線路剖接對超高壓長線路原有補充設備影響研究

于開坤

摘要：隨著經濟社會的發展，全國電力需求不斷增長，以500kV超高壓電網為主干的電網網架結構逐步完善，電網結構更加堅強，500kV變電站站點將會愈加密集，在這一過程中500kV超高壓長線路將會逐步剖接成為較短的線路運行。長線路剖接后，原有線路上用來限制操作過電壓的高壓電抗器是否仍滿足要求、部分是否設備需要拆除等問題，將成為超高壓輸變電工程建設的一個焦點問題。

關鍵詞：線路剖接;工頻諧振過電壓;高壓電抗器

1 引言

電力系統中存在著許多電感電容元件，如電力變壓器、互感器、發電機、消弧線圈、電抗器、線路導線電感等均可作為電感元件，而線路導線對地相間電容、補償用的并聯和串聯電容器組、高壓設備的雜散電容均可作為電容元件[1-2]。

超高壓電網由于送電線路長，線路的電感電容效應顯著增大，導致空載線路末端工頻電壓升高，線路出現非全相操作時，帶電相的電壓將通過相間耦合電容傳遞至斷開相上而產生感應電壓，并引起幅值很高的過電壓。為限制過電壓產生，采取在線路裝設并聯電抗器，以補償線路電容電流、限制工頻電壓升高，此時，斷開相對地阻抗可能為感性，相間阻抗為容性，當參數配合適當時，傳遞回路將構成諧振回路，斷開相上出現較高的工頻諧振過電壓。因此，并聯電抗器的存在是超高壓電網突出的特點，使一系列過電壓問題與一般電壓等級電網不同，電網參數選擇不當即將產生諧振過電壓[3-6]。

隨著500kV變電站站點的逐漸密集，原有線路上配置的高壓電抗器是否還能夠滿足要求，原有的線路高壓并聯電抗器取舍問題，需要著重解決。

2 工頻諧振過電壓的類型

電力系統中的電容和電阻元件，一般可以認為是線性參數。但是電感元件則不然，由于振蕩回路中包含不同特性的電感元件，諧振將有三種類型：

a）線性諧振

諧振回路由不帶鐵芯的電感元件（如輸電線路的電感、變壓器的漏感）或勵磁特性接近線性的帶電鐵芯的電感元件（如消弧線圈，其鐵芯中有氣隙）和系統中的電容元件所組成。在正弦電源作用下，當系統自振頻率與電源頻率相等或相近時，可能產生線性諧振。

b）鐵磁諧振（非線性諧振）

諧振回路由帶鐵芯的電感元件（如空載變壓器、電壓互感器）和系統的電容元件組成。因鐵芯電感元件的飽和現象，使回路的電感參數是非線性的，這種含有非線性電感元件的回路，在滿足一定諧振條件時，會產生鐵磁諧振，并具有許多特有的性質。

基波的鐵磁諧振有以下特點：

1）產生串聯鐵磁諧振的必要條件是：電感和電容的伏安特性必需相交，即

因而，鐵磁諧振可以在較大范圍內產生。

2）對鐵磁諧振電路，在同一電源電勢作用下，回路可能有不止一種穩定工作狀態。在外界激發下，回路可能從飛諧振工作狀態躍變到諧振工作狀態，電路從感性變為容性，發生相位反傾，同時產生過電壓與過電流。

3）鐵磁元件的非線性是產生鐵磁諧振的根本原因，但其飽和特性本身又限制了過電壓的幅值，此外，回路中損耗也能使過電壓降低，當回路電阻值大到一定數值時，就不會出現強烈的諧振現象。

c）參數諧振

由電感參數作周期性變化的電感元件（如凸極發電機的同步電抗在Xd～Xq的周期變化）和系統電容元件（如空載線路）組成回路，當參數配合時，通過電感的周期變化，不斷向諧振系統輸送能量，將會造成參數諧振過電壓。

