特高壓輸電系統(tǒng)過電壓研究及仿真

1、特高壓輸電系統(tǒng)過電壓研究-工頻過電壓的仿真與幅值比較高電壓技術(shù)課題小組論文摘要：隨著我國電力需求的快速增長，建設(shè)特高壓電網(wǎng)已成為解決電網(wǎng)發(fā)展需求 的必然選擇。而限制特高壓輸電系統(tǒng)的過電壓水平是特高壓輸電工程建設(shè)的關(guān) 鍵課題。本文簡述了國內(nèi)外特高壓交、直流的現(xiàn)狀及發(fā)展?fàn)顩r，特高壓輸電過 電壓的分類，并結(jié)合PSCAD/EMTgt軟件，對工頻過電壓進(jìn)行了研究討論。關(guān)鍵詞：特高壓電網(wǎng) 直流 交流 比較過電壓 仿真 計算一、概述特高壓電網(wǎng)指100肝伏的交流或+80打伏的直流電網(wǎng)。特高壓電網(wǎng)形成和 發(fā)展的基本條件是用電負(fù)荷的持續(xù)增長以及大容量、特大容量電廠的建設(shè)和發(fā) 展，其突出特點(diǎn)是大容量、遠(yuǎn)距離輸電.用

2、電負(fù)荷的持續(xù)增長以及大容量、特 大容量電廠的建設(shè)和發(fā)展呼喚特高壓電網(wǎng)的發(fā)展建設(shè)。那么，在世界范圍內(nèi)， 雖然特高壓輸變電技術(shù)的儲備是足夠的，但取得的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)是初步的，還存在 風(fēng)險和困難，有些技術(shù)問題還需要進(jìn)行深入的研究，同時累積運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。我們 小組通過相關(guān)仿真軟件的計算和仿真，來著重研究特高壓輸電系統(tǒng)內(nèi)的過電壓 問題。特高壓交流輸電線路具有輸送容量大、輸電損耗低、節(jié)約線路走廊等優(yōu) 點(diǎn)，特高壓電網(wǎng)的建設(shè)可很好地解決超高壓線路輸送能力不足、損耗大、經(jīng)濟(jì) 發(fā)達(dá)地區(qū)線路走廊緊張以及超高壓系統(tǒng)短路容超標(biāo)等問題，在發(fā)電中心向負(fù)荷 中心遠(yuǎn)距離大規(guī)模輸電、超高壓電網(wǎng)互聯(lián)等情況下具有明顯的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境優(yōu) 勢，是我國

3、電網(wǎng)發(fā)展的方向。大容量、遠(yuǎn)距離的特高壓系統(tǒng)自身的無功功率很大，每100 km的1000 kV線路無功可達(dá)530 Mvar左右，這使得特高壓系統(tǒng)在甩負(fù) 荷時可能導(dǎo)致嚴(yán)重的工頻過電壓。由于工頻過電壓種類眾多，尤其是同塔雙回 線路更多，若計算所有種類過電壓則工作量巨大。目前過電壓計算中一般選取 幅值較高的幾種過電壓進(jìn)行計算，但由于對各種過電壓幅值相對大小的認(rèn)識存 在差異，已有文獻(xiàn)在計算中選取的工頻過電壓種類存在差異，可能導(dǎo)致計算結(jié) 果與實(shí)際工頻過電壓水平存在一定偏差。二、特高壓輸電系統(tǒng)的分類特高壓輸電技術(shù)是指在500kV以及750kV交流和土 500kVft流之上采用更高一 級電壓等級的輸電技術(shù)，包

4、括交流特高壓輸電技術(shù)和直流特高壓輸電技術(shù)兩部 分，由特高壓骨干網(wǎng)架、超高壓、高壓輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)及高壓直流輸電系統(tǒng)共同 構(gòu)成的分層、分區(qū)，結(jié)構(gòu)清晰的大電網(wǎng)。特高壓輸電是在超高壓輸電的基礎(chǔ)上發(fā) 展的，其目的仍是繼續(xù)提高輸電能力，實(shí)現(xiàn)大功率的中、遠(yuǎn)距離輸電，以及實(shí) 現(xiàn)遠(yuǎn)距離的電力系統(tǒng)互聯(lián)，建成聯(lián)合電力系統(tǒng)。其具體分為特高壓直流輸電系 統(tǒng)和特高壓交流輸電系統(tǒng)。1、特高壓直流輸電系統(tǒng)概述目前，特高壓直流輸電技術(shù)在全世界都還沒有成熟的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，在可行性 研究階段不僅需要對電磁環(huán)境影響、絕緣配合和外絕緣特性等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研高電壓技術(shù)課題小組論文究，而且還需要結(jié)合特高壓的特點(diǎn)對輸電方案擬定、換流站站址及接地極

5、極址 選擇、線路路徑選擇以及系統(tǒng)方案比較等主要技術(shù)原則進(jìn)行充分論證，才能為 項(xiàng)目業(yè)主和政府主管部門提供可靠的決策依據(jù)。在全世界范圍內(nèi)，其發(fā)展現(xiàn)狀如下：20世紀(jì)80年代前蘇聯(lián)曾動工建設(shè)哈薩克斯坦一中俄羅斯的長距離直流輸電 工程，輸送距離為2400kni電壓等級為土 750kV,輸電容量為6GW巴西和巴拉 圭兩國共同開發(fā)的伊泰普工程采用了 600kVft流和765kV交流的超高壓輸電技術(shù)，第一期工程已于1984年完成，1993竣工，運(yùn)行正常；1988-1994年為了 開發(fā)亞馬遜河的水力資源，巴西電力研究中心和 ABgfl織了包括土 800kV特高壓 直流輸電的研發(fā)工作，后因工程停止而終止了研究工作

