基于EMTP的330kV架空線路操作 過電壓分析與計(jì)算

張秀斌 溫定筠 王 鋒 王 津 江 峰

（1.國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，蘭州 730050；2.國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司，蘭州 730030）

近年來，輸電線路多次發(fā)生絕緣子閃絡(luò)跳閘事故頻發(fā)，嚴(yán)重影響供電可靠性，同時(shí)也造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，閃絡(luò)現(xiàn)象往往伴隨著各種過電壓現(xiàn)象。國(guó)內(nèi)外對(duì)線路過電壓、桿塔電位分布、絕緣子電位分布開展過很多研究，但結(jié)合中國(guó)西北的實(shí)際情況，對(duì)于高海拔、長(zhǎng)距離輸電線路的研究尚不多見。本文對(duì)西北高海拔地區(qū)某330kV 架空輸電線路操作過電壓進(jìn)行了分析與計(jì)算，為開展各種污穢絕緣子的表面污穢分布與其電位、電場(chǎng)間的關(guān)系相關(guān)理論仿真和試驗(yàn)分析提供數(shù)據(jù)，并為探討線路閃絡(luò)的原因和研究確定預(yù)防輸電線路閃絡(luò)事故的技術(shù)方案提供相關(guān)參考。

選取發(fā)生閃絡(luò)事故較多的某330kV 電壓等級(jí)輸電線路，利用電磁暫態(tài)程序EMTP（Electro- Magnetic Transient Program）對(duì)所選取的330kV 電網(wǎng)所屬輸電線路閃絡(luò)頻發(fā)段進(jìn)行操作過電壓的仿真計(jì)算，計(jì)算輸電線路沿線各節(jié)點(diǎn)操作過電壓，綜合考慮高海拔、特殊地形、復(fù)雜氣象條件等因素，結(jié)合長(zhǎng)期運(yùn)行數(shù)據(jù)得出各種操作方式下輸電線路的過電壓特性。

1 計(jì)算模型和參數(shù)

1.1 計(jì)算模型建立和初始參數(shù)

本文的研究取西北某330kV 輸電線路，建立線路的模型，對(duì)該線路操作過電壓分布計(jì)算研究。

圖1所示為某330kV 輸電線路電氣接線，該線路總長(zhǎng) 142.256km，分為兩段，長(zhǎng)度分別為77.408km、64.848km。圖1左側(cè)變電站一次側(cè)與750kV 輸電系統(tǒng)相接。圖2為該線路的簡(jiǎn)化等值計(jì)算電路。

圖1 某330kV 輸電線路電氣接線

圖2 330kV 輸電線路簡(jiǎn)化等值電路

1.2 計(jì)算初始參數(shù)

該330kV 輸電線路總長(zhǎng)142.256km 采取三段整換位方式，如圖3所示。

圖3 線路換位方式

輸電線路采用的典型桿塔為ZMT1 型，如圖4所示，單位為mm。

圖4 ZMT1 直線塔結(jié)構(gòu)尺寸

輸電線路選用的導(dǎo)線、架空地線型號(hào)和結(jié)構(gòu)尺寸見表1。

表1 330kV 架空線路各導(dǎo)線參數(shù)

依據(jù)該330kV 輸電線路實(shí)際架設(shè)方式和結(jié)構(gòu)，通過EMTP 軟件中的LCC 架空線路模塊計(jì)算得到的線路序參數(shù)見表2。

表2 330kV 架空輸電線路計(jì)算參數(shù)

線路輸送容量：S=630MW，負(fù)荷側(cè)功率因數(shù)：cosφ=0.95，B 變電站側(cè)負(fù)荷功率為：P+jQ=630+ 98.8MVA。A 變電站的三相短路電流：Id（3）=9.8362kA，單相短路電流Id（1）= 9.4895kA，由此計(jì)算得到變電站等值正序阻抗為：19.37 Ω；負(fù)序阻抗為：21.49Ω。

線路首末兩端分別加裝高壓并聯(lián)電抗器，電抗 器型號(hào)：BKD-100000/330，額定電壓為額定容量為：100Mvar，運(yùn)行時(shí)補(bǔ)償度為60%。

采用的330kV 斷路器合閘電阻為400 Ω，接入時(shí)間為10±2ms。合閘三相不同期時(shí)間不超過3ms，分閘三相不同期時(shí)間不超過5ms。

