侯益靈,楊高才

(湖南省電力公司試驗研究院,湖南長沙 410007)

為保證調(diào)試過程中的設備安全,對新建的宗元500kV輸變電工程的過電壓問題進行了計算研究,主要內(nèi)容包括:工頻過電壓、潛供電流與恢復電壓、操作過電壓等。本次計算研究主要由 PSCAD/EMTDC仿真程序完成。

1 系統(tǒng)接線、設備參數(shù)

1.1 系統(tǒng)接線和運行方式

永州宗元 500 kV輸變電工程本次僅投產(chǎn)長陽鋪—宗元 1條 500 kV線路,1臺容量為 750 MVA的降壓變壓器,該輸變電工程的簡化系統(tǒng)接線圖見圖1。

圖 1 永州宗元 500 kV變簡化系統(tǒng)接線圖

為便于仿真計算,對湖南電網(wǎng)進行了必要的等值簡化。研究中,保留了湖南主要的 500kV受端電網(wǎng),將 220k V電網(wǎng)分別等值到相應 500 kV變電站的 220k V母線。計算的運行方式考慮當時的大負荷方式和小負荷方式,其中大負荷方式全省的負荷考慮為 11500MW,小負荷方式全省的負荷考慮為 6 500 MW左右。

1.2 主要設備參數(shù)

1.2.1 500kV線路參數(shù)

宗元輸變電工程本次投運的 500 kV線路 1回,即長陽鋪—宗元 500 kV線路,線路全長103.642 km,導線型號為 LGJ-4×400/50,導線水平排列。

根據(jù)相關(guān)的線路資料,利用 PSCAD程序計算該 500 kV線路參數(shù)如表 1所示。

表 1 長陽鋪—宗元 500k V線路參數(shù)

1.2.2 宗元 500 kV變電所主變參數(shù)

宗元變電所本次調(diào)試時僅安裝 1臺 750 MVA自耦降壓變壓器,由 3臺單相變壓器組成。

500kV主變參數(shù)見表 2所示。

表 2 宗元 500 kV主變參數(shù)

2 過電壓計算和分析

2.1 工頻過電壓

工頻過電壓主要由空載線路的電容效應、不對稱接地效應和甩負荷效應等因素單獨或組合作用產(chǎn)生,它的大小與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、電源容量、線路長度、參數(shù)、并聯(lián)補償方式、運行方式和故障形態(tài)有關(guān)。工頻過電壓的大小直接影響避雷器額定電壓的選擇,影響系統(tǒng)的操作過電壓水平,在高壓或超高壓電網(wǎng)中,它是絕緣配合的基礎,因此需要研究系統(tǒng)的工頻過電壓水平。

對于 500 kV系統(tǒng)工頻過電壓,《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》規(guī)定,線路斷路器的變電所側(cè)及線路側(cè)應分別不超過系統(tǒng)最高運行相電壓(550/kV)的 1.3和 1.4倍。如果線路的工頻過電壓超過上述要求,應采取措施予以降低。

2.1.1 計算條件

SDJ161-1985《電力系統(tǒng)設計技術(shù)規(guī)程》規(guī)定,計算中發(fā)電機采用恒定的暫態(tài)電勢和暫態(tài)電抗表示,負荷用恒定阻抗表示,研究線路用分布參數(shù)模型表示。

計算中考慮 3種跳閘方式,即正常運行方式下無故障跳開三相線路,單相接地跳開三相線路,兩相接地跳開三相線路,分別用 K(0),K(1),K(2)表示。

2.1.2 計算結(jié)果

長陽鋪—宗元 500kV線路工頻過電壓的計算結(jié)果如表 3所示,表中過電壓單位為標幺值,基準值為550kV。

由表 3可知,在大負荷方式下,長陽鋪—宗元線路首端最大工頻過電壓為 1.073 pu,末端最大工頻過電壓為 1.293 pu;小負荷方式下,線路首端最大工頻過電壓為 1.067 pu,末端最大工頻過電壓為1.298 pu。由計算結(jié)果可知,長陽鋪—宗元線路工頻過電壓水平在規(guī)程允許范圍內(nèi)。

