避雷器限制500 kV同塔雙回緊湊型輸電線路操作過電壓的研究

朱洪波，宋穎巍

（遼寧省電力有限公司技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究中心，遼寧沈陽 110000）

與常規(guī)輸電線路相比，緊湊型輸電線路減小了輸電線路的電抗，提高了線路的自然輸送功率，壓縮了線路走廊寬度。因此，緊湊型輸電線路主要用于線路走廊比較困難及受暫態(tài)穩(wěn)定限制的長距離電源外送地區(qū)。

隨著占地賠償價(jià)格、線路走廊通道障礙物拆遷及林木植被保護(hù)費(fèi)用的提高，緊湊型輸電線路綜合造價(jià)將進(jìn)一步降低，采用同塔雙回緊湊型輸電線路的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益會(huì)更加顯著。

500kV同塔雙回緊湊型輸電線路充電無功大于常規(guī)500 kV輸電線路，對于長距離500 kV緊湊型輸電線路，即使兩端安裝了高壓電抗器，線路中部的電壓仍比較高，而合空載長線時(shí)操作過電壓最高值也發(fā)生在線路中部。

1 500 kV同塔雙回緊湊型輸電線路的塔型及參數(shù)

圖1 500 kV同塔雙回緊湊型輸電線路塔型

典型的500 kV同塔雙回緊湊型輸電線路采用LGJ－300×6導(dǎo)線，塔型如圖1所示。三相導(dǎo)線按等邊倒三角排列，相導(dǎo)線間（中心至中心）距離為6.7 m，三相導(dǎo)線的幾何均距（GMD）亦為6.7 m。每相6根子導(dǎo)線按等六邊形排列，六邊形外接圓直徑為750 mm，六邊形的一對平行邊為水平方向，邊長為375 mm。各相均采用V型絕緣子金具串懸掛導(dǎo)線，下相導(dǎo)線除V型絕緣子金具串外，另加一垂直絕緣子串;V型絕緣子串的絕緣子采用合成絕緣子，串長為4 340 mm。

采用EMTP程序?qū)υ撦旊娋€路參數(shù)進(jìn)行仿真，并與常規(guī)同塔雙回LGJ－400×4號線的輸電線路進(jìn)行比較，結(jié)果如表1所示。

表1 輸電線路參數(shù)比較

與普通型同塔雙回輸電線路參數(shù)相比，緊湊型同塔雙回輸電線路正序電抗減少了30.6%，充電無功增加了49.7%，自然輸送功率增加了46.9%。

2 操作過電壓

蒙東電網(wǎng)位于東北電網(wǎng)西部，赤峰電網(wǎng)位于蒙東電網(wǎng)最南部，赤峰地區(qū)是電力外送地區(qū)，目前通過500 kV白音華電廠—巴林—青山—燕南通道將多余電力送入遼寧地區(qū)。隨著赤峰地區(qū)電源的進(jìn)一步增加，建設(shè)了500 kV巴林—阜新輸變電工程。巴林—阜新輸電線路采用LGJ－300×6型緊湊型輸電線路，同塔雙回架設(shè)，建設(shè)方案如圖2所示。由于線路比較長，充電無功比較多，因此，在每條線路兩端各裝設(shè)1組180 Mvar高壓并聯(lián)電抗器以限制工頻過電壓。

圖2 工程建設(shè)方案

對圖2所示系統(tǒng)進(jìn)行操作過電壓計(jì)算，工程擬建線路和其相鄰一級500 kV線路采用與頻率相關(guān)的JMARTY模型，其余500 kV線踐采用分布參數(shù)模型，簡化后的系統(tǒng)保留操作線路饋電側(cè)母線同一電壓等級（500 kV）的所有線路及饋電側(cè)母線的前一級母線，各主要節(jié)點(diǎn)的電壓和功角與潮流計(jì)算結(jié)果相同。巴林與阜新2個(gè)變電站等值到主變低壓側(cè)，在對系統(tǒng)等值計(jì)算的基礎(chǔ)上，應(yīng)用EMTP程序計(jì)算操作過電壓，線路兩端均裝設(shè)金屬氧化鋅避雷器，合閘120次，巴林側(cè)和阜新側(cè)合閘時(shí)2%過電壓沿線分布如圖3、圖4所示。

由圖3、圖4可以看出，操作過電壓的最高值不是分布在線路的兩側(cè)，均發(fā)生在線路的中部。巴林側(cè)合閘時(shí)，最高過電壓發(fā)生在距巴林側(cè)約230 km處，最高值為2.0。阜新側(cè)合閘時(shí)，最高過電壓發(fā)生在距巴林側(cè)約180 km處，最高值為2.06。