6、。2、特高壓交流輸電系統(tǒng)概述特高壓交流輸電是指100肝伏及以上的交流輸電，具有輸電容量大、距離 遠(yuǎn)、損耗低、占地少等突出優(yōu)勢。特高壓交流輸電線路具有輸送容量大、輸電損耗低、節(jié)約線路走廊等優(yōu) 點(diǎn)，特高壓電網(wǎng)的建設(shè)可很好地解決超高壓線路輸送能力不足、損耗大、經(jīng)濟(jì) 發(fā)達(dá)地區(qū)線路走廊緊張以及超高壓系統(tǒng)短路容量超標(biāo)等問題，在發(fā)電中心向負(fù) 荷中心遠(yuǎn)距離大規(guī)模輸電、超高壓電網(wǎng)互聯(lián)等情況下具有明顯的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境優(yōu) 勢，是我國電網(wǎng)發(fā)展的方向。特高壓交流輸電系統(tǒng)具有如下的優(yōu)勢：按自然傳輸功率計算,1條特高壓線路的傳輸功率相當(dāng)于45條500kV超高 壓線路的傳輸功率（約40005000MVA ,這將節(jié)約寶貴的輸電走廊

7、和大大提升 中國電力工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的能力。技術(shù)的角度看，采用特高壓輸電技術(shù)是實(shí)現(xiàn)提高電網(wǎng)輸電能力的主要手段 之一，還能夠取得減少占用輸電走廊、改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等方面的優(yōu)勢；從經(jīng)濟(jì)方 面的角度看，根據(jù)目前的研究成果，輸送10G瞅電條件下，與其它輸電方式相 比，特高壓交流輸電有競爭力的輸電范圍能夠達(dá)到10001500里。如果輸送距離較短、輸送容量較大，特高壓交流的競爭優(yōu)勢更為明顯。特高壓交流輸電的發(fā)展前景：電力系統(tǒng)和輸電規(guī)模的擴(kuò)大，世界高新技術(shù)的發(fā)展，推動了特高壓輸電技 術(shù)的研究。從上世紀(jì)60年代開始，前蘇聯(lián)、美 國、日本和意大利等國，先后進(jìn) 行基礎(chǔ)性研究、實(shí)用技術(shù)研究和設(shè)備研制，已取得了突破性的研究

8、成果，制造 出成套的特高壓輸電設(shè)備。前蘇聯(lián)已建成額定電壓1150kV （最高運(yùn)行l(wèi)200kV）的交流輸電線路190夠公里并有900里已經(jīng)按設(shè)計電壓運(yùn)行；日本已建成額定 電壓l0OOkV（最高運(yùn)彳T電壓llOOkV）的同桿雙回輸電線路42然里。百萬伏級交流 線路單回的輸送容量超過5000MWV且具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和可靠性，作為中、 遠(yuǎn)距離輸電的基干線路，將在電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展中起重要的作用。三、特高壓輸電系統(tǒng)過電壓的分類高電壓技術(shù)課題小組論文特高壓輸電系統(tǒng)中的內(nèi)過電壓形式主要有：操作過電壓，暫時過電壓(工頻過電壓和諧振過電壓)等。國內(nèi)外對特高壓輸電系統(tǒng)內(nèi)部過電壓的研究主要 集中在操作過電壓和工頻過

9、電壓(主要是甩負(fù)荷引起的工頻電壓升高)。特高壓 輸電系統(tǒng)中的外部過電壓主要是雷擊過電壓。1 、工頻過電壓工頻電壓升高主要是由空載線路電容效應(yīng)、不對稱接地故障和甩負(fù)荷等原 因引起的，與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、容量、參數(shù)及運(yùn)行方式有關(guān)。由于特高壓輸電線路的 充電功率大、線路長，所以工頻暫態(tài)過電壓高。輸電線路長線方程如下：, Ur = U2ch(y 1) + i2Zcsh(y - 1)工沖仲+也區(qū)燦什式中：一輸電線首、末端的電壓和電流矢量L、C、R、G一單位長度線路的電感、電容、電阻、對地漏電導(dǎo)1 一線路長度hJP亞一線路波阻抗丫 G + jwcY = 7(R + M(G + c) 一輸電線路的傳輸常數(shù)在特高壓輸

10、電線路中，相對于線蟲&的電感和電容，線路的電阻旺口對地漏電導(dǎo)四常小，在分析中可以忽略。當(dāng)線路末端開路時，末端線路電壓與電源電勢 的關(guān)系如下： 1U/E =(2)cos al+ J1-sin alZs是系統(tǒng)等值阻抗。式(2)表明，線路越長，系統(tǒng)等值阻抗越大，線路末端 電壓也越大。限制工頻過電壓的措施主要有：(1)并聯(lián)高壓電抗器。由于并聯(lián)電抗器的電感能夠補(bǔ)償線路的對地電容，減小流經(jīng)線路的容性電 流，消弱電容效應(yīng)，所以使用并聯(lián)高壓電抗器，是限制特高壓輸電線工頻過電 壓的最主要手段。選擇適當(dāng)?shù)碾娍蛊魅萘亢桶惭b位谿，就可將工頻過電壓限制 在允許的范圍內(nèi)。止匕外，并聯(lián)電抗器還涉及到無功平衡、潛供電流補(bǔ)償?shù)?/p>

