750／330kV同塔四回線路內(nèi)部過電壓與潛供電流分析＊

常昊波，溫靈長，雷小舟

（陜西省電力設(shè)計(jì)院，西安710054）

隨著我國經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，日益匱乏的土地資源越來越成為制約電力系統(tǒng)特別是架空送電線路建設(shè)的主要因素．采用同塔并架多回輸電線路可以有效利用線路走廊，提高輸電容量，壓縮走廊寬度，節(jié)約土地資源，降低工程拆遷與建設(shè)投資，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)建設(shè)與地方發(fā)展的協(xié)調(diào)并進(jìn)［1］．由于導(dǎo)線之間復(fù)雜的電磁／靜電耦合關(guān)系，且同塔架設(shè)線路難以實(shí)現(xiàn)完全換位．為提高供電可靠性．研究同塔多回輸電線路的內(nèi)部過電壓與潛供電流問題具有重要意義．

目前國內(nèi)外對(duì)于同塔多回線路內(nèi)部過電壓與潛供電流問題已有研究［2-3］，但都是基于500kV及以下電壓等級(jí)的同塔四回輸電線路進(jìn)行分析，對(duì)于750kV和330kV電壓等級(jí)的同塔四回輸電線路情形還未發(fā)現(xiàn)有文獻(xiàn)提及．本文依托西安南輸變電工程，利用電磁暫態(tài)仿真軟件PSCAD／EMTDC，針對(duì)我國第一條750／330kV同塔四回輸電線路搭建了系統(tǒng)模型，對(duì)其內(nèi)部過電壓與潛供電流進(jìn)行了仿真計(jì)算，并得出相關(guān)結(jié)論，以期給工程設(shè)計(jì)、施工和研究提供參考．

1 計(jì)算模型

1．1 工程概況

西安南輸電線路工程包含西安南-寶雞750 kV輸電線路工程和西安南-戶縣330kV輸電線路工程，其中西安南-寶雞750kV線路長約175 km，西安南變電站出線段26km（含4km同塔四回）和寶雞變電站出線段42km按雙回路共塔設(shè)計(jì)，其余107km為單回路，線路示意圖如圖1所示；西安南-戶縣330kV輸電線路，長約14km，其中在西安南變電站附近有4km和西安南-寶雞750kV輸電線路為同塔四回，其余為同塔雙回，線路示意圖如圖2所示．

圖1 750kV線路路徑示意圖Fig．1 Pathgraph of 750kV lines

1．2 桿塔模型

根據(jù)工程實(shí)際情況，盡可能壓縮走廊寬度，規(guī)劃同塔四回塔型為上面兩回750kV，下面兩回330 kV，均為垂直排列［4］，如圖3所示．

圖2 330kV線路路徑示意圖Fig．2 Pathgraph of 330kV lines

圖3 同塔四回塔型Fig．3 Tower of quadruple-circuit lines

1．3 導(dǎo)線參數(shù)

750kV線路導(dǎo)線采用6×JL3／LHA1-365／165鋁合金芯高導(dǎo)鋁絞線，分裂間距400mm．330 kV線路導(dǎo)線采用4×JL3／G1A-400／35高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線，分裂間距400mm．地線一根采用JLB20A-150鋁包鋼絞線，一根采用OPGW-150光纜．

1．4 相序排列

西安南-寶雞750kV導(dǎo)線相序布置情況如圖4所示，其中I回線按照順時(shí)針換位，另外I回按照逆時(shí)針換位，其中雙回同塔部分換位3次．西安南-戶縣330kV線路中間不存在換位情況．

圖4 西安南-寶雞750kV線路換位示意圖Fig．4 Transposition graph of south xi’an-baoji 750kV transmission lines

2 750kV線路過電壓計(jì)算分析

2．1 由空載線路電容效應(yīng)引起的過電壓

輸電線路空載過電壓主要為由線路電容效應(yīng)引起的過電壓，與線路的補(bǔ)償度有關(guān)．本工程并聯(lián)高抗設(shè)計(jì)值3×70MVar，補(bǔ)償度選擇70%．取線路西安南側(cè)接電源，寶雞側(cè)空載，基于搭建的PSCAD／EMTDC模型，計(jì)算線路沿線空載過電壓見表1，計(jì)算結(jié)果為相電壓．由表1可見，A、B、C三相空載過電壓最大出現(xiàn)在線路3／4處，為1．010 1個(gè)標(biāo)幺值，滿足線路工頻過電壓不大于1．4個(gè)標(biāo)幺值的要求．

