同塔四回輸電線路接地開關(guān)設(shè)計(jì)

同塔四回輸電線路接地開關(guān)設(shè)計(jì)

0同塔多回輸電線路隨著能源的快速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，輸送能力不斷增加，需要在高電壓和高相同量下的長距離輸送。受實(shí)際情況限制,輸電走廊占地問題越來越突出,導(dǎo)致同塔多回平行架空線輸電線路日益增多。同塔多回架設(shè)使得導(dǎo)線間距離很近,導(dǎo)線之間、導(dǎo)線與大地之間存在較強(qiáng)的電磁耦合和靜電耦合。當(dāng)其中部分線路停運(yùn)時(shí),與運(yùn)行線路之間存在電磁與靜電耦合,產(chǎn)生感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流,500kV及以上電壓等級線路同塔架設(shè)時(shí),感應(yīng)電壓更高。自2004年國內(nèi)首條500/220kV同塔四回線路—增莞Ⅱ回投運(yùn)起,500/220kV同塔多回輸電線路在廣東電網(wǎng)應(yīng)用越來越廣泛。截止2010年6月,廣東境內(nèi)已有9條500/220kV同塔多回輸電線路運(yùn)行,節(jié)約了大量的土地資源,效益顯著。但是同塔多回架設(shè)輸電線路對接地開關(guān)提出了更高的要求。根據(jù)GB1985—2004《高壓交流隔離開關(guān)和接地開關(guān)》以及DL/T486—2010《交流高壓隔離開關(guān)和接地開關(guān)訂貨技術(shù)條件》規(guī)定,接地開關(guān)根據(jù)開合方式的嚴(yán)酷程度分為A類和B類,額定值按表1給定。而實(shí)際運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn),部分500/220kV同塔多回輸電線路的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流超過了B類規(guī)定,需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算分析,進(jìn)行接地開關(guān)開合超B類感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流的試驗(yàn)。筆者根據(jù)500kV禎寶甲乙線與220kV東莆甲乙線同塔四回輸電實(shí)際運(yùn)行工況,計(jì)算了220kV東莆甲乙線一回停運(yùn)時(shí),停電線路的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流,并對工程實(shí)際采用的接地開關(guān)進(jìn)行了超B類試驗(yàn),檢驗(yàn)接地開關(guān)能否有效開合相應(yīng)的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流。1運(yùn)算線路內(nèi)部集中連接根據(jù)同塔多回線路的運(yùn)行情況,當(dāng)部分線路停運(yùn)時(shí),運(yùn)行線路與停運(yùn)線路各相導(dǎo)線之間的互感和分布電容不一致,在停運(yùn)線路上產(chǎn)生縱向電動勢。當(dāng)停運(yùn)線路一端開路時(shí),線路另一端的接地開關(guān)在分、合操作過程中,需開斷和關(guān)合容性電流;當(dāng)停運(yùn)線路一端接地時(shí),線路另一端的接地開關(guān)在分、合操作過程中,需開斷和關(guān)合感性電流。1.1各相導(dǎo)線上電壓根據(jù)廣義歐姆定律式(1)中:[I]為各相導(dǎo)線上的電流;[C]為各相導(dǎo)線間的導(dǎo)納矩陣;[U]為各相導(dǎo)線上的電壓。對于停運(yùn)線路,當(dāng)其兩端不接地時(shí),停運(yùn)線路三相電流均為零,可以計(jì)算出運(yùn)行線路在停運(yùn)線路上產(chǎn)生的靜電感應(yīng)電壓。當(dāng)停運(yùn)線路接地時(shí),停運(yùn)線路上的三相電壓均為零,以此計(jì)算出運(yùn)行線路在停運(yùn)線路上的靜電感應(yīng)電流。1.2各相導(dǎo)線間抗側(cè)力根據(jù)廣義歐姆定律式(2)中:[U]為各相導(dǎo)線上的電壓;[I]為各相導(dǎo)線上的電流;[Z]為各相導(dǎo)線間的阻抗矩陣。