11、方面 的問題，因此必須綜合考慮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)、可能出現(xiàn)的運(yùn)行方式及故障形 式等各方面的因素，合理地選取電抗器的補(bǔ)償度和安裝位谿。當(dāng)工頻電壓升高超過一定值時，可在線路上安裝并聯(lián)電抗器，補(bǔ)償線路的 對地電容，消弱線路的電容效應(yīng)，抑制線路的電壓升高。電抗器可視需要，安高電壓技術(shù)課題小組論文裝在線路的首端、末端或中部。（2）使用可調(diào)節(jié)或可控高抗。重載、長線80%90%左右的高抗補(bǔ)償度，可能給正常運(yùn)行時的無功補(bǔ)償 和電壓控制造成相當(dāng)大的問題，甚至影響到輸送能力 MJo解決此問題，比較好 的方法就是使用可控或可調(diào)節(jié)高抗，即重載時，運(yùn)行在低補(bǔ)償度，由電源向線 路輸送的無功減少，使電源的電動勢不至于太高，利

12、于無功的平衡和提高輸送 能力；當(dāng)出現(xiàn)工頻過電壓時，快速控制到高補(bǔ)償度。（3）使用金屬氧化物避雷器（MOA隨著金屬氧化物避雷器（MOA）生能的提高，使通過MOA限制短時高幅值工 頻過電壓成為可能，但對MOA能量也提出了很高的要求。在我國，由于采用了 高壓并聯(lián)電抗器，不需要將MO作為限制工頻過電壓的主要手段，僅在特殊情況 下考慮采用。、操作過電壓操作過電壓是決定特高壓系統(tǒng)絕緣水平的最重要依據(jù)。特高壓系統(tǒng)主要考 慮3種操作過電壓：合閘（包括單相重合閘）、跳閘和接地短路過電壓。操作過電壓是特高壓電網(wǎng)絕緣水平的決定性因素。當(dāng)開關(guān)操作或事故狀態(tài) 引起系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變時，系統(tǒng)中各儲能元件之間的電磁能量相

13、互轉(zhuǎn)換， 就會產(chǎn)生操作過電壓。與工頻過電壓相比，操作過電壓具有幅值高、存在高頻 振蕩、強(qiáng)阻尼及持續(xù)時間短等特點(diǎn)。由于操作過電壓與系統(tǒng)的額定電壓有關(guān)， 所以特高壓輸電系統(tǒng)中的操作過電壓問題就更為突出。在特高壓系統(tǒng)中，常見 的操作過電壓有以下幾種：切除空載線路過電壓 （即跳閘過電壓）、合閘空載線 路過電壓（即合閘過電壓）和接地短路過電壓等。以下介紹幾個操作過電壓的產(chǎn) 生及各自的限制措施。（1）跳閘過電壓。切除空載線路是電力系統(tǒng)常見的操作之一。產(chǎn)生過電壓的原因是，斷路器 跳閘的過程中發(fā)生電弧的重燃。斷路器切斷的是較小的容性電流，通常為幾十 安倍到幾百安倍，比短路電流小得多。但是，能夠切除巨大短路電流

14、的開關(guān)卻 不一定能夠不重燃的切斷空載線路。這是因?yàn)樵谔l初期，由于斷路器，特別 是油斷路器觸頭間恢復(fù)電壓的上升速度有可能超過介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度的上升速度， 造成電弧的重燃，從而引起電磁振蕩，出現(xiàn)過電壓。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，斷路器的 滅弧能力越差，電弧重燃的幾率就越大，過電壓的幅值也就越高。值得說明的是，由于受到一系列復(fù)雜因素的影響，切除空載線路的過電壓不可 能無限地增大。當(dāng)過電壓較高時，線路上就會產(chǎn)生強(qiáng)烈的電暈現(xiàn)象，電暈損耗 將消耗過電壓波的能量，引起過電壓波的衰減，限制過電壓的升高。當(dāng)母線上 有幾回出線時，相當(dāng)于母線電容增大，可以降低線路上初始電壓的絕對值，并 吸收部分振蕩能量，而其有功負(fù)荷又能增強(qiáng)阻尼

15、效應(yīng)，使重燃時的過電壓相應(yīng) 地降低。對于跳閘過電壓，避免斷路器觸頭發(fā)生重燃是限制跳閘過電壓的根本 措施。因此，改善斷路器的結(jié)構(gòu)，提高觸頭間介質(zhì)的恢復(fù)強(qiáng)度和滅弧能力，可高電壓技術(shù)課題小組論文有效限制跳閘過電壓。另外，給斷路器并聯(lián)合適阻值的電阻，采用性能優(yōu)良的 金屬氧化物避雷器和給線路安裝并聯(lián)電抗器等措施，也可用來限制跳閘空載線 路的過電壓。(2)合閘過電壓。合閘于空載線路是電力。系統(tǒng)中常見的一種操作，通?？煞譃?種情況：-種是正常、有計劃的合閘，如線路檢修后投入運(yùn)行，根據(jù)調(diào)度需要對送電線路 的合閘操作等，此時在合閘之前，線路上不存在任何異常，線路上起始電壓為 0;合閘后，線路各點(diǎn)電壓由0過渡到考