變電站330kV 側(cè)加裝Y10W-330/727 型避雷器，線路側(cè)加裝Y10W-312/760 型避雷器。

2 操作過電壓計(jì)算

2.1 操作過電壓計(jì)算基準(zhǔn)值

操作過電壓基準(zhǔn)值：

計(jì)算中，均以A 變電站作為線路首端，B 變電站作為線路末端。操作過電壓計(jì)算中給出的所有分 布曲線圖均以為基準(zhǔn)值。

2.2 操作方式確定

依據(jù)該330kV 線路的具體電氣接線、初始參數(shù)和運(yùn)行方式，考慮輸電線路上可能出現(xiàn)的操作過電壓，確定了系統(tǒng)中典型的涉及絕緣配合的幾種操作方式：①三相不同期合閘；②單相重合閘的三相不同期合閘；③三相不同期分閘；④單相接地三相不同期分閘。

3 仿真及結(jié)果分析

對(duì)線路不同期合閘、重合閘等幾種可能產(chǎn)生操作過電壓的運(yùn)行方式下的沿線電壓分布進(jìn)行了分析計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表3至表10，操作過電壓隨線路距離的變化曲線如圖5至圖12 所示。

表3 三相不同期合閘操作時(shí)輸電線路沿線 節(jié)點(diǎn)的2%統(tǒng)計(jì)操作過電壓分布

表4 三相不同期合閘操作時(shí)輸電線路沿線節(jié)點(diǎn)的 最大操作過電壓

表5 單相重合閘操作時(shí)輸電線路沿線節(jié)點(diǎn)的 2%統(tǒng)計(jì)操作過電壓

表6 單相重合閘操作時(shí)輸電線路沿線節(jié)點(diǎn)的 最大操作過電壓

表7 三相不同期分閘操作時(shí)輸電線路沿線節(jié)點(diǎn)的 2%統(tǒng)計(jì)操作過電壓

表8 三相不同期分閘操作時(shí)輸電線路沿線節(jié)點(diǎn)的 最大操作過電壓

表9 三相斷路器帶接地故障操作時(shí)輸電線路沿線 節(jié)點(diǎn)的2%統(tǒng)計(jì)操作過電壓

表10 三相斷路器帶接地故障操作時(shí)輸電線路沿線 節(jié)點(diǎn)的最大操作過電壓

3.1 三相斷路器不同期合閘操作

依據(jù)三相斷路器的合閘性能，三相不同期最大時(shí)差為3ms，斷路器隨機(jī)合閘360 相·次，獲取其最大2%統(tǒng)計(jì)過電壓和最大過電壓。

1）2%三相不同期合閘操作統(tǒng)計(jì)過電壓

當(dāng)線路首端三相斷路器進(jìn)行不同期合閘操作時(shí)，輸電線路沿線各節(jié)點(diǎn)的2%統(tǒng)計(jì)操作過電壓分布情況如圖5所示。

圖5 相-地2%操作過電壓隨距離變化曲線

計(jì)算結(jié)果分析：依據(jù)線路的具體布置和參數(shù)，當(dāng)線路進(jìn)行三相不同期合閘操作時(shí)，由于線路首末端加裝的補(bǔ)償度為60%并聯(lián)電抗器的限壓作用，沿線最大 2%統(tǒng)計(jì)操作過電壓出現(xiàn)在線路靠近末端124#、120#基桿塔處，最大值為1.636p.u.。

2）三相不同期合閘操作最大過電壓值

當(dāng)線路首端三相斷路器進(jìn)行不同期合閘操作時(shí)，輸電線路沿線各節(jié)點(diǎn)的最大操作過電壓值分布情況如圖6所示。

圖6 線路相-地操作過電壓最大值隨線路距離的 變化曲線

計(jì)算結(jié)果分析：依據(jù)線路的具體布置和參數(shù)，當(dāng)線路進(jìn)行三相不同期合閘操作時(shí)，由于線路首末端加裝的補(bǔ)償度為60%并聯(lián)電抗器的限壓作用，沿線最大2%統(tǒng)計(jì)操作過電壓出現(xiàn)在線路距首端70%處，即39#、43#、52#基桿塔處，最大值為1.634p.u.。

3.2 單相斷路器重合閘操作

A、C 兩相正常運(yùn)行，B 相斷路器進(jìn)行單相成功重合閘操作，考慮殘余電荷的影響。

1）2%單相重合閘操作最大統(tǒng)計(jì)過電壓

計(jì)算結(jié)果分析：依據(jù)線路的具體布置和參數(shù)，當(dāng)線路進(jìn)行單相重合閘操作時(shí)，由于線路首末端加裝的補(bǔ)償度為60%并聯(lián)電抗器的限壓作用，沿線最大2%統(tǒng)計(jì)操作過電壓出現(xiàn)在距首端約18%～32%處，即165#、74#基桿塔處，最大值為1.486p.u.。

