永州宗元 500 kV輸變電工程過(guò)電壓計(jì)算研究

侯益靈,楊高才

(湖南省電力公司試驗(yàn)研究院,湖南長(zhǎng)沙 410007)

為保證調(diào)試過(guò)程中的設(shè)備安全,對(duì)新建的宗元500kV輸變電工程的過(guò)電壓?jiǎn)栴}進(jìn)行了計(jì)算研究,主要內(nèi)容包括:工頻過(guò)電壓、潛供電流與恢復(fù)電壓、操作過(guò)電壓等。本次計(jì)算研究主要由 PSCAD/EMTDC仿真程序完成。

1 系統(tǒng)接線、設(shè)備參數(shù)

1.1 系統(tǒng)接線和運(yùn)行方式

永州宗元 500 kV輸變電工程本次僅投產(chǎn)長(zhǎng)陽(yáng)鋪—宗元 1條 500 kV線路,1臺(tái)容量為 750 MVA的降壓變壓器,該輸變電工程的簡(jiǎn)化系統(tǒng)接線圖見(jiàn)圖1。

圖 1 永州宗元 500 kV變簡(jiǎn)化系統(tǒng)接線圖

為便于仿真計(jì)算,對(duì)湖南電網(wǎng)進(jìn)行了必要的等值簡(jiǎn)化。研究中,保留了湖南主要的 500kV受端電網(wǎng),將 220k V電網(wǎng)分別等值到相應(yīng) 500 kV變電站的 220k V母線。計(jì)算的運(yùn)行方式考慮當(dāng)時(shí)的大負(fù)荷方式和小負(fù)荷方式,其中大負(fù)荷方式全省的負(fù)荷考慮為 11500MW,小負(fù)荷方式全省的負(fù)荷考慮為 6 500 MW左右。

1.2 主要設(shè)備參數(shù)

1.2.1 500kV線路參數(shù)

宗元輸變電工程本次投運(yùn)的 500 kV線路 1回,即長(zhǎng)陽(yáng)鋪—宗元 500 kV線路,線路全長(zhǎng)103.642 km,導(dǎo)線型號(hào)為 LGJ-4×400/50,導(dǎo)線水平排列。

根據(jù)相關(guān)的線路資料,利用 PSCAD程序計(jì)算該 500 kV線路參數(shù)如表 1所示。

表 1 長(zhǎng)陽(yáng)鋪—宗元 500k V線路參數(shù)

1.2.2 宗元 500 kV變電所主變參數(shù)

宗元變電所本次調(diào)試時(shí)僅安裝 1臺(tái) 750 MVA自耦降壓變壓器,由 3臺(tái)單相變壓器組成。

500kV主變參數(shù)見(jiàn)表 2所示。

表 2 宗元 500 kV主變參數(shù)

2 過(guò)電壓計(jì)算和分析

2.1 工頻過(guò)電壓

工頻過(guò)電壓主要由空載線路的電容效應(yīng)、不對(duì)稱接地效應(yīng)和甩負(fù)荷效應(yīng)等因素單獨(dú)或組合作用產(chǎn)生,它的大小與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、電源容量、線路長(zhǎng)度、參數(shù)、并聯(lián)補(bǔ)償方式、運(yùn)行方式和故障形態(tài)有關(guān)。工頻過(guò)電壓的大小直接影響避雷器額定電壓的選擇,影響系統(tǒng)的操作過(guò)電壓水平,在高壓或超高壓電網(wǎng)中,它是絕緣配合的基礎(chǔ),因此需要研究系統(tǒng)的工頻過(guò)電壓水平。

對(duì)于 500 kV系統(tǒng)工頻過(guò)電壓,《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》規(guī)定,線路斷路器的變電所側(cè)及線路側(cè)應(yīng)分別不超過(guò)系統(tǒng)最高運(yùn)行相電壓(550/kV)的 1.3和 1.4倍。如果線路的工頻過(guò)電壓超過(guò)上述要求,應(yīng)采取措施予以降低。