16、慮電容效應(yīng)后的工頻穩(wěn)態(tài)電壓值，此過 渡過程中會出現(xiàn)合閘過電壓。由于線路具有分布參數(shù)特性，所以振蕩電壓將由 工頻穩(wěn)態(tài)分量和無限多個逐漸衰減的諧波分量疊加組成。另一種合閘操作是運(yùn) 行線路發(fā)生單相接地故障，由繼電保護(hù)系統(tǒng)控制跳閘后，經(jīng)一短時間再合閘， 即自動重合閘操作。隨著斷路器制造水平和滅弧能力的提高，跳閘過電壓得到了有效的抑制， 于是合閘空載線路過電壓就成為特高壓系統(tǒng)絕緣的主要矛盾。尤其是重合閘過 電壓，是選擇特高壓輸電線絕緣水平的決定性因素。限制合閘過電壓的措施很多，首先是限制工頻電壓的升高，可以通過在線 路上并聯(lián)電抗器來實(shí)現(xiàn)；對于雙端電源供電的輸電線路，讓電源容量較大的一 側(cè)先進(jìn)行合閘操作，

17、電源容量較小的一側(cè)后進(jìn)行合閘操作，也可有效地降低工 頻過電壓；再者，消弱合閘前線路的殘余電壓、給斷路器加裝合閘電阻、采用 金屬氧化物避雷器等，都是抑制合閘過電壓的有效手段。表1列出的國外特高壓系統(tǒng)操作過電壓水平多為 1.6p.U.。國內(nèi)武漢高壓所 對三峽一華東系統(tǒng)的研究也證實(shí)操作過電壓限制到 1.6p.U.是可行的。由于我國 特高壓輸電線路要裝電抗器，此類過電壓不高，去 1.4p.u.是合適的。表|特高壓系統(tǒng)過電壓倍數(shù)日本蘇聯(lián)意大利美國 (BPA)美國(AEP中國(建設(shè)值:廄高工作電壓uv1100120012001600I1GO工領(lǐng)替態(tài)過電壓但融1.3 人 51.441 351.3Id1.3/

18、1.4操作過電壓倍數(shù)161,71.5】.61.6圖1觸大過電壓倒效與并聯(lián)恒陽的關(guān)系并聯(lián)合/分閘電阻是限制操作過電壓一個重要措施，最大過電壓倍數(shù)與并 聯(lián)電阻的關(guān)系見圖1所示。高電壓技術(shù)課題小組論文、雷擊過電壓雷電過電壓指雷云放電時，在導(dǎo)線或電氣設(shè)備上形成的過電壓。由于特高 壓輸電線路桿塔高度高，導(dǎo)線上工作電壓幅值很大，比較容易產(chǎn)生從導(dǎo)線向上 先導(dǎo)，從而引起避雷線屏蔽性能變差。這一點(diǎn)不但可從電氣幾何理論上得到解 釋，運(yùn)行情況也提供了佐證。前蘇聯(lián)的特高壓輸電線路采用水平拉線v型桿塔，桿塔高度約為46m而日本特高壓架空輸電線路采用同塔雙回路、三相導(dǎo)線垂直 排列的自立式桿塔，塔高88-148皿 前蘇聯(lián)的

19、特高壓架空輸電線路運(yùn)行期間內(nèi)曾 多次發(fā)生雷擊跳閘，基本原因是在耐張轉(zhuǎn)角塔處雷電繞擊導(dǎo)線。日本特高壓架 空輸電線路在降壓運(yùn)行期間雷擊跳閘率也很高，據(jù)分析是線路遭到側(cè)面雷擊引 起了絕緣子閃絡(luò)。國內(nèi)外對架空輸電線路雷電繞擊進(jìn)行了大量研究工作。我國已對擬建的交 流1000kV$高壓輸電線蟲&的四種塔型（M型水平排列、M悝三角排列、3V水平排 列和3V三角排列）的避雷線屏蔽性能進(jìn)行初步研究。通過對各種塔型在不同保護(hù)角情況下的雷擊跳閘率分析比較表明，特高壓 輸電線路雷擊跳閘的主要原因是避雷線屏蔽失效，雷電繞擊導(dǎo)線造成的。在工 程設(shè)計中要充分關(guān)注雷電繞擊防護(hù)的重要性，特別是對耐張塔和轉(zhuǎn)角塔也要專 門研究、精

20、心設(shè)計、務(wù)必使其也具有較小的保護(hù)角。采用良好的避雷線屏蔽設(shè) 計，是提高特高壓輸電線路耐雷性能的主要措施。對于山區(qū)、因地形影響（山坡、峽谷），避雷線也可能要取負(fù)保護(hù)角。四、特高壓輸電系統(tǒng)工頻過電壓的計算及仿真1 、仿真軟件為了研究電力系統(tǒng)暫態(tài)和動態(tài)現(xiàn)象對電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計和運(yùn)行的影響，對電 力系統(tǒng)的暫態(tài)和動態(tài)進(jìn)行模擬是必須的。用于電力系統(tǒng)分析的仿真工具有3類： 混合仿真器（如IRECJPCEPR的仿真器）； 離線數(shù)字仿真軟件包（如EMT吸其派生的軟件）；實(shí)時數(shù)字仿真器（如魁北克水電局的HYPERSIM盯DS司的RTDS） 對仿真技術(shù)要求應(yīng)包括如下所有項(xiàng)目：（1）模型的精確度和可信度；（2）模型的功能

