。

措施③需要額外增加較大的一次投資，本期對調度部門無額外要求。但隨著網絡逐步加強，當形成A站～B站～C站雙線雙變網架，或B、C站負荷增長起來后，不能投切的高抗將會給調度帶來運行的限制，遠景適應性不好。

6 結論及建議

綜合前述篇章的計算可知，文中的工頻過電壓超標情況僅出現在：B站初期單臺主變退出，且故障點又正好是A站～B站～C站110kV線路（300km）的C站點側（線路末端），同時又恰好發生的是兩相接地故障，而事先又不對電網電壓進行調節的諸多組合情況之下。故其本身出現概率較低。

TM86

A

1004-7344（2016）30-0094-02

2016-10-9

胡劍宇（1982-），男，工程師，主要從事電力系統設計的工作。