2.1.1 計(jì)算條件

SDJ161-1985《電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定,計(jì)算中發(fā)電機(jī)采用恒定的暫態(tài)電勢(shì)和暫態(tài)電抗表示,負(fù)荷用恒定阻抗表示,研究線路用分布參數(shù)模型表示。

計(jì)算中考慮 3種跳閘方式,即正常運(yùn)行方式下無(wú)故障跳開(kāi)三相線路,單相接地跳開(kāi)三相線路,兩相接地跳開(kāi)三相線路,分別用 K(0),K(1),K(2)表示。

2.1.2 計(jì)算結(jié)果

長(zhǎng)陽(yáng)鋪—宗元 500kV線路工頻過(guò)電壓的計(jì)算結(jié)果如表 3所示,表中過(guò)電壓?jiǎn)挝粸闃?biāo)幺值,基準(zhǔn)值為550kV。

由表 3可知,在大負(fù)荷方式下,長(zhǎng)陽(yáng)鋪—宗元線路首端最大工頻過(guò)電壓為 1.073 pu,末端最大工頻過(guò)電壓為 1.293 pu;小負(fù)荷方式下,線路首端最大工頻過(guò)電壓為 1.067 pu,末端最大工頻過(guò)電壓為1.298 pu。由計(jì)算結(jié)果可知,長(zhǎng)陽(yáng)鋪—宗元線路工頻過(guò)電壓水平在規(guī)程允許范圍內(nèi)。

表 3 長(zhǎng)陽(yáng)鋪—宗元線路工頻過(guò)電壓水平 pu

2.2 潛供電流和恢復(fù)電壓

線路發(fā)生單相接地短路,接地相兩側(cè)斷路器跳開(kāi)后,其它兩相仍在運(yùn)行,由于相間電容互感耦合,接地點(diǎn)仍流過(guò)一定的電流,稱為潛供電流;接地點(diǎn)的電流過(guò)零時(shí)故障相的電壓稱為恢復(fù)電壓。當(dāng)潛供電流和恢復(fù)電壓值較大時(shí),會(huì)使故障處的電弧不易熄滅,單相重合閘的動(dòng)作時(shí)間就會(huì)延長(zhǎng)。為了采用快速自動(dòng)重合閘,并確定重合閘的動(dòng)作時(shí)間,就必須計(jì)算線路的潛供電流和恢復(fù)電壓的大小。

潛供電流和恢復(fù)電壓的大小決定電弧自滅的速度,因而也決定單相自動(dòng)重合閘無(wú)電流間隙時(shí)間。我國(guó)尚未對(duì)潛供電流和恢復(fù)電壓的大小與其電弧自滅時(shí)間之間的定量關(guān)系作出明確規(guī)定。一般認(rèn)為潛供電流小于 15～20 A,恢復(fù)電壓小于 80 kV,可以采用快速單相重合閘。

本次調(diào)試投產(chǎn)線路的潛供電流和恢復(fù)電壓的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 4。

表 4 潛供電流和恢復(fù)電壓值

從計(jì)算可得,長(zhǎng)陽(yáng)鋪—宗元線路的潛供電流為17.53A左右;線路的恢復(fù)電壓較小為 67.45 kV左右,計(jì)算結(jié)果表明該線路可以采用快速自動(dòng)重合閘。

2.3 操作過(guò)電壓

2.3.1 計(jì)算條件

圖 2 MOA操作沖擊伏安特性曲線

2.3.2 計(jì)算方案

一般來(lái)說(shuō),線路單相重合閘操作過(guò)電壓低于線路合閘操作過(guò)電壓,因此,文中僅進(jìn)行了合閘過(guò)電壓計(jì)算。根據(jù)規(guī)程規(guī)定,對(duì)于變電所出線的空載線路合閘,操作母線電壓為相應(yīng)運(yùn)行方式下的實(shí)際母線電壓;500kV系統(tǒng)空載線路合閘在線路上產(chǎn)生的相對(duì)地統(tǒng)計(jì)過(guò)電壓不宜大于 2.0pu。