21、和靈活性；（3）完成一項(xiàng)復(fù)雜任務(wù)的速度和系統(tǒng)規(guī)模；（4）實(shí)時狀態(tài)下的重復(fù)性仿真模式。由于離線數(shù)字仿真技術(shù)的發(fā)展，目前的數(shù)字仿真軟件已經(jīng)被應(yīng)用于許多研究 中，下面就分別介紹數(shù)字仿真軟件中的機(jī)電暫態(tài)仿真軟件和電磁暫態(tài)仿真軟 件。電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真程序常見的有各種版本的 E）ATPg序,以及由加拿大 Manitoba直流輸電研究中心開發(fā)的PSCADEMTDC序和由西門子公司開發(fā)的高電壓技術(shù)課題小組論文NETOM催序等。電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真程序的主要特點(diǎn)是：考慮系統(tǒng)某一局部的詳細(xì)動態(tài)過程，而將待研究之外的系統(tǒng)做一定的等 值，傳統(tǒng)上只用于研究持續(xù)時間短的過程，如大氣過電壓和操作過電壓問題(過程持續(xù)的時

22、間在幾十毫秒內(nèi))，HVD輸電和FACT等電力電子裝谿問題以及次同 步振蕩電磁諧振等問題上。數(shù)學(xué)模型上，根據(jù)研究過程的不同，發(fā)電機(jī)模型可以是相當(dāng)簡化的等效電 源模型，也可以是詳細(xì)的park方程模型，甚至是考慮轉(zhuǎn)子多剛體結(jié)構(gòu)的模型， 電力網(wǎng)絡(luò)采用相坐標(biāo)系統(tǒng)，即采用a、b、c三相模型，且必須用微分方程描述， 系統(tǒng)中的物理量是瞬時值，而不是相量。PSCAD /EMTDC主庫包括如下元件：(1)網(wǎng)絡(luò)元件：無源RLCE件、帶飽和特性的變壓器。參數(shù)隨頻率變化的輸 電線路和電纜、同步電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)、斷路器、避雷器、電源；控制模塊：微分環(huán)節(jié)、延遲環(huán)節(jié)、差分延遲環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、限幅環(huán) 節(jié)、復(fù)數(shù)極點(diǎn)、實(shí)數(shù)極點(diǎn)、超前

23、滯后環(huán)節(jié)、阻尼環(huán)節(jié)、計時環(huán)節(jié)；電力電子器件：晶閘管，二極管和 GTO 6或12脈動HVD換流橋、SVC STATCQ M側(cè)量表計：電壓電流有效值表(單相或者三相)、有功和無功表、峰值測 量表、相角測量表、頻率測量表。除上面已列出的元件之外，程序中還有很多電動機(jī)模型、新的控制函數(shù)、輸電 線路以及變壓器模型等。2、工頻過電壓仿真與比較、工頻過電壓的仿真計算條件采用PSCAD/EMTDC真軟件，建立特高壓交流工頻過電壓計算模型，進(jìn)行仿真計算。1 000 kV特高壓交流線路結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中：Xm Xn分別為m 端和n端電源的等值阻抗；Em En分別為兩端電源的等值電勢，計算中通過調(diào) 節(jié)Em En保

24、持母線電壓為1 100 kV ; Lp為高抗，總補(bǔ)償度為85%由于我國特 高壓線路一般較長，規(guī)劃中線路長度半數(shù)在 300500 km范圍內(nèi)，本文以400 km 的線路為例進(jìn)行計算，線路按照規(guī)程進(jìn)行 2次全循環(huán)換位。 乂 E I特高壓線路結(jié)而高電壓技術(shù)課題小組論文考慮特高壓系統(tǒng)可能出現(xiàn)的各種極端情況，特高壓線路電源阻抗變化范圍取 40180 Q,零正序阻抗比變化范圍0.42.6。由于甩負(fù)荷類過電壓在其他條件 相同的情況下，輸送功率越大則過電壓越大，為得出各種過電壓可能出現(xiàn)的最 大值從而對其進(jìn)行比較，本文在計算中單、雙回線路均輸送最大功率，即將 送、受端功角差調(diào)至最大。考慮30%勺靜穩(wěn)定裕度，單、

25、雙回運(yùn)行方式下功角差 均取44。此時，電源阻抗越大，功率越小。在阻抗為 40。時，單、雙回線路 功率分別可達(dá)5 000 MW和2X3 500 MW,在阻抗為180。時，線路功率可達(dá)3 000 MW和2X1 700 MWZ仿真采用平原地區(qū)特高壓桿塔，單、雙回線路桿塔分 別采用貓頭塔和鼓形塔，如圖2所示。單回線路導(dǎo)線選用鋼芯鋁絞線8XLGJ- 500/35,雙回線路導(dǎo)線為8XLGJ- 630/45,分裂間距均為400 mm、工頻過電壓種類導(dǎo)致特高壓線路出現(xiàn)工頻過電壓的原因主要有容升效應(yīng)、甩負(fù)荷效應(yīng)和不 對稱接地故障，且特高壓工頻過電壓往往由幾種因素相互組合、共同作用產(chǎn) 生；因此，其工頻過電壓種類繁

