1000kV特高压同塔双回输电线路潜供电流和恢复电压研究

来源:用户上传      作者: 陈 恺 林章岁

　　[摘要]应用EMTPE仿真软件对特高压同塔双回线路潜供电流和恢复电压进行了计算,对潜供电流和恢复电压主要影响因素进行了分析。通过福州～温州线路潜供电流和恢复电压等的综合分析,提出了高抗中性点小电抗取值建议。
　　[关键词]特高压同塔双回线路潜供电流恢复电压换位方式
　　
　　 线路工作电压和线路的输送功率是影响线路潜供电流的主要因素,由于特高压系统的工作电压是500kV系统的2倍,输送功率高出几倍,因此特高压线路的潜供电流较500kV线路大[1~2]。单相重合闸过程中的潜供电流和恢复电压较高,不利于系统的安全稳定运行。因此,研究特高压线路的潜供电流和恢复电压是很有必要的。
　　 根据国家特高压电网规划,规划“十二五”初期建设福州～温州特高压线路,初期降压500kV运行。为满足特高压工程前期工作需要,本文应用EMTPE(电力系统电磁暂态及电力电子数字仿真)软件对福州～温州特高压同塔双回架空线路潜供电流和恢复电压等问题进行研究。
　　1潜供电流和恢复电压的计算方法
　　 高压线路的潜供电流和恢复电压是由容性和感性两个分量组成[3~8]。假设同塔双回线路6相导线名称分别为a、b、c、d、e、f ,f相首端或末端单相短路后,f相线路两侧开关断开,容性分量传递回路见图1。线路潜供电流和恢复电压容性分量(Isc、Usc)分别为:
　　 (1)
　　(2)
　　
　　式中:l为线路长度;Caf、Cbf、Ccf、Cdf、Cef为单位长度非故障相(a、b、c、d、e)对故障相(f相)的互电容;Ua、Ub、Uc、Ud、Ue为非故障相电压;C0为单位长度故障相线路对地电容。
　　
　　图1容性分量传递回路
　　 可见,容性分量通过相间电容静电耦合产生,潜供电流和恢复电压容性分量正比于运行电压,且与线路补偿度有关;不同的是,潜供电流容性分量正比于线路长度,而恢复电压容性分量与线路长度无关。
　　 感性分量传递回路见图2。f相线路首末端潜供电流和恢复电压感性分量(Ism、Usm)分别为:
　　 (3)
　　 (4)
　　式中:L为故障相(f相)自感;Maf、Mbf、Mcf、Mdf、Mef为单位长度非故障相(a、b、c、d、e)对故障相(f相)的互感;Ia、Ib、Ic、Id、Ie为非故障相电流;C0为单位长度故障相线路对地电容。
　　
　　图2 感性分量传递回路
　　 可见,感性分量由非故障相电流通过相间电感电磁耦合产生,潜供电流和恢复电压感性分量均正比于线路电流;不同的是,恢复电压感性分量正比于线路长度,而潜供电流感性分量与线路长度无关。
　　2计算条件
　　2.1 系统参数
　　 福州～温州特高压线路采用8×630mm2导线,长度303km。每回线路配置高抗2×600Mvar。
　　2.2 导、地线参数
　　 同塔双回架设线路的塔型为鼓型塔,选取潜供电流最小的逆相序排列(ABC-CBA,见3.1节)为基础进行计算、比较和分析,导、地线排列见图3。
　　
　　图3 同塔双回鼓型塔逆相序导、地线排列
　　3特高压同塔双回架空线路潜供电流和恢复电压计算分析
　　 由式(1)～(4)可以看出,潜供电流和恢复电压与线路相间参数(由塔型、相序排列、换位方式等决定)、输送功率、无功补偿情况相关。
　　3.1 相序排列对潜供电流和恢复电压影响
　　 根据排列组合,同塔双回架设的线路共有如下6种可能的相序排列方式:ABC-ABC、ABC-ACB、ABC-BAC、ABC-BCA、ABC-CAB、ABC-CBA。对不同相序排列且不换位的福州～温州特高压同塔双回架设线路进行计算,不同相序排列正常运行时潜供电流和恢复电压比较见表1。
　　 可见,由于不同相序排列相间参数差别较大,其潜供电流和恢复电压也存在差别,逆相序排列(ABC-CBA)特高压同塔双回线路的潜供电流和恢复电压最小。因此,福州～温州特高压线路应采用逆相序排列,以减小潜供电流和恢复电压。