對于停運(yùn)線路,當(dāng)其兩端不接地時(shí),停運(yùn)線路三相電流均為零,可以計(jì)算出運(yùn)行線路在停運(yùn)線路上產(chǎn)生的電磁感應(yīng)電壓。當(dāng)停運(yùn)線路接地時(shí),停運(yùn)線路上的三相電壓均為零,以此計(jì)算出運(yùn)行線路在停運(yùn)線路上的電磁感應(yīng)電流。222線路運(yùn)移特性分析由于同塔多回輸電各相導(dǎo)線之間作用復(fù)雜,且線路相序及架設(shè)方式多樣,對回路感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流采用理論公式計(jì)算較為困難。電磁暫態(tài)仿真程序(ATP/EMTP)在過電壓計(jì)算、系統(tǒng)仿真等方面應(yīng)用廣泛,被認(rèn)為電磁暫態(tài)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)程序。筆者采用ATP/EMTP對500kV禎寶甲乙線與220kV東莆甲乙線同塔四回輸電實(shí)際運(yùn)行工況進(jìn)行計(jì)算,討論不同運(yùn)行工況下,停運(yùn)線路感應(yīng)電壓、感應(yīng)電流的大小。500kV禎寶甲乙線全長135.8km,其中約有9.4km與220kV東莆甲乙線采用同塔四回架設(shè)。220kV東莆甲乙線架設(shè)及相序布置示意圖見圖1,500/220kV同塔四回輸電線路塔型見圖2。220kV東莆甲乙線導(dǎo)線主要采用2×LGJ-400/50型鋼芯鋁絞線和2×JL/LBIA-400/35型鋁包鋼芯絞線,子導(dǎo)線直徑、20℃直流電阻分別為27.63mm、0.07232Ω/km和26.82mm、0.07177Ω/km,分裂間距均為400mm。普通地線型號為LGJ-95/55型鋼芯鋁絞線(直徑16mm,20℃直流電阻0.2992Ω/km)和LXXGJ-50合金鍍層鋼絞線(直徑9mm,20℃直流電阻3.926Ω/km)。地線采用逐塔接地方式。文對220kV東莆甲乙線的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流進(jìn)行了計(jì)算,具體結(jié)果見表2,計(jì)算結(jié)果均為三相中的最大值。由于計(jì)算時(shí),考慮到系統(tǒng)最嚴(yán)苛運(yùn)行情況及對部分參數(shù)進(jìn)行了等效,計(jì)算結(jié)果會略高于系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況。3接地開關(guān)測試對比電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T486—2010,發(fā)現(xiàn)220kV東莆甲乙線在方式2情況下,其靜電感應(yīng)電壓和電磁感應(yīng)電流超過了B類規(guī)定,因此需要驗(yàn)證運(yùn)行中500kV東莞站220kVJW6-252/J50型接地開關(guān)能否滿足開合表2方式2規(guī)定的超B類感應(yīng)電壓、感應(yīng)電流能力。3.1試驗(yàn)過程中接地開關(guān)的運(yùn)行維護(hù)和試驗(yàn)結(jié)束前試驗(yàn)工況時(shí)根據(jù)DL/T486-2010《高壓交流隔離開關(guān)和接地開關(guān)》規(guī)定,對于每一個(gè)靜電和電磁感應(yīng)電流關(guān)合和開斷應(yīng)進(jìn)行10次關(guān)合、開斷操作循環(huán)。分閘操作應(yīng)繼合閘操作之后進(jìn)行,兩次操作之間應(yīng)有足夠的時(shí)延,使得任何瞬態(tài)電流得以消失。在整個(gè)試驗(yàn)程序進(jìn)行中,接地開關(guān)不應(yīng)進(jìn)行檢修和調(diào)整。試驗(yàn)過程中接地開關(guān)應(yīng)成功地完成試驗(yàn)且沒有過度的機(jī)械和電氣損傷。在操作過程中,允許接地開關(guān)向外噴射火焰和金屬微粒,但不應(yīng)降低接地開關(guān)的絕緣水平并保證不會危害操作人員或附近其他人員的安全。試驗(yàn)結(jié)束后接地開關(guān)的機(jī)械性能和絕緣與試驗(yàn)前的狀況基本相同。接地開關(guān)應(yīng)能夠承受其額定峰值耐受電流和額定短時(shí)耐受電流。只要符合接地開關(guān)預(yù)期的操作壽命和維修規(guī)范,允許有機(jī)械磨損和電弧燒蝕的痕跡。3.2靜電感應(yīng)電流愈合試驗(yàn)試驗(yàn)樣品照片和試驗(yàn)主回路見圖3、4。