線路剖接對超高壓長線路原有補(bǔ)充設(shè)備影響研究

于開坤

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，全國電力需求不斷增長，以500kV超高壓電網(wǎng)為主干的電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)逐步完善，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)更加堅強(qiáng)，500kV變電站站點將會愈加密集，在這一過程中500kV超高壓長線路將會逐步剖接成為較短的線路運(yùn)行。長線路剖接后，原有線路上用來限制操作過電壓的高壓電抗器是否仍滿足要求、部分是否設(shè)備需要拆除等問題，將成為超高壓輸變電工程建設(shè)的一個焦點問題。

關(guān)鍵詞：線路剖接;工頻諧振過電壓;高壓電抗器

1 引言

電力系統(tǒng)中存在著許多電感電容元件，如電力變壓器、互感器、發(fā)電機(jī)、消弧線圈、電抗器、線路導(dǎo)線電感等均可作為電感元件，而線路導(dǎo)線對地相間電容、補(bǔ)償用的并聯(lián)和串聯(lián)電容器組、高壓設(shè)備的雜散電容均可作為電容元件[1-2]。

超高壓電網(wǎng)由于送電線路長，線路的電感電容效應(yīng)顯著增大，導(dǎo)致空載線路末端工頻電壓升高，線路出現(xiàn)非全相操作時，帶電相的電壓將通過相間耦合電容傳遞至斷開相上而產(chǎn)生感應(yīng)電壓，并引起幅值很高的過電壓。為限制過電壓產(chǎn)生，采取在線路裝設(shè)并聯(lián)電抗器，以補(bǔ)償線路電容電流、限制工頻電壓升高，此時，斷開相對地阻抗可能為感性，相間阻抗為容性，當(dāng)參數(shù)配合適當(dāng)時，傳遞回路將構(gòu)成諧振回路，斷開相上出現(xiàn)較高的工頻諧振過電壓。因此，并聯(lián)電抗器的存在是超高壓電網(wǎng)突出的特點，使一系列過電壓問題與一般電壓等級電網(wǎng)不同，電網(wǎng)參數(shù)選擇不當(dāng)即將產(chǎn)生諧振過電壓[3-6]。

隨著500kV變電站站點的逐漸密集，原有線路上配置的高壓電抗器是否還能夠滿足要求，原有的線路高壓并聯(lián)電抗器取舍問題，需要著重解決。

2 工頻諧振過電壓的類型

電力系統(tǒng)中的電容和電阻元件，一般可以認(rèn)為是線性參數(shù)。但是電感元件則不然，由于振蕩回路中包含不同特性的電感元件，諧振將有三種類型：

a）線性諧振

諧振回路由不帶鐵芯的電感元件（如輸電線路的電感、變壓器的漏感）或勵磁特性接近線性的帶電鐵芯的電感元件（如消弧線圈，其鐵芯中有氣隙）和系統(tǒng)中的電容元件所組成。在正弦電源作用下，當(dāng)系統(tǒng)自振頻率與電源頻率相等或相近時，可能產(chǎn)生線性諧振。

b）鐵磁諧振（非線性諧振）

諧振回路由帶鐵芯的電感元件（如空載變壓器、電壓互感器）和系統(tǒng)的電容元件組成。因鐵芯電感元件的飽和現(xiàn)象，使回路的電感參數(shù)是非線性的，這種含有非線性電感元件的回路，在滿足一定諧振條件時，會產(chǎn)生鐵磁諧振，并具有許多特有的性質(zhì)。

基波的鐵磁諧振有以下特點：

1）產(chǎn)生串聯(lián)鐵磁諧振的必要條件是：電感和電容的伏安特性必需相交，即

因而，鐵磁諧振可以在較大范圍內(nèi)產(chǎn)生。

2）對鐵磁諧振電路，在同一電源電勢作用下，回路可能有不止一種穩(wěn)定工作狀態(tài)。在外界激發(fā)下，回路可能從飛諧振工作狀態(tài)躍變到諧振工作狀態(tài)，電路從感性變?yōu)槿菪?，發(fā)生相位反傾，同時產(chǎn)生過電壓與過電流。