26、多。特高壓線路由于輸送容量大、甩負(fù)荷效應(yīng) 強(qiáng)，其與甩負(fù)荷相關(guān)的工頻過電壓最為嚴(yán)重。規(guī)程規(guī)定，特高壓線路主要考慮 線路無故障甩負(fù)荷和在線路有接地故障情況下甩負(fù)荷這2類故障時的工頻過電壓。單、雙回特高壓線路工頻過電壓的具體種類如圖3所示。高電壓技術(shù)課題小組論文(a)電網(wǎng)線路桿塔(貓頭塔)(b)雙網(wǎng)線路桿塔(鼓形塔)圖2特高壓交流線路桿塔高電壓技術(shù)課題小組論文無故障甩負(fù)荷特島壓線路重要的工頻過電壓種類單回運(yùn)行工況單相接地甩負(fù)荷兩相接地世負(fù)荷運(yùn)行回路無故障甩負(fù)荷運(yùn)行I 沖.相接地甩負(fù),荷運(yùn)行網(wǎng)路兩相接地用負(fù)荷-按工況類 特島壓線路重要的工頻過電壓種類單回運(yùn)行工況單相接地甩負(fù)荷兩相接地世負(fù)荷運(yùn)行回路無故

27、障甩負(fù)荷運(yùn)行I 沖.相接地甩負(fù),荷運(yùn)行網(wǎng)路兩相接地用負(fù)荷-按工況類 同塔雙同線路按用負(fù)荷問數(shù)分類 雙Ini同時運(yùn)行工況1網(wǎng)m倒荷單回?zé)o故降甩負(fù)荷單回單相接地甩負(fù)荷單回兩相接地甩負(fù)荷HI ill 負(fù) 莉圖3特高壓線路重要工頻過電壓種類(1)單回特高壓線路工頻過電壓主要考慮無故障甩負(fù)荷和單相接地甩負(fù)荷2種。由于兩相接地引起線路一端三相分閘故障發(fā)生概率很小，通常只酌情考 慮。(2)同塔雙回特高壓線路需分單回運(yùn)行和雙回運(yùn)行 2種工況進(jìn)行研究。同塔雙 回線路單回運(yùn)行時的工頻過電壓主要包括運(yùn)行回路無故障甩負(fù)荷和單相、兩相 接地甩負(fù)荷過電壓。雙回運(yùn)行時包括1回甩負(fù)荷和2回甩負(fù)荷2種情況下的工 頻過電壓。其中

28、，1回甩負(fù)荷包括1回?zé)o故障甩負(fù)荷、1回單相接地甩負(fù)荷和1 回兩相接地甩負(fù)荷；2回甩負(fù)荷包括2回?zé)o故障甩負(fù)荷和接地故障后2回甩負(fù) 荷，其中接地故障后2回甩負(fù)荷根據(jù)接地故障相不同又分為同名相接地甩負(fù)荷 和異名相接地甩負(fù)荷。由于同塔雙回線路1回兩相接地、同名相和異名相接地 故障出現(xiàn)概率很小，通常只需要予以酌情考慮即可。工頻過電壓由于種類繁 多，導(dǎo)致計算量大，故有必要對不同種類工頻過電壓的幅值進(jìn)行比較，得出幅 值較高的工頻過電壓種類，在研究計算中對其進(jìn)行重點(diǎn)考慮，使工頻過電壓計 算簡化。3、不同種類工頻過電壓幅值比較單回特高壓線路的工頻過電壓無故障甩負(fù)荷主要由誤操作及繼電器誤動所致，有一定出現(xiàn)概率；單

29、相接10高電壓技術(shù)課題小組論文地故障則較為常見，占線路故障總數(shù)的 80%Z上。兩相接地甩負(fù)荷過電壓僅由雷 電反擊造成，在反擊耐雷水平為175 kA的500 kV系統(tǒng)從未出現(xiàn)過反擊造成兩相 接地的故障；計算表明1 000 kV系統(tǒng)反擊耐雷水平超過250 kA,更不可能出現(xiàn) 反擊造成的兩相接地故障，因此可認(rèn)為兩相接地故障幾乎不會發(fā)生，不應(yīng)作為 研究重點(diǎn)。因此，從出現(xiàn)概率角度出發(fā)，應(yīng)主要考慮無故障甩負(fù)荷過電壓和單 相接地甩負(fù)荷過電壓。無故障甩負(fù)荷與接地甩負(fù)荷過電壓的區(qū)別由接地故障造 成。接地故障使健全相電壓發(fā)生變化，單相和兩相接地前后健全相工頻電壓之 比可表小為 TOC o 1-5 h z k U

30、J311+K”)r Z。小A i = =t K =(1)J1 4K+24式中：K為零/正序阻抗與4之比：Kp為單相接 地故障系數(shù).由式(1)可以看出，從故障點(diǎn)向系統(tǒng)看過去的零/正序阻抗比若大于1,則接 地故障會使健全相電壓升高。從故障點(diǎn)向系統(tǒng)看過去，首先是線路，然后才是 電源，可見從故障點(diǎn)向系統(tǒng)看過去的零/正序阻抗比主要受線路阻抗影響。特高 壓線路零/正序阻抗比約為2.6,遠(yuǎn)大于1,因此從故障點(diǎn)向系統(tǒng)看過去的零/正 序阻抗比一般也大于1,從而使接地甩負(fù)荷過電壓幅值高于無故障甩負(fù)荷過電 壓。因此從過電壓幅值角度考慮，單回特高壓線路應(yīng)重點(diǎn)考慮接地故障后甩負(fù) 荷過電壓。對長度為400 km的單回線路

