天津東疆港220KV電源線操作過(guò)電壓研究

1、天津東疆港220kv電源線操作過(guò)電壓研究劉英英1劉冬梅1（天津電力設(shè)計(jì)院 天津市 300200）摘要電網(wǎng)中的電容、電感等儲(chǔ)能元件，在發(fā)生故障或操作時(shí)，由于其工作狀態(tài)發(fā)生突變，將產(chǎn)生充電再充電或能量轉(zhuǎn)換的過(guò)渡過(guò)程，電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能相互轉(zhuǎn)換、震蕩，從而導(dǎo)致了操作過(guò)電壓的出現(xiàn)。由于電力電纜具有相對(duì)于架空線很大的電容，220kv含長(zhǎng)電纜線路的操作過(guò)電壓?jiǎn)栴}需要引起重視。天津東疆港站220kv電源線為電纜與架空線混合線路，電纜線路較長(zhǎng)，本文對(duì)該系統(tǒng)的220kv線路進(jìn)行了操作過(guò)電壓研究。本文從理論上分析了合閘空載線路（架空與電纜的混合線路）操作過(guò)電壓中影響過(guò)電壓值的因素，根據(jù)東疆港濱海以及東疆港鄱陽(yáng)路220

2、kv線路的實(shí)際情況，預(yù)測(cè)合閘空載線路時(shí)線路過(guò)電壓的沿線變化情況，得出沿線電壓大致呈首端低、末端高的變化趨勢(shì)，同時(shí)計(jì)算結(jié)果表明該系統(tǒng)的操作過(guò)電壓能夠在規(guī)定的允許范圍之內(nèi)。并且，由此展開(kāi)研究仿真計(jì)算了總長(zhǎng)一定的架空、電纜混合線路產(chǎn)生的最大過(guò)電壓值隨架空線（電纜）長(zhǎng)度變化的趨勢(shì)。從而得出，長(zhǎng)電纜線路與一定長(zhǎng)度架空線的混合線路中，比在同樣長(zhǎng)度的純電纜線路中，將可能出現(xiàn)更為嚴(yán)重的過(guò)電壓。關(guān)鍵詞操作過(guò)電壓；合閘空載線路；架空與電纜混合線路1 引言近年來(lái)，電纜得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，尤其是超高壓、大截面、長(zhǎng)距離電纜的應(yīng)用產(chǎn)生的過(guò)電壓?jiǎn)栴}備受關(guān)注。電力電纜具有相對(duì)于架空線很大的電容，尤其是現(xiàn)在大力發(fā)展的交聯(lián)聚

3、乙烯電力電纜，其單位長(zhǎng)度電容是架空線的10倍以上。由于電纜的這一特點(diǎn)，220kv的長(zhǎng)電纜線路特別是架空線與長(zhǎng)電纜混合線路的內(nèi)過(guò)電壓可能超過(guò)規(guī)定的范圍，因此對(duì)其進(jìn)行分析十分必要。操作過(guò)電壓是決定電力系統(tǒng)絕緣水平的依據(jù)之一。在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，空載線路合閘是電網(wǎng)中常見(jiàn)的操作。隨著避雷器的使用、斷路器性能的改善以及并聯(lián)電抗器的存在等因素，使得開(kāi)斷感性、容性負(fù)載等操作過(guò)電壓的幅值和出現(xiàn)的概率大大減小，而合閘（重合閘）空載線路過(guò)電壓成為最典型的操作過(guò)電壓，是選擇電網(wǎng)絕緣水平的決定因素。本文將主要針對(duì)架空、電纜混合線路的合閘空載線路過(guò)電壓展開(kāi)研究。對(duì)于220kv及以下系統(tǒng)，通常設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)允許承受34

4、倍的操作過(guò)電壓。根據(jù)文1，220kv線路合閘和重合閘過(guò)電壓一般不超過(guò)3.0p.u.（1.0p.u.=252kv）。2 東疆港合空線過(guò)電壓2.1 理論分析合空載線路產(chǎn)生的過(guò)電壓是由合閘時(shí)電路的過(guò)渡過(guò)程引起的，正常合閘時(shí)，如果斷路器三相同期合閘，合閘過(guò)程可按單相電路進(jìn)行分析。下面對(duì)長(zhǎng)電纜線路與較短架空線混合線路產(chǎn)生的合空線過(guò)電壓進(jìn)行理論分析24。圖1所示為長(zhǎng)度為l1的架空線與長(zhǎng)度為l2的電纜混合線路的單相集中參數(shù)等值電路。圖1 電纜與架空混合線路的理想等值電路圖中，電源電壓，ls表示電源等值電感，l1 、c1表示單位長(zhǎng)度架空線的電感和電容值，l2 、c2表示單位長(zhǎng)度電纜的電感和電容值。則流過(guò)電纜電

