1 000kV输电线路空载线路合闸过电压问题研究

1 000kV输电线路空载线路合闸过电压问题研究

发表时间：2018-10-01T11:54:07.950Z 来源：《基层建设》2018年第27期作者：张宝利

[导读] 摘要：随着社会的不断发展，电网中电压的提升对输电线路操作过电压的允许范围制定了更高的指标。

内蒙古大唐国际锡林浩特发电有限责任公司内蒙古锡林郭勒盟锡林浩特市 026000

摘要：随着社会的不断发展，电网中电压的提升对输电线路操作过电压的允许范围制定了更高的指标。国际国内超高压系统中普遍采用的方式是附加单级合闸电阻限制操作过电压，但在特高压系统中很难满足其需求。本文提出采用多级合闸电阻限制特高压线路的操作过电压，采用电磁暂态分析程序ATP-EMTP对国内的示范工程──一条特高压交流输电试验，在JINGDONG、NANYANG至JINGMEN的特高压交流输电工程中的1000kV输电线路中，仅使用多级合闸电阻和单级合闸电阻一起来限制同一时期合闸过电压的现象进行了剖析指导。

关键词：特高压输电；操作过电压；多级合闸电阻；ATPEMTP

随着市场经济的快速发展，各行业对电力需求越来越大，电力系统也正在向特高压、远距离、大容量方向发展。电力系统电压等级、输送距离、输送容量的不断增大，导致系统稳定性问题越来越突出，其中操作过电压就是一个非常重要的问题。电力系统过电压是发展特高压电网所必须研究的一个重要课题。特高压远距离输电具有多重优势，如距离远、容量大、损耗低等。从电网发展过程中原料的分布条件以及我国经济长远进程来看，我国电力工业发展的必然趋势是推进特高压输电工程，并把特高压线路作为全国电网的主网架。绝缘水平是特高压输电中的重要参数，而过电压倍数也是绝缘水平有着直接关系。其原因是工频过电压始终存在特高压远距离输电线路的空载长线所产生的电容效应，在这个层面上，输电线路及与其连接的设备上产生更高的过电压一定会在输电线路的开关操作中反应出来，如何把操作过电压倍数大大降低，现在成为推进特高压电网所要解决的关键。本文中，将装有带合闸电阻的断路器作为重合闸操作过电压的措施放在超高压系统中采用，可以理解为在主触头闭合之前，必须先在闭合回路中瞬时串入一定阻值的合闸电阻，阻隔暂态过电压的现象。

1 过电压

1.1 外部过电压

外部过电压是指因为大气环境中的雷雨云放电从而引发的电力系统的电压升高，故而它也称为大气过电压或雷电过电压。顾名思义，外部过电压是由大气环境等外部因素造成的，带有很明显的不可预知性。限定电力系统的雷电过电压的方法很多，一般人们利用避雷针和避雷线，有些地方则会使用专门的避雷器来限定雷电过电压。

1.2 内部过电压

电力系统产生故障和/或开关操作而造成的电网中的电磁能量的转化，从而造成瞬时或非常短的时间的高于电网规定许可电压并能对电网中的各种专用设备造成威胁的升高的部分电压叫做内部过电压。内部过电压是一种电磁暂态状态，在电力系统中很常见，暂时性过电压和操作性过电压两大类过电压基本就可以包括所有内部过电压状况了。

1.3 暂时过电压

在暂态过渡进程完结后至少可以在0.1秒内保持不变的过电压才可以称为暂时过电压。把暂时过电压继续分类，又可以细分为工频过电压和谐振过电压这两大类。因为特高压系统线路的特点是容量非常大、距离非常远，从而使得本身的无功功率也非常大，这造成了其在甩负荷时也许会致使系统本身严重的暂时过电压；在正常运行的时候，负荷的转变将会给无用功调节、电压的控制和故障时的单相重合闸潜供电流熄灭等造成一系列困难。

1.4 操作过电压

操作过电压就是在发生故障和/或操作时那一瞬时发生的、一般情形下会在几十毫秒以内的基本保持不变的过渡进程中的过电压，与雷电过电压非常单一的发生缘由不一样，内部过电压表现出其发生缘由和发展进程中影响要素的多样性，还具备了种类异常繁复、机理现象各不相同的特征，从过电压保持不变化的时间上来看，外部过电压保持不变的时间最短，操作电压保持不变的时间处于中间位置，暂时过电压保持时间最久，乃至一些特殊的暂时过电压会长时间存在。

2操作过电压理论分析与计算

电力系统中的电容、电感均为储能元件，在操作或者故障引起的过渡过程中，由于电源继续供给能量，储存在电感或电容中的能量会释放或转换，产生高于电源电势的过电压，但这些是在几毫秒至几十毫秒之后要消失的暂态过电压，是由工频电压和自振振荡电压叠加而成的。与超高压输电线路参数相比，在特高压输电线路中，分布电容较大，而分布电阻和电感相对较小。此外，特高压输电线路相对来说比较长，导致在暂态过程中出现很高的过电压，其中，特高压电网中最严重的过电压就是空载长线合闸操作过电压，在最极端的参考下过电压倍数很有可能达到3～4倍。

进行理论计算合闸操作过电压时，笔者假定断路器三相是完全一致的操作，这样输电线路上三相的暂态分量和强制分量之和均为零，互相抵消。正序参数就是过渡过程的电压的唯一影响因素，所以，可以采用单相回路进行分析。设电源等值电势。取电势Em，时间，线路波阻抗Z为基准值。令，稳定时，p=j，于是。

断路器闭合的主要工作原理就是电阻切换过电压的过程。其附加限制条件为：开关接触触头时，在某一段时间（称为闭合电阻的访问时间）后，主接触器闭合，从而限制过电压的合闸操作的目的。概括来说，断路器关闭过程分为两个阶段：第一阶段是连接到开关电阻，第二阶段是合闸电阻后做空。因为合闸电阻阻尼效果的过渡过程是在第一阶段，因此希望它的值越小，则过电压较低。在第二阶段，关阻力值越大，在过渡的过程中，闭合主触点则越激烈，过电压较高。综合来说，希望关阻力值尽可能的小。

与断路器与单级断路器合闸电阻是相似的抗性多级交换原理，并辅助触点所有合闸电阻连接到第一，然后级联采取短合闸电阻，但封闭相邻的两个辅助触头必须经过在一段时间，在此期间所述合闸电阻的访问时间，最后闭合主触头。如在图1（c）所示，依次合 K1、

K2、K3、K0。通过大量的模拟计算，并考虑到能源消耗等各方面的因素，在合闸电阻一般取400Ω的1 000kV特高压电网中，且带有三级合闸电阻的断路器完全满足要求。

3工频过电压及其控制系统

3.1 工频过电压

空载长线的电容效应、不对称接地故障引发的正常相位的电压升高还有甩负荷等都是造成工频过电压发生的原因，它不仅与体系的构造、容量等因素有关，还与系统的各个参数、系统的运行状态有关联，其频率一定是等于或非常接近工程规定的额定频率。