根據(jù)DL/T620—1997《交流電氣裝置的過電壓與絕緣配合》規(guī)定，500 kV輸電線路最大合閘過電壓不超過2.0。因此，應(yīng)采取限制操作過電壓的措施。對這種過電壓的限制，常采取兩種傳統(tǒng)的限制措施:一是將斷路器合閘電阻作為限制的主要手段，把避雷器作為后備保護(hù)，即一般所說的兩道防線;二是只利用避雷器來限制合閘過電壓。合閘電阻僅能用來限制某些（合閘、重合閘）過電壓，而MOA則可用來限制各種操作過電壓，同時(shí)可以用作行波保護(hù);合閘電阻限壓效果不穩(wěn)定，分散性大，而MOA限壓效果穩(wěn)定，分散性小，因此，只研究用避雷器限制操作過電壓的措施。

可以看出兩端合閘的操作過電壓都成弓形分布，能量主要集中在線路中部，因此，應(yīng)在線路中部加裝避雷器，在節(jié)點(diǎn)3、4、5分別加裝444型線路避雷器后，巴林和阜新側(cè)分別空載合閘操作過電壓沿線分布如圖5～圖10所示。

通過在線路中部節(jié)點(diǎn)3和節(jié)點(diǎn)4加裝線路型避雷器后，巴林和阜新側(cè)三相合閘產(chǎn)生的沿線單相對地過電壓降到了2.0 p.u．以下，可滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在節(jié)點(diǎn)5加裝避雷器，無法全部吸收多余能量，沿線過電壓仍維持在過高水平。因此，建議在線路中部距離巴林側(cè)150～200 km處加裝避雷器，抑制操作過電壓水平。通過分析表明，在線路中部加裝線路避雷器可限制操作過電壓在規(guī)程的范圍之內(nèi)。

3 與傳統(tǒng)加裝合閘電阻法比較

3.1 經(jīng)濟(jì)比較

巴林—阜新輸變電工程2回500 kV線踐若采用加裝合閘電阻限制操作過電壓，需要在2回線路兩端斷路器上均加裝合閘電阻，在4組斷路器上加裝合閘電阻，每臺斷路器增加成本約100萬元，總共增加成本約400萬元。

若在線路中部距離巴林側(cè)150～200 km處加裝避雷器，只需加裝2組金屬氧化鋅避雷器，每組金屬氧化鋅避雷器成本約30萬元，總共增加成本約60萬元。

從本期工程投資角度看，采用線路中部加裝線路避雷器比采用合閘電阻節(jié)省投資340萬元。從遠(yuǎn)期電網(wǎng)發(fā)展角度看，500 kV巴林—阜新線路要雙π入位于線路中部的奈曼變電站，不存在長度超過200 km的500 kV線路，500 kV操作過電壓能滿足規(guī)程要求，斷路器上的合閘電阻需拆除，但線路避雷器可繼續(xù)使用或拆除后搬至其它地點(diǎn)繼續(xù)使用。因此，無論是從近期還是從遠(yuǎn)期看，采用線路中部加裝線路避雷器比采用合閘電阻經(jīng)濟(jì)。

3.2 技術(shù)比較

合閘電阻僅能用來限制某些（合閘、重合閘）過電壓，MOA可用來限制各種操作過電壓，同時(shí)可用作行波保護(hù)，MOA限壓效果穩(wěn)定，分散性小。對于一個(gè)給定的接線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，合閘電阻存在一個(gè)最佳值，即“U”型曲線，只有當(dāng)其為最佳值時(shí)，限壓效果最好，但實(shí)際上難以做到，MOA則不存在該問題。因此，從保護(hù)能力方面看，MOA顯然優(yōu)于合閘電阻。

根據(jù)比較可以看出，無論從技術(shù)上還是從經(jīng)濟(jì)上，采用線路中部加裝線路避雷器比采用合閘電阻好。

4 結(jié)論

a．與普通型同塔雙回輸電線路（LGJ－400× 4）參數(shù)相比，緊湊型同塔雙回輸電線路（LGJ－300×6）正序電抗減少了30.6%，充電無功增加了49.7%，自然輸送功率增加了46.9%，因此，緊湊型導(dǎo)線的輸送能力強(qiáng)，有利于保護(hù)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定。

b．用線路金屬氧化鋅避雷器限制操作過電壓是可行的，與裝設(shè)合閘電阻相比不但經(jīng)濟(jì)上節(jié)約工程投資，而且可用來限制操作過電壓，限壓效果穩(wěn)定，分散性小。

c．隨著電網(wǎng)發(fā)展，500 kV變電站布點(diǎn)越來越多，500 kV線路長度越來越短，限制線路操作過電壓只是電網(wǎng)過渡時(shí)期措施，在過渡時(shí)期采取的措施力求經(jīng)濟(jì)簡單，在線路中部裝設(shè)避雷器限制操作過電壓具有一定的優(yōu)越性。

［1］王紹德，李耀玲．昌房500 kV緊湊型線路運(yùn)行特性分析［J］．電網(wǎng)技術(shù)，2000，24（2），10－13．

［2］張建．福建500 kV水莆泉線路操作過電壓計(jì)算分析［J］．福建電力與電工，2001，21（2），21－23．