5、容的電流與流過(guò)架空線電容的電流比值為 (1)忽略式(1)中極小項(xiàng)，有，由于電纜的電容效應(yīng)遠(yuǎn)大于架空線的電容效應(yīng)，取，若有，說(shuō)明流過(guò)架空線的電容電流很小。故在本節(jié)分析時(shí)將架空線的電容忽略。電路簡(jiǎn)化為圖2所示。圖2 電纜與架空混合線路的簡(jiǎn)化等值電路圖中，。對(duì)圖2列出qf關(guān)合時(shí)的電路方程，如下： (2)解得 (3) 其中，u0表示電容c的初始電壓值。 (4)可見(jiàn)，合空載線路操作中影響過(guò)電壓值的因素有如下幾個(gè)：u0值，亦可表示為合閘時(shí)線路上的殘余電荷，當(dāng)為重合閘空線時(shí)由于殘余電荷的作用將可能產(chǎn)生比合閘空線更為嚴(yán)重的過(guò)電壓；值，即合閘瞬間電源的初相位角；值，由式(4)可以看出，影響該值的因素有架空和電纜

6、的長(zhǎng)度、電容及電感單位值。由式(3)可以看出，當(dāng)關(guān)合空載線路時(shí)，若u0與極性相反，可出現(xiàn)大于2的過(guò)電壓。例如：=，=-900時(shí)，此時(shí)對(duì)于同樣的外部及內(nèi)部條件，可出現(xiàn)最大過(guò)電壓。同時(shí)，架空及電纜的長(zhǎng)度、單位電容、單位電感值越大，相應(yīng)產(chǎn)生的過(guò)電壓也會(huì)越大。2.2 東疆港電源線路合空線過(guò)電壓計(jì)算2.2.1系統(tǒng)概況在東疆港輸變電工程中，其電源線濱海東疆港以及鄱陽(yáng)路東疆港，都為含長(zhǎng)電纜的架空與電纜混合線路，可能出現(xiàn)較為嚴(yán)重的過(guò)電壓?jiǎn)栴}。本文利用emtp/emtpe對(duì)其過(guò)電壓進(jìn)行計(jì)算。本文研究對(duì)象系統(tǒng)簡(jiǎn)化接線如圖3所示。圖3 系統(tǒng)簡(jiǎn)化圖鄱陽(yáng)路東疆港為lgj-6302架空線2.7km、截面為2500mm2電

7、纜8.9km；濱海東疆港為lgj-6302架空線8.82.7km、截面為2500mm2電纜8.9km；其中濱海東疆港線路與濱海鄱陽(yáng)路、鄱陽(yáng)路東疆港同路。利用emtp/emtpe中的線路支持程序?qū)芸占半娎|線路計(jì)算電氣參數(shù)，得到地下電纜及架空線的序參數(shù)如表1、表2所示5：表1 地下電纜參數(shù)電阻（w/km）電抗（w/km）電容（mf/km）正序0.0100.1550.231零序0.0950.0650.231表2 同塔雙回路序參數(shù)電阻（w/km）電抗（w/km）電容（mf/km）零序10.31881.15500.0047零序20.02530.34690.0104正序0.02430.28230.013

8、0（注：零序1表示每個(gè)回路內(nèi)的零序參數(shù)，零序2表示兩個(gè)回路間的零序耦合參數(shù)。）2.2.2計(jì)算結(jié)果操作過(guò)電壓計(jì)算存在很大的隨機(jī)性。本文在計(jì)算操作過(guò)電壓時(shí)，考慮了斷路器合閘時(shí)間的隨機(jī)性。斷路器隨機(jī)合閘100次，取每次合閘三相中最高過(guò)電壓值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。另外，架空線路與電纜線路的最高過(guò)電壓計(jì)算方法有所區(qū)別。對(duì)于線路上的空氣間隙和絕緣子串，是自恢復(fù)絕緣，因此一定的閃絡(luò)率（如不大于1%）是可以接受的。但是，電纜的絕緣為非自恢復(fù)絕緣，那么即使這樣的閃絡(luò)概率也是不允許的。因此，在進(jìn)行架空線路部分的絕緣配合時(shí)，通?？紤]的是統(tǒng)計(jì)過(guò)電壓；而進(jìn)行電纜部分的絕緣配合時(shí)，則考慮的是最大過(guò)電壓。在本研究中，最大過(guò)電壓可按均值

9、3.5s來(lái)考慮。此時(shí)，相對(duì)地操作過(guò)電壓超過(guò)該值的概率只有0.02%，可以認(rèn)為是最大過(guò)電壓。東疆港濱海和東疆港鄱陽(yáng)路220kv線路的過(guò)電壓沿線分布分別如圖4和圖5所示。圖中給出的是100次統(tǒng)計(jì)計(jì)算中的最大值?？梢钥闯觯删€路首端到線路末端，沿線電壓大致呈首端低、末端高的趨勢(shì)。圖4 東疆港濱海220kv線路的沿線電壓分布圖5 東疆港鄱陽(yáng)路220kv線路的沿線電壓分布從圖中可以看出: 東疆港濱海線路、東疆港鄱陽(yáng)路線路合閘空載線路時(shí)沿線最高操作過(guò)電壓小于3.0p.u.。最高操作過(guò)電壓均出現(xiàn)在線路潮流末端，并且該方式下東疆港濱海線路的情況較東疆港鄱陽(yáng)路線路嚴(yán)重，這主要由于長(zhǎng)線路及電纜的電容效應(yīng)使潮流受端