31、進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖4所示。三七妾士一一三三七妾士一一三電源正序阻抗g單相盤也荷;犬-14 相八地-單相接地甩負(fù)荷侔26)： -l無故障甩負(fù)荷圖單回特高壓線路工頻過電壓由圖4可以看出，接地甩負(fù)荷過電壓均高于無故障甩負(fù)荷過電壓幅值。因11高電壓技術(shù)課題小組論文此，單相接地甩負(fù)荷過電壓是單回線路工頻過電壓的最主要計算對象。同塔雙回特高壓線路的工頻過電壓與單回線路類似，同塔雙回線路上1回兩相接地故障和同名相、異名相接 地故障也只可能由雷電反擊造成，1 000 kV系統(tǒng)反擊耐雷水平超過250 kA,雷 電反擊導(dǎo)致這3種故障發(fā)生的概率極低，故規(guī)程認(rèn)為酌情考慮上述 3種故障引 起的甩負(fù)荷過電壓即可。因此，在

32、實(shí)際工頻過電壓計算中不應(yīng)將1回兩相接地和1回甩負(fù)荷過電壓、同名相及異名相接地甩負(fù)荷引起的過電壓作為研究重 點(diǎn)。從出現(xiàn)概率的角度排除上述幾種過電壓之后，同塔雙回線路工頻過電壓還 有以下5種：單回運(yùn)行方式下的1回?zé)o故障甩負(fù)荷和單相接地1回甩負(fù)荷，雙 回運(yùn)行方式下的1回?zé)o故障甩負(fù)荷、單相接地1回甩負(fù)荷以及2回?zé)o故障甩負(fù) 荷，如表1所小。表1特高壓雙回線路上出現(xiàn)概率較大的工頻過電壓種類運(yùn)行過電壓種類方式1|可無故障甩負(fù)荷單相接地1回甩負(fù)荷2回?zé)o故障甩負(fù)荷T7單回運(yùn)行方式下 單回運(yùn)行方式下單口一1回?zé)o故障甩負(fù)荷單相接地1回甩負(fù)荷向雙網(wǎng)運(yùn)行方式下雙網(wǎng)運(yùn)行方式下 修11M匹中立.雙回 百丁乂也中人士 YRD

33、LL 八廿2|可尢故障甩負(fù)荷11rl尢故障hl負(fù)f叮單相接地11n甩負(fù)荷表1中各種過電壓可按故障種類或運(yùn)行方式分為幾類，本文以同一類過電 壓的比較為切入點(diǎn)，對表1中各種工頻過電壓進(jìn)行分類比較。(1)相同運(yùn)行方式下不同種類工頻過電壓的比較。從原理上考慮，與單回線路類似，不對稱接地對健全相電壓的提升作用會 造成同塔雙回線路單相接地甩負(fù)荷過電壓的幅值高于相同運(yùn)行方式下無故障甩 負(fù)荷過電壓，幅值比較如圖5所示。受嗯勺川取回單回蟲盯。單相接無故障也負(fù)荷過也壓地受嗯勺川取回單回蟲盯。單相接無故障也負(fù)荷過也壓地1問甩負(fù)荷過也壓單網(wǎng)運(yùn)行方式雙回運(yùn)行方式下1雙回運(yùn)行方式下1回 無故障甩負(fù)荷過電壓雙網(wǎng)運(yùn)行方式下單

34、和接地1回用負(fù)荷過電壓(b)雙回運(yùn)行方式圖5相同運(yùn)行方式下不同種工頻過電壓的大小關(guān)系12高電壓技術(shù)課題小組論文以長度為400 km的雙回線路為例進(jìn)行仿真。計算3種無故障甩負(fù)荷過電壓 幅值，計算中考慮電源正序阻抗及零/正序阻抗比的變化，結(jié)果如圖6所示。Eli源正序阻抗q電源正序阻抗q(a)單回運(yùn)行方式(b)雙回運(yùn)行方式L 1回?zé)o故障甩負(fù)荷； 單相接地1 I可甩仇荷(K=0.4)；單相接地1 1口1甩負(fù)荷(K三2.6)。圖6相同運(yùn)行方式下不同種類工頻過電壓的比較由式(1)可知，單相接地甩負(fù)荷過電壓隨系統(tǒng)零/正序阻抗比的增大而增 大。系統(tǒng)零/正序阻抗比由線路和電源2部分決定，由于線路零/正序阻抗比一

35、 般不變，系統(tǒng)零/正序阻抗比主要受電源零/正序阻抗比的影響。電源零/正序阻 抗比越小，則系統(tǒng)零/正序阻抗比越小，過電壓越低。考慮極端情況，電源零 / 正序阻抗比最小為0.4,此時單相接地甩負(fù)荷過電壓最小。由圖 6曲線可知，即 使電源零/正序阻抗比低至0.4時，單相接地甩負(fù)荷過電壓仍大于無故障甩負(fù)荷 過電壓。事實(shí)上，電源零/正序阻抗比很低至0.4,對于電源零/正序阻抗比很小 的點(diǎn)對點(diǎn)線路，其等值電源零/正序阻抗比一般也在1左右，此時，單相接地單 回甩負(fù)荷過電壓更高于單回?zé)o故障甩負(fù)荷過電壓。(2)不同運(yùn)行方式下同類工頻過電壓的比較。2 種方式甩負(fù)荷前后線路結(jié)構(gòu)的差異決定了 2種過電壓幅值的相對大小