2.3.3 計(jì)算結(jié)果

長(zhǎng)陽(yáng)鋪—宗元 500kV線路的合閘過(guò)電壓計(jì)算結(jié)果如表 5所示。表中,2%合閘過(guò)電壓為沿線最高的 2%統(tǒng)計(jì)過(guò)電壓,單位為標(biāo)幺值;1pu=550

表 5 長(zhǎng)陽(yáng)鋪—宗元線路合閘過(guò)電壓 pu

由表 5可見(jiàn),大、小負(fù)荷方式下宗元側(cè)合長(zhǎng)陽(yáng)鋪—宗元線路,線路的相地 2%過(guò)電壓分別為1.61,1.54pu,長(zhǎng)陽(yáng)鋪側(cè)合長(zhǎng)陽(yáng)鋪—宗元線路,大、小負(fù)荷方式下線路的相地 2%過(guò)電壓分別為1.64,1.60 pu,低于規(guī)程允許水平。

由表 5還可知,長(zhǎng)陽(yáng)鋪—宗元 500kV線路兩端的線路斷路器進(jìn)行操作時(shí),首末端相間合閘過(guò)電壓最大值為 2.85 pu,低于相間絕緣允許水平。

計(jì)算可知,長(zhǎng)陽(yáng)鋪—宗元線路兩側(cè)開(kāi)關(guān)分別合空載該線路時(shí),其線路末端 MOA吸收能量最大為33.06kJ,遠(yuǎn)低于 MOA的通流能力。因此,長(zhǎng)陽(yáng)鋪—宗元線路上的 MOA是安全的。

3 結(jié) 論

(1)計(jì)算的運(yùn)行方式下,長(zhǎng)陽(yáng)鋪—宗元線路首端出現(xiàn)的最大工頻過(guò)電壓為 1.073 pu,線路末端出現(xiàn)的最大工頻過(guò)電壓達(dá) 1.298 pu,線路首末端過(guò)電壓水平在規(guī)程允許范圍內(nèi)。

(2)計(jì)算的運(yùn)行方式下,長(zhǎng)陽(yáng)鋪—宗元線路的潛供電流為 17.53 A,恢復(fù)電壓為 67.45kV左右,該線路可以采用快速重合閘。

(3)操作過(guò)電壓方面,長(zhǎng)陽(yáng)鋪—宗元線路斷路器進(jìn)行操作,線路相地最高 2%操作統(tǒng)計(jì)過(guò)電壓水平為 1.64 pu,相間最高 2%操作統(tǒng)計(jì)過(guò)電壓水平為 2.85 pu,都在規(guī)程容許范圍內(nèi),線路末端 MOA吸收能量最大為 33.06 kJ,低于 MOA的通流能力,線路進(jìn)行合閘操作是安全的。

(4)根據(jù)計(jì)算研究結(jié)論,系統(tǒng)并無(wú)特殊要求,按規(guī)程進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)試運(yùn)行,宗元輸變電設(shè)備的內(nèi)過(guò)電壓水平均在規(guī)程允許范圍內(nèi),設(shè)備的安全可得到保證。

〔1〕吳維韓,張芳榴.電力系統(tǒng)過(guò)電壓數(shù)值計(jì)算 〔M〕.北京:科學(xué)出版社,1989.

〔2〕Dommel,H.W.電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)理論 〔M〕.北京:水利電力出版社,1991.

〔3〕解廣潤(rùn).電力系統(tǒng)過(guò)電壓 〔M〕.北京:水利電力出版社,1985.

〔4〕電力工業(yè)部.交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合 〔M〕.北京:中國(guó)電力出版社,1997.