2．2 單相接地非故障相過電壓

根據(jù)工程實(shí)際情況，避雷器型號(hào)選擇Y20W-648／1491，中性點(diǎn)電抗1 000Ω，并聯(lián)電抗器補(bǔ)償度選擇70%．設(shè)置B相發(fā)生單相接地故障，阻抗1Ω，分別就B相在線路首端、中間和末端發(fā)生故障時(shí)，各相電壓波形如圖5所示，非故障A相和C相過電壓計(jì)算結(jié)果見表2．由表2可見，當(dāng)B相在線路中間發(fā)生單相接地故障時(shí)，非故障A相過電壓最大，為1．252個(gè)標(biāo)幺值．同樣滿足線路工頻過電壓不大于1．4個(gè)標(biāo)幺值的要求．

表1 線路沿線空載過電壓（p．u．）Tab．1 No-load overvoltage along transmission lines（p．u．）

圖5 單相接地故障下各相電壓情況Fig．5 Each phase voltage in the single-phase earth fault

表2 單相接地非故障A、C相過電壓計(jì)算結(jié)果（p．u．）Tab．2 Calculation results of overvoltage of non-fault A、C phase in the single-phase earth fault（p．u．）

2．3 空載線路合閘過電壓

根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)中采用的斷路器，合閘電阻為570Ω，分別就線路首端、1／4處、中間、3／4處和末端進(jìn)行合閘計(jì)算．合閘前線路上不存在接地，合閘電阻介入時(shí)間8ms，半個(gè)周波內(nèi)，每隔0．001s進(jìn)行合閘計(jì)算，共10組數(shù)據(jù)，取最大值得到不同合閘時(shí)刻空載線路合閘過電壓見表3．

表3 不同合閘時(shí)刻線路合空線過電壓最大值（p．u．）Tab．3 Maximum overvoltage of close on no-load transmission lines at various closing time（p．u．）

圖6 B相重合閘時(shí)三相電壓波形Fig．6 Waveform of three phase voltage at B phase reclosing time

由表3可見，空載線路合閘過電壓相電壓最大值為1．201個(gè)標(biāo)幺值，發(fā)生在線路中間C相；線電壓最大值為2．111個(gè)標(biāo)幺值，發(fā)生在線路末端Eca．滿足線路操作過電壓不高于1．7p．u．，相間操作過電壓滿足不高于2．8p．u．的要求．

2．4 單相重合閘過電壓

單相重合閘過電壓計(jì)算用于模擬線路瞬時(shí)性接地故障時(shí)，線路兩側(cè)斷路器操作引起的過電壓情況．?dāng)嗦菲骱祥l電阻570Ω．設(shè)0s線路中間處B相發(fā)生單相接地故障，100ms線路兩側(cè)斷路器斷開，110ms故障消失，700ms線路兩側(cè)重合閘，并設(shè)置非同期合閘，相差5ms．仿真得到三相電壓波形如圖6所示．由圖6可見，在重合閘時(shí)刻，線路故障相B相上有殘壓，A相和C相上也有感應(yīng)電壓出現(xiàn)．

分別對(duì)線路沿線各處B相發(fā)生單相接地故障時(shí)重合閘過電壓進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表4．

由表4可見，線路單相重合閘過電壓情況并不明顯，相電壓最大值在1．1個(gè)標(biāo)幺值以下，線電壓最大值在1．85個(gè)標(biāo)幺值以下，屬于安全范圍以內(nèi)．

表4 線路沿線單相重合閘過電壓計(jì)算結(jié)果（p．u．）Tab．4 The calculation results of single-phase reclose overvoltage along transmission lines（p．u．）

3 潛供電流計(jì)算分析

中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，線路的單相接地是系統(tǒng)運(yùn)行的主要故障形式．為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，多采用單相重合閘．單相重合閘的成功與否，主要取決于運(yùn)行的健全想線路對(duì)故障相線路電磁耦合的大小，即潛供電流幅值的大?。?-6］．