10、線路側(cè)的過(guò)電壓更加嚴(yán)重。3 擴(kuò)展分析3.1 理論分析電容及電感的單位值一定的情況下，若架空及電纜的總長(zhǎng)度相同，架空線及電纜的長(zhǎng)度不同會(huì)更大程度地影響過(guò)電壓值。下文將具體分析當(dāng)外部及內(nèi)部條件一定時(shí)，長(zhǎng)電纜線路與一段架空線相接時(shí)，首末端電壓差將高于同樣長(zhǎng)度純電纜線路時(shí)的首末端電壓差。由式(4)，設(shè)，則 (5)忽略，當(dāng)時(shí)，取最小值。此時(shí)u c (t)可取最大值。對(duì)式(5)，取架空線與電纜總長(zhǎng)度為10km；、取用東疆港電源線中所算參數(shù)，得出與關(guān)系理想曲線如圖6所示。圖6 總長(zhǎng)一定時(shí)隨架空線長(zhǎng)度變化趨勢(shì)從u c (t)的表達(dá)式可以看出，在其它變量一定時(shí)，u c值與呈相反趨勢(shì)變化，即變小時(shí)u c值增大，反

11、之亦然。對(duì)式(3)取同一瞬時(shí)截面時(shí)，u c (t)與關(guān)系理想曲線如圖7所示。圖7 總長(zhǎng)一定時(shí)u c (t)隨架空線長(zhǎng)度變化趨勢(shì)可見(jiàn)，在一定長(zhǎng)度的架空線與電纜的混合線路中，比在同樣長(zhǎng)度的純電纜線路中，將可能產(chǎn)生更為嚴(yán)重的過(guò)電壓，且在架空線一定范圍增長(zhǎng)時(shí)過(guò)電壓值隨架空線長(zhǎng)度增加而增加，直至達(dá)到極值，繼而變小。3.2 計(jì)算實(shí)例為研究總長(zhǎng)一定的線路隨電纜與架空線長(zhǎng)度不同過(guò)電壓的變化趨勢(shì)，取濱海東疆港線路總長(zhǎng)為例，當(dāng)架空線長(zhǎng)度在020.4變化時(shí)，得到全線最大過(guò)電壓倍數(shù)隨架空線長(zhǎng)度變化趨勢(shì)如圖8所示。圖8 總長(zhǎng)一定時(shí)沿線最大過(guò)電壓值隨架空線長(zhǎng)度變化曲線從圖8可以看出，在本節(jié)取定總長(zhǎng)度線路，過(guò)電壓最大值隨架

12、空線長(zhǎng)度增大小幅增長(zhǎng)后有趨于減小的整體趨勢(shì)。其間下降過(guò)程中出現(xiàn)兩次局部極值，可認(rèn)為是由于操作過(guò)電壓計(jì)算方法的統(tǒng)計(jì)性尤其是架空與電纜線計(jì)算方法不同產(chǎn)生的誤差。因此，本節(jié)所作研究仍可佐證“在取定總長(zhǎng)度線路，過(guò)電壓最大值隨架空線長(zhǎng)度增大小幅增長(zhǎng)后有趨于減小的整體趨勢(shì)”。可見(jiàn)，長(zhǎng)電纜加一段架空線比在同樣長(zhǎng)度的純電纜線路中可能產(chǎn)生更大的過(guò)電壓。根據(jù)3.1節(jié)所述情況，這一規(guī)律是否成立以及其變化特點(diǎn)取決于架空線與電纜的單位參數(shù)值。4 結(jié)論本文所研究課題針對(duì)東疆港220kv輸變電工程，預(yù)測(cè)東疆港電源線可能產(chǎn)生的操作過(guò)電壓?jiǎn)栴}，而合閘空載線路是操作過(guò)電壓中最典型操作，也是最易出現(xiàn)過(guò)電壓?jiǎn)栴}的操作形式。本文從理論及實(shí)際計(jì)算上分析了合閘空載線路的沿線過(guò)電壓?jiǎn)栴}。并由此展開(kāi)研究，分析了在總長(zhǎng)度一定的架空、電纜混合線路中的過(guò)電壓?jiǎn)栴}，得出在架空與電纜的混合線路中比在同樣長(zhǎng)度的純電纜線路中，將可能出現(xiàn)更大的過(guò)電壓。參考文獻(xiàn)1交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合（dl/t6201997），電力工業(yè)部2解廣潤(rùn) 電力系統(tǒng)過(guò)電壓，武漢水利電力學(xué)院3馬曉紅 李翱鵬 含長(zhǎng)電纜線路的操作過(guò)電壓的研究，貴州電力技術(shù)，