表 3 長陽鋪—宗元線路工頻過電壓水平 pu

2.2 潛供電流和恢復電壓

線路發(fā)生單相接地短路,接地相兩側(cè)斷路器跳開后,其它兩相仍在運行,由于相間電容互感耦合,接地點仍流過一定的電流,稱為潛供電流;接地點的電流過零時故障相的電壓稱為恢復電壓。當潛供電流和恢復電壓值較大時,會使故障處的電弧不易熄滅,單相重合閘的動作時間就會延長。為了采用快速自動重合閘,并確定重合閘的動作時間,就必須計算線路的潛供電流和恢復電壓的大小。

潛供電流和恢復電壓的大小決定電弧自滅的速度,因而也決定單相自動重合閘無電流間隙時間。我國尚未對潛供電流和恢復電壓的大小與其電弧自滅時間之間的定量關(guān)系作出明確規(guī)定。一般認為潛供電流小于 15～20 A,恢復電壓小于 80 kV,可以采用快速單相重合閘。

本次調(diào)試投產(chǎn)線路的潛供電流和恢復電壓的計算結(jié)果見表 4。

表 4 潛供電流和恢復電壓值

從計算可得,長陽鋪—宗元線路的潛供電流為17.53A左右;線路的恢復電壓較小為 67.45 kV左右,計算結(jié)果表明該線路可以采用快速自動重合閘。

2.3 操作過電壓

2.3.1 計算條件

圖 2 MOA操作沖擊伏安特性曲線

2.3.2 計算方案

一般來說,線路單相重合閘操作過電壓低于線路合閘操作過電壓,因此,文中僅進行了合閘過電壓計算。根據(jù)規(guī)程規(guī)定,對于變電所出線的空載線路合閘,操作母線電壓為相應運行方式下的實際母線電壓;500kV系統(tǒng)空載線路合閘在線路上產(chǎn)生的相對地統(tǒng)計過電壓不宜大于 2.0pu。

2.3.3 計算結(jié)果

長陽鋪—宗元 500kV線路的合閘過電壓計算結(jié)果如表 5所示。表中,2%合閘過電壓為沿線最高的 2%統(tǒng)計過電壓,單位為標幺值;1pu=550

表 5 長陽鋪—宗元線路合閘過電壓 pu

由表 5可見,大、小負荷方式下宗元側(cè)合長陽鋪—宗元線路,線路的相地 2%過電壓分別為1.61,1.54pu,長陽鋪側(cè)合長陽鋪—宗元線路,大、小負荷方式下線路的相地 2%過電壓分別為1.64,1.60 pu,低于規(guī)程允許水平。

由表 5還可知,長陽鋪—宗元 500kV線路兩端的線路斷路器進行操作時,首末端相間合閘過電壓最大值為 2.85 pu,低于相間絕緣允許水平。

計算可知,長陽鋪—宗元線路兩側(cè)開關(guān)分別合空載該線路時,其線路末端 MOA吸收能量最大為33.06kJ,遠低于 MOA的通流能力。因此,長陽鋪—宗元線路上的 MOA是安全的。

3 結(jié) 論

(1)計算的運行方式下,長陽鋪—宗元線路首端出現(xiàn)的最大工頻過電壓為 1.073 pu,線路末端出現(xiàn)的最大工頻過電壓達 1.298 pu,線路首末端過電壓水平在規(guī)程允許范圍內(nèi)。

(2)計算的運行方式下,長陽鋪—宗元線路的潛供電流為 17.53 A,恢復電壓為 67.45kV左右,該線路可以采用快速重合閘。

(3)操作過電壓方面,長陽鋪—宗元線路斷路器進行操作,線路相地最高 2%操作統(tǒng)計過電壓水平為 1.64 pu,相間最高 2%操作統(tǒng)計過電壓水平為 2.85 pu,都在規(guī)程容許范圍內(nèi),線路末端 MOA吸收能量最大為 33.06 kJ,低于 MOA的通流能力,線路進行合閘操作是安全的。

(4)根據(jù)計算研究結(jié)論,系統(tǒng)并無特殊要求,按規(guī)程進行試驗調(diào)試運行,宗元輸變電設備的內(nèi)過電壓水平均在規(guī)程允許范圍內(nèi),設備的安全可得到保證。

〔1〕吳維韓,張芳榴.電力系統(tǒng)過電壓數(shù)值計算 〔M〕.北京:科學出版社,1989.

〔2〕Dommel,H.W.電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)理論 〔M〕.北京:水利電力出版社,1991.

〔3〕解廣潤.電力系統(tǒng)過電壓 〔M〕.北京:水利電力出版社,1985.

〔4〕電力工業(yè)部.交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合 〔M〕.北京:中國電力出版社,1997.