3）鐵磁元件的非線性是產(chǎn)生鐵磁諧振的根本原因，但其飽和特性本身又限制了過電壓的幅值，此外，回路中損耗也能使過電壓降低，當(dāng)回路電阻值大到一定數(shù)值時，就不會出現(xiàn)強(qiáng)烈的諧振現(xiàn)象。

c）參數(shù)諧振

由電感參數(shù)作周期性變化的電感元件（如凸極發(fā)電機(jī)的同步電抗在Xd～Xq的周期變化）和系統(tǒng)電容元件（如空載線路）組成回路，當(dāng)參數(shù)配合時，通過電感的周期變化，不斷向諧振系統(tǒng)輸送能量，將會造成參數(shù)諧振過電壓。

3 剖接線路對工頻諧振過電壓的影響

研究經(jīng)驗和工程實際應(yīng)用表明，并聯(lián)電抗器中性點小電抗的取值范圍較大，不一定選擇全補(bǔ)償小電抗，而以滿足抑制工頻諧振過電壓和限制潛供電流的要求為原則。根據(jù)規(guī)程規(guī)定，線路裝設(shè)高壓電抗器后，應(yīng)驗算工頻諧振過電壓。

3.1 工程背景

以新建C變電站剖接A變電站～B變電站雙回500kV線路為工程依據(jù)進(jìn)行相關(guān)領(lǐng)域研究，分析剖接對線路工頻諧振過電壓的影響，研究原本加裝在線路上的高壓并聯(lián)電抗器的保留問題以及中性點小電抗的更換問題。

新建C變電站500kV出線為“π”接A變電站～B變電站雙回500kV線路，從而形成4回500kV出線，分別為至A變電站2回（LGJ-4×630/58.7km）、至B變電站2回（LGJ-4×630/56.5km）。新建段線路導(dǎo)線截面JL3/G1A-4×630/45高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線，同塔雙回建設(shè)。

原500kVA變電站～B變電站線路全線采用同塔雙回線架設(shè)，全長99km，采用一次全換位。A變電站～B變電站同塔雙回線路在A變電站側(cè)各裝設(shè)有一組容量90MVar高壓并聯(lián)電抗器，高壓并聯(lián)電抗器中性點小電抗1200Ω。

3.2 中性點小電抗的校驗

原線路在接有2組容量90Mvar的高壓電抗器，中性點小電抗為1200Ω，剖接后線路變短，該高抗及中性點小電抗是否仍能夠有效限制工頻過電壓，需要重新校驗。工頻諧振過電壓校驗如表3.2所示。

根據(jù)表3.2所示，500kV線路的90Mvar并聯(lián)電抗器中性點小電抗取值范圍為200Ω～400Ω，II回線路正常運(yùn)行時，當(dāng)發(fā)生非全相運(yùn)行，不會產(chǎn)生工頻諧振過電壓;II回線路檢修時，當(dāng)發(fā)生非全相運(yùn)行，也不會產(chǎn)生工頻諧振過電壓。II回線路側(cè)90Mvar并聯(lián)電抗器中性點小電抗取值范圍為200Ω～400Ω，I回線路正常運(yùn)行時，當(dāng)發(fā)生非全相運(yùn)行，不會產(chǎn)生工頻諧振過電壓;I回線路檢修時，當(dāng)發(fā)生非全相運(yùn)行，也不會產(chǎn)生工頻諧振過電壓。

當(dāng)中性點電抗取原有的1200Ω時，線路發(fā)生單相或兩相開斷時，各種方式下斷開相上最大工頻感應(yīng)電壓為5160.45kV，發(fā)生諧振。

因此若要保留原有的容量90Mvar線路高抗，則必須更換中性點小電抗。

4 結(jié)束語

超高壓長線路剖接后，原有的線路分成兩段較短的線路，若原有的超高壓線路中1側(cè)存在線路高壓并聯(lián)電抗器，則新形成的兩段線路中1段有高壓并聯(lián)電抗器，1段無高壓并聯(lián)電抗器。同時由于線路長度改變，原有設(shè)備需要重新校核。

是否需要保留原有線路上的高壓電抗器，或者僅更換高壓電抗器中性點小電抗，需要綜合考慮，并進(jìn)行詳細(xì)的仿真計算。

參 考 文 獻(xiàn)

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[2] 王天君，鞏學(xué)海，范迪才.500kV自耦變壓器中性點小電抗接地的過電壓研究[J].華北電力技術(shù)，2000，9：1-3.

[3] 謝鵬，陳梁金，施圍，阮全榮，桑志強(qiáng).公伯峽變壓器中性點經(jīng)小電抗接地對線路操作過電壓的影響[J].西北水電，2003，4：43-45.

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