2）單相重合閘操作最大過電壓值

計(jì)算結(jié)果分析：依據(jù)線路的具體布置和參數(shù)，當(dāng)線路進(jìn)行單相重合閘操作時(shí)，由于線路首末端加裝的補(bǔ)償度為60%并聯(lián)電抗器的限壓作用，沿線最大單相重合閘操作過電壓出現(xiàn)位置與統(tǒng)計(jì)過電壓相近，即143#、156#、74#基桿塔處，最大值為1.793p.u.。

圖8 線路相-地操作過電壓最大值隨線路距離的 變化曲線

3.3 三相不同期分閘操作

依據(jù)三相斷路器的分閘性能，三相不同期最大時(shí)差為5ms，斷路器隨機(jī)分閘360 相·次，獲取其最大2%統(tǒng)計(jì)過電壓和最大過電壓。

1）2%三相不同期分閘操作最大統(tǒng)計(jì)過電壓

計(jì)算結(jié)果分析：依據(jù)線路的具體布置和參數(shù)，當(dāng)線路進(jìn)行三相不同期分閘操作時(shí)，由于線路首末端加裝的補(bǔ)償度為60%并聯(lián)電抗器的限壓作用，沿線最大2%統(tǒng)計(jì)操作過電壓隨線路長(zhǎng)度單調(diào)遞增，最大2%統(tǒng)計(jì)過電壓值出現(xiàn)線路末端處，即149#、160#、165#基桿塔處，最大統(tǒng)計(jì)過電壓值為1.045p.u.。

圖9 相-地2%操作過電壓隨距離變化曲線

2）三相不同期分閘操作最大過電壓值

計(jì)算結(jié)果分析：線路進(jìn)行三相不同期分閘操作時(shí)，沿線最大操作過電壓分布與2%統(tǒng)計(jì)過電壓分布類似，隨線路長(zhǎng)度單調(diào)遞增，最大過電壓值出現(xiàn)線路末端處，即150#、154#、165#基桿塔處，最大過電壓值為1.007p.u.。

圖10 線路相-地操作過電壓最大值 隨線路距離的變化曲線

3.4 帶單相接地三相不同期分閘操作

運(yùn)行中考慮到在線路末端出現(xiàn)永久性單相接地故障時(shí)，當(dāng)單相重合不成功時(shí)會(huì)導(dǎo)致帶單相接地故障三相斷路器不同期分閘操作，三相不同期分閘最大時(shí)差為5ms，斷路器隨機(jī)分閘360 相·次，獲取其最大2%統(tǒng)計(jì)過電壓和最大操作過電壓。

1）2%帶接地故障三相斷路器不同期分閘操作最大統(tǒng)計(jì)過電壓

計(jì)算結(jié)果分析：當(dāng)斷路器帶單相接地故障三相不同期分閘操作時(shí)，兩健全相最大2%統(tǒng)計(jì)操作過電壓沿線單調(diào)遞增，最大2%統(tǒng)計(jì)操作過電壓出現(xiàn)在末端處，即165#基桿塔處，最大值為1.223p.u.。

圖11 相-地2%操作過電壓隨距離變化曲線

2）帶接地故障三相斷路器不同期分閘操作最大過電壓值

計(jì)算結(jié)果分析：當(dāng)斷路器帶單相接地故障三相不同期分閘操作時(shí)，兩健全相最大操作過電壓沿線分布與2%統(tǒng)計(jì)過電壓類似，沿線最大過電壓?jiǎn)握{(diào)遞增，最大操作過電壓出現(xiàn)位置與2%統(tǒng)計(jì)過電壓相同，出現(xiàn)在線路末端即165#基桿塔處，最大值為1.223p.u.。

圖12 線路相-地操作過電壓最大值隨線路距離的變化曲線

4 結(jié)論

通過對(duì)該330kV 輸電線路操作過電壓的計(jì)算分析可知：由于線路上并聯(lián)電抗器的補(bǔ)償作用，降低了末端的工頻過電壓，因而操作過電壓也得到了一些改善，操作過電壓的沿線分布隨著線路距A 變電站距離的增加過電壓逐漸增大，在接近線路末端的幾基桿塔處過電壓最高，單相重合閘操作時(shí)過電壓最高為1.793p.u.，滿足絕緣配合要求的最大操作過電壓水平≤1.8p.u.。

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