　　表1不同相序排列潜供电流和恢复电压
　　相序排列 潜供电流
　　(有效值,A) 恢复电压
　　(有效值,kV)
　　ABC-ABC 201.0 512.5
　　ABC-ACB 165.9 480.3
　　ABC-BAC 221.5 553.0
　　ABC-BCA 191.4 478.0
　　ABC-CBA 80.8 218.2
　　ABC-CAB 178.2 501.3
　　
　　
　　图4同塔双回线路不同换位方式
　　3.2 换位方式对潜供电流和恢复电压影响
　　 选择五种换位方式(图4)与不换位进行潜供电流和恢复电压比较。六种线路架设方式潜供电流和恢复电压比较分别见图5和图6。
　　 可见,(a)方式二的潜供电流和恢复电压与不换位线路差别不大,较不同方向换位方式的潜供电流和恢复电压大,最小潜供电流约81A,恢复电压梯度约21kV/m,难熄灭;(b)换位次数越多,潜供电流和恢复电压越小;(c)换位方式一、三～五潜供电流和恢复电压相差不大,最大仅分别相差约3A和10kV。
　　 由于特高压同塔双回线路每一次换位投资大且换位本身又是整个线路绝缘的薄弱环节,综合考虑各换位方式技术性和经济性,从抑制潜供电流和恢复电压角度分析,推荐换位方式一作为福州～温州特高压线路换位方式,即采用逆相序排列的反方向两次换位。
　　
　　图5不同换位方式潜供电流
　　
　　图6不同换位方式恢复电压
　　3.3 输送功率对潜供电流和恢复电压影响
　　 不同输送功率潜供电流和恢复电压分别见图7和图8。可见,随着特高压输送线路输送功率的增大,线路电流变大,线路潜供电流和恢复电压的感性分量越大,但增加值不大,说明潜供电流和恢复电压的感性分量所占比重较小,主要由容性分量决定。
　　
　　图7不同输送功率潜供电流
　　
　　图8不同输送功率恢复电压
　　3.4 小电抗取值对潜供电流和恢复电压影响(不换位线路)
　　 不换位线路采用逆相序排列(ABC-CBA)、每回线路输送功率取4000MW,不同小电抗取值下潜供电流和恢复电压分别见图9和图10。可见,随着小电抗值的增加,潜供电流和恢复电压先减小后增大。
　　
　　图9不同小电抗潜供电流
　　
　　图10不同小电抗恢复电压
　　3.5 小电抗取值对潜供电流和恢复电压影响(换位线路)
　　 根据前面分析,采用逆相序排列(ABC-CBA)、每回线路输送功率取4000MW,换位方式取方式一,对福州～温州特高压同塔双回线路潜供电流及其限制措施进行了计算分析。
　　 在考虑单相重合闸的潜供电流时,除了考虑双回线路运行外,还应考虑单回运行的情况,包括停运线路两端接地和悬空的情况。三种运行方式福州～温州特高压线路潜供电流和恢复电压变化曲线见图11和图12。
　　 方式一:正常运行,单相故障;
　　 方式二:一回线路检修接地,另一回单相故障;
　　 方式三:一回线路悬空,另一回单相故障。
　　 可见,从限制潜供电流和恢复电压的角度分析,小电抗取900～1000Ω综合效果最好,其潜供电流在30A以下,恢复电压梯度小于15kV/m。
　　
　　图11不同运行方式潜供电流
　　
　　图12不同运行方式恢复电压
　　3结语
　　 由于特高压系统的工作电压是500kV系统的2倍,输送功率高出几倍,因此特高压线路的潜供电流和恢复电压较500kV线路大。本文对相序排列、输送功率、小电抗取值以及换位方式等因素对潜供电流和恢复电压的影响进行了计算和分析,为特高压同塔双回线路相序排列和换位方式的选择提供了重要参考,最后通过福州～温州特高压同塔双回线路的三种运行方式时的潜供电流和恢复电压的计算和综合分析,初步推荐福州～温州特高压线路高压电抗器中性点小电抗取值900～1000Ω。
　　
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