潛供電流存在著較強(qiáng)的諧波分量，并伴隨著暫態(tài)過程，國內(nèi)外在研究潛供電流的大小與自滅時(shí)間的關(guān)系時(shí)，均采用工頻基波電流，在實(shí)踐中也得到了驗(yàn)證．因此潛供電流計(jì)算實(shí)質(zhì)上涉及到穩(wěn)態(tài)計(jì)算的問題，在計(jì)算A相潛供電流時(shí)，將B相、C相首末端開關(guān)處于合閘位置，A相兩側(cè)開關(guān)打開，并設(shè)定A相有接地故障，此計(jì)算得到的故障電流即是穩(wěn)態(tài)的潛供電流．本文基于搭建的PSCAD／EMTDC模型，仿真計(jì)算了西安南輸電線路工程的潛供電流，并分析討論了其中同塔四回線路長度和位置變化對(duì)潛供電流的影響．

3．1 潛供電流仿真計(jì)算

同塔四回線路段相序布置如圖7所示．

圖7 同塔四回線路相序布置情況Fig．7 Phase sequences of 750／330kV quadruple-circuit lines

仿真計(jì)算潛供電流見表5，結(jié)果均為有效值．由表5可見，最大潛供電流18．911A，為750kV線路C相末端．330kV線路最大潛供電流則為始端A相2．519A．

表5 潛供電流計(jì)算結(jié)果（A）Tab．5 The calculation results of secondary arc current（A）

3．2 四回線路長度和位置對(duì)潛供電流的影響

分別計(jì)算當(dāng)同塔四回線路長度為4km、10km和20km時(shí)的潛供電流大小，結(jié)果見表6．

表6 四回線路長度對(duì)潛供電流影響（A）Tab．6 Influence of length of quadruple-circuit lines on secondary arc current（A）

由表6可見，當(dāng)同塔四回段長度由4km增至20km時(shí)，750kV潛供電流由18．476A增至23．244A，330kV 潛 供 電 流 由 2．519A 增 至5．511A．可見四回段長度越長，線路的潛供電流越大．

從750kV線路來看，由于共塔段越長，另一回750kV線路對(duì)該回線路也有感應(yīng)電流存在，因此750kV線路的潛供電流變化比較明顯．330kV線路由于長度較短，因此當(dāng)四回線路長度增加時(shí)，對(duì)330kV的潛供電流影響也較大．

在同塔四回線路長度為4km的情況下，距離西安南變電站分別為0km、11km和22km時(shí)，線路的潛供電流計(jì)算結(jié)果見表7．由表7可見，當(dāng)同塔四回線路位置變化時(shí)，750kV線路潛供電流大小會(huì)有所差異，并隨著距離的增大呈現(xiàn)先減小后增大的波動(dòng)變化，但差異值小于1．3A；330kV線路潛供電流則幾乎不發(fā)生變化．

表7 四回線路位置對(duì)潛供電流影響（A）Tab．7 The influence of position of quadruple-circuit lines on secondary arc current（A）

4 結(jié) 論

本文依托西安南輸變電工程，使用PSCAD／EMTDC針對(duì)我國第一條750／330kV同塔四回輸電線路內(nèi)部過電壓與潛供電流進(jìn)行了仿真計(jì)算，得到結(jié)論為

1）該線路工頻過電壓與操作過電壓均滿足安全要求．其中三相空載過電壓最大出現(xiàn)在線路3／4處，為1．010 1個(gè)標(biāo)幺值；單相接地故障發(fā)生在線路中間時(shí)非故障相過電壓最大，為1．252個(gè)標(biāo)幺值；空載線路合閘過電壓相電壓最大值為1．201個(gè)標(biāo)幺值，線電壓最大值為2．111個(gè)標(biāo)幺值；線路單相重合閘過電壓情況則并不明顯，相電壓最大值在1．1個(gè)標(biāo)幺值以下，線電壓最大值在1．85個(gè)標(biāo)幺值以下．

2）最大潛供電流18．911A，為750kV線路C相末端；330kV線路最大潛供電流則為始端A相2．519A．

3）同塔四回線路長度對(duì)潛供電流大小有明顯影響，四回段長度越長，線路的潛供電流越大：當(dāng)四回段長度由4km增至20km時(shí)，750kV潛供電流由18．476A增至23．244A，330kV 潛供電流由2．519A增至5．511A；而同塔四回線路位置變化則對(duì)潛供電流大小影響較?。弘S著四回段距離西安南變電站距離的增大，750kV線路潛供電流大小會(huì)有所差異，并呈現(xiàn)出先減小后增大的波動(dòng)變化，但差異值小于1．3A，330kV線路潛供電流則幾乎不發(fā)生變化．

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