電磁感應(yīng)電流開合試驗(yàn)中,電源容量為0.64MV·A,電壓2.7kV,電流0.237kA,頻率50Hz。通過調(diào)頻裝置,保證在接地開關(guān)兩端施加236.9A電磁感應(yīng)電流和2.7kV電磁感應(yīng)電壓,考核試品能否有效開合電磁感應(yīng)電壓和電流。靜電感應(yīng)電流開合試驗(yàn)中,電源容量為18MV·A,電壓6.0kV,電流3kA,頻率50Hz。通過調(diào)整變壓器保證在接地開關(guān)兩端施加33.0kV靜電感應(yīng)電壓、2.1A靜電感應(yīng)電流,來考核試品能否有效開合靜電感應(yīng)電壓和電流。3.3試驗(yàn)過程及分析1)分合閘時(shí)間測試。試驗(yàn)前后分別對接地開關(guān)的分、合閘時(shí)間進(jìn)行測量。試品合閘時(shí)間為450.50ms,試品分閘時(shí)間為525.15ms。廠家技術(shù)條件要求接地開關(guān)分、合閘時(shí)間為(600±200)ms,因此分合閘時(shí)間滿足要求。2)分合閘拉弧現(xiàn)象。在接地開關(guān)開合靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)電流過程中,產(chǎn)生了不同程度的拉弧現(xiàn)象。其中開斷電磁感應(yīng)電壓2.7kV、電磁感應(yīng)電流236.9A過程中,拉弧現(xiàn)象較為明顯,具體見圖5。3)觸頭燒蝕情況分析。通過試驗(yàn)前后動主觸頭和引弧桿進(jìn)行對比,可以看出,拉弧過程對觸頭的燒蝕情況。試驗(yàn)前動主觸頭和引弧桿見圖6,試驗(yàn)后動主觸頭和引弧桿見圖7、8。由于接地開關(guān)開合次數(shù)的增加,圖8中引弧桿表面出現(xiàn)了一定程度的燒蝕。引弧桿表面存在電弧燃燒運(yùn)動之后殘留的痕跡。根據(jù)DL/T486—2010規(guī)定,只要符合接地開關(guān)預(yù)期的操作壽命和維修規(guī)范,允許有機(jī)械磨損和電弧燒蝕的痕跡。進(jìn)行靜電感應(yīng)電流開合試驗(yàn)時(shí),觸頭間拉弧長度較電磁感應(yīng)電流短,在進(jìn)行完10次靜電感應(yīng)電流2.1A和靜電感應(yīng)電壓33kV后,沒有發(fā)現(xiàn)表面出現(xiàn)燒蝕痕跡。4)試驗(yàn)結(jié)論。在試驗(yàn)過程中,未發(fā)現(xiàn)開合失敗現(xiàn)象;沒有出現(xiàn)過度的機(jī)械損傷;沒有出現(xiàn)明顯的外噴火焰和金屬微粒;試驗(yàn)前后,接地開關(guān)試品能夠順利分合閘;試品無異常。試驗(yàn)結(jié)果表明,運(yùn)行中500kV東莞站220kVJW6-252/J50型接地開關(guān)能夠滿足開合表2規(guī)定的超B類感應(yīng)電壓、感應(yīng)電流的能力。4試驗(yàn)1:接地開關(guān)閉合試驗(yàn)1)同塔多回輸電線路使得電網(wǎng)更加緊湊,有效節(jié)約了輸電走廊,但是也對接地開關(guān)提出了更高的要求。需要根據(jù)線路實(shí)際運(yùn)行情況計(jì)算感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流,且需要驗(yàn)證相應(yīng)接地開關(guān)是否具備開合計(jì)算感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流的能力。2)500kV禎寶甲乙線與220kV東莆甲乙線同塔四回架設(shè),當(dāng)500kV禎寶甲乙線一回停運(yùn)、另一回輸送3600MW,220kV東莆甲乙線一回停運(yùn)、另一回正常運(yùn)行情況下,220kV停運(yùn)線路的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流超過了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的接地開關(guān)能夠開合的B類感應(yīng)電壓、電流的要求。3)對500kV東莞站220kVJW6-252/J50型接地開關(guān)進(jìn)行了開合超B類感應(yīng)電壓、電流的試驗(yàn)。試驗(yàn)前后,該型接地開關(guān)分、合閘時(shí)間一致,且滿足廠家提供的技術(shù)要求范圍。進(jìn)行靜電感應(yīng)電流開合試驗(yàn)時(shí),觸頭間拉弧長度較電磁感應(yīng)電流短,在進(jìn)行完10次靜電感應(yīng)電流2.