3 剖接線路對工頻諧振過電壓的影響

研究經驗和工程實際應用表明，并聯電抗器中性點小電抗的取值范圍較大，不一定選擇全補償小電抗，而以滿足抑制工頻諧振過電壓和限制潛供電流的要求為原則。根據規程規定，線路裝設高壓電抗器后，應驗算工頻諧振過電壓。

3.1 工程背景

以新建C變電站剖接A變電站～B變電站雙回500kV線路為工程依據進行相關領域研究，分析剖接對線路工頻諧振過電壓的影響，研究原本加裝在線路上的高壓并聯電抗器的保留問題以及中性點小電抗的更換問題。

新建C變電站500kV出線為“π”接A變電站～B變電站雙回500kV線路，從而形成4回500kV出線，分別為至A變電站2回（LGJ-4×630/58.7km）、至B變電站2回（LGJ-4×630/56.5km）。新建段線路導線截面JL3/G1A-4×630/45高導電率鋼芯鋁絞線，同塔雙回建設。

原500kVA變電站～B變電站線路全線采用同塔雙回線架設，全長99km，采用一次全換位。A變電站～B變電站同塔雙回線路在A變電站側各裝設有一組容量90MVar高壓并聯電抗器，高壓并聯電抗器中性點小電抗1200Ω。

3.2 中性點小電抗的校驗

原線路在接有2組容量90Mvar的高壓電抗器，中性點小電抗為1200Ω，剖接后線路變短，該高抗及中性點小電抗是否仍能夠有效限制工頻過電壓，需要重新校驗。工頻諧振過電壓校驗如表3.2所示。

根據表3.2所示，500kV線路的90Mvar并聯電抗器中性點小電抗取值范圍為200Ω～400Ω，II回線路正常運行時，當發生非全相運行，不會產生工頻諧振過電壓;II回線路檢修時，當發生非全相運行，也不會產生工頻諧振過電壓。II回線路側90Mvar并聯電抗器中性點小電抗取值范圍為200Ω～400Ω，I回線路正常運行時，當發生非全相運行，不會產生工頻諧振過電壓;I回線路檢修時，當發生非全相運行，也不會產生工頻諧振過電壓。

當中性點電抗取原有的1200Ω時，線路發生單相或兩相開斷時，各種方式下斷開相上最大工頻感應電壓為5160.45kV，發生諧振。

因此若要保留原有的容量90Mvar線路高抗，則必須更換中性點小電抗。

4 結束語

超高壓長線路剖接后，原有的線路分成兩段較短的線路，若原有的超高壓線路中1側存在線路高壓并聯電抗器，則新形成的兩段線路中1段有高壓并聯電抗器，1段無高壓并聯電抗器。同時由于線路長度改變，原有設備需要重新校核。

是否需要保留原有線路上的高壓電抗器，或者僅更換高壓電抗器中性點小電抗，需要綜合考慮，并進行詳細的仿真計算。

參 考 文 獻

[1] 朱天游.500kV自耦變壓器中性點經小電抗接地方式在電力系統中的應用[J].電網技術，1999，23（4）.

[2] 王天君，鞏學海，范迪才.500kV自耦變壓器中性點小電抗接地的過電壓研究[J].華北電力技術，2000，9：1-3.

[3] 謝鵬，陳梁金，施圍，阮全榮，桑志強.公伯峽變壓器中性點經小電抗接地對線路操作過電壓的影響[J].西北水電，2003，4：43-45.

[4] 李斌，李永麗，賀家李，鄭玉平，盛鹍，郭征.750kV輸電線路保護與單相重合閘動作的研究[J].電力系統自動化，2004，28（13）：73-76，84.

[5] 商立群，白維祖，程剛，曹小鵬，柳秦，李軍.帶并聯電抗器的線路單相自適應重合閘故障判別原理[J].電力系統自動化，2008，32（6）：81-84.

[6] 林軍，鄭榮進.利用中性點電抗器實現高壓輸電線單相自適應重合閘[J].電力自動化設備，2009，29（3）：89-92.