36、。如 圖7(a)所示，單回運(yùn)行時，運(yùn)行的回路在甩負(fù)荷后僅與首端電源連在一起。但 雙回運(yùn)行時(如圖7(b)所示)，甩負(fù)荷的回路不僅與首端電源相連，還通過另一 回線路與末端電源相連，相當(dāng)于2個并聯(lián)的電源與甩負(fù)荷后的空載線路相連， 其電源的等值阻抗小于單回運(yùn)行方式，故雙回運(yùn)行方式下單回甩負(fù)荷考慮電源 阻抗的電容效應(yīng)也較弱。同時，對于單相接地 1回甩負(fù)荷，由于電源阻抗較 小，雙回運(yùn)行方式下不對稱接地故障對健全相電壓的抬升幅度不如單回運(yùn)行方 式，導(dǎo)致其過電壓偏低。其工頻過電壓的相對大小關(guān)系如圖8所示。13高電壓技術(shù)課題小組論文(a)單回運(yùn)行方式(b)雙I可運(yùn)行方式圖7雙回特高壓線路單相接地甩負(fù)荷示意雙I

37、可運(yùn)行方式下1 I可 無故障甩負(fù)荷過電樂單回運(yùn)行方式下1網(wǎng)無故障甩負(fù)荷過電壓(a) 1 可無故障甩負(fù)荷雙回運(yùn)行方式F雙回運(yùn)行方式F單相接地1回甩負(fù)荷過電壓單回運(yùn)行方式F單相接地1 61甩負(fù)荷過電壓(b)單相接地1回用負(fù)荷圖8不同運(yùn)行方式時工頻過電壓的大小關(guān)系計算不同電源正序阻抗時，不同運(yùn)行方式下 1回?zé)o故障甩負(fù)荷和單相接地1 回甩負(fù)荷引起的工頻過電壓幅值，仿真結(jié)果如圖 9所示。由圖9可以看出，對于1回?zé)o故障甩負(fù)荷過電壓和單相接地1回甩負(fù)荷過 電壓，雙回運(yùn)行方式時的幅值均小于單回運(yùn)行方式。(3) 3種無故障甩負(fù)荷過電壓的比較。50IOO 150也滿止/予旭抗00 150IOO 150也滿止/予旭

38、抗00 1回?zé)o故障世融荷42!F1 1a1.0150 1OO 150 電源正J予阻抗心(b)/+11接地1回電筑描不回運(yùn)行方式;二一”14寸然二也在此法高電壓技術(shù)課題小組論文3種無故障甩負(fù)荷時甩掉容量的差別造成其過電壓存在差異。一般情況下，甩掉容量越大，產(chǎn)生的過電壓越嚴(yán)重。由于雙回運(yùn)行方式下1回線路傳輸雙回運(yùn)行方式F2H 無故障甩負(fù)荷過電壓雙回運(yùn)行方式卜1回 無故障甩負(fù)荷過電壓容量小于單回運(yùn)行方式下的線路傳輸容量，而單回運(yùn)行方式下線路傳輸容量又 小于雙回運(yùn)行時的總?cè)萘?，因此雙回運(yùn)行方式下 1回?zé)o故障甩負(fù)荷、單回運(yùn)行 時無故障甩負(fù)荷以及雙回運(yùn)行方式F2H 無故障甩負(fù)荷過電壓雙回運(yùn)行方式卜1回 無

39、故障甩負(fù)荷過電壓單向運(yùn)行方式FlM 無故障甩負(fù)一過電壓圖10雙回線路3種無故障甩負(fù)荷過電壓的大小關(guān)系以長度為400 km的雙回線路為例計算3種無故障甩負(fù)荷過電壓幅值。由于 無故障甩負(fù)荷與零/正序阻抗比無關(guān)，但受正序阻抗影響，計算中僅考慮電源正 序阻抗變化的影響，結(jié)果如圖11所示。2回?zé)o故障甩負(fù)荷： 2回運(yùn)行1回甩負(fù)荷:單回運(yùn)行1回電負(fù)荷。圖113種無故障甩負(fù)荷過電壓的比較由圖11的仿真曲線可以得出，在3種無故障甩負(fù)荷過電壓中，幅值從高到 低的順序依次為：2回?zé)o故障甩負(fù)荷過電壓一單回運(yùn)行方式下無故障甩負(fù)荷過電 壓一雙回運(yùn)行方式下單回?zé)o故障甩負(fù)荷過電壓。綜合以上分析可知，單回運(yùn)行方式下1回?zé)o故障甩

40、負(fù)荷和單相接地1回甩 負(fù)荷、雙回運(yùn)行方式下的1回?zé)o故障甩負(fù)荷和單相接地1回甩負(fù)荷這4過電壓 中，單回運(yùn)行方式下單相接地1回甩負(fù)荷過電壓最大。在雙回特高壓線路的 5 種工頻過電壓中，只有2回?zé)o故障甩負(fù)荷過電壓可能超過單回運(yùn)行方式下單相 接地1回甩負(fù)荷過電壓。下文將對其做進(jìn)一步比較，以確定幅值最高的工頻過 電壓種類。(4)單回運(yùn)行方式下單相接地甩負(fù)荷過電壓與兩回?zé)o故障甩負(fù)荷過電壓的15高電壓技術(shù)課題小組論文比較分析。比較單相接地甩負(fù)荷過電壓與2回?zé)o故障甩負(fù)荷過電壓，計算中主要考慮 電源正序阻抗的影響。由于電源零/正序阻抗比會對單相接地甩負(fù)荷過電壓造成 影響，計算時也對其進(jìn)行考慮。仿真結(jié)果圖12所示。1.0540120160801.054012016080電源正序阻抗心單回運(yùn)行方式單相接地1回甩負(fù)荷（H0.4）； -一單回運(yùn)行方式單相接地1回甩負(fù)荷（后1卜 單