李小亮，王巨豐，劉儒

(廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院，廣西 南寧 530004)

1 引言

為了提高單相自動(dòng)重合閘的成功率，限制潛供電流和恢復(fù)電壓，在我國超/特高壓長距離輸電線路中，一般采用線路裝設(shè)高壓并聯(lián)電抗器，其中性點(diǎn)通過小電抗接地的方法，限制線路的的潛供電流和恢復(fù)電壓。

同時(shí)，為了提高遠(yuǎn)距離超/特高壓輸電線路輸送能力，串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)得到了應(yīng)用。但串補(bǔ)電容、高壓電抗器等形成的低頻振蕩回路電流和潛供電流的工頻分量疊加后，延長了潛供電流熄滅的時(shí)間，對單相重合閘不利［1，2］。

本文通過建立750kV超高壓串補(bǔ)輸電線路模型，仿真分析了串補(bǔ)電容對潛供電流的影響，最后給出了抑制方法和建議。

2 潛供電流產(chǎn)生的物理過程分析

如圖1所示，假設(shè)系統(tǒng)C相在某處發(fā)生單相接地故障，C相兩端斷路器動(dòng)作斷開，電源和系統(tǒng)從兩邊向故障點(diǎn)提供的短路電流被切斷，由短路電流導(dǎo)致接地電弧本應(yīng)隨之熄滅，當(dāng)重合后，系統(tǒng)應(yīng)恢復(fù)正常?？墒?，由于三相線路導(dǎo)線之間存在電容和電感，兩健全相上的電壓UA和UB將經(jīng)過相間電容C分別向故障點(diǎn)提供電容電流;再有兩健全相上繼續(xù)流過的電流IA和IB將經(jīng)過相間互感M在故障相上感應(yīng)出互感電勢EM，此電勢通過故障相對地電容C0向故障點(diǎn)提供互感電流，它們之和就是潛供電流。潛供電流又稱二次電流，是在故障短路電流被切斷后，繼續(xù)沿故障點(diǎn)流過的電流。此電流產(chǎn)生的電弧，叫做潛供電?。?－5］。

圖1 潛供電流產(chǎn)生的原理

3 串補(bǔ)系統(tǒng)中潛供電流暫態(tài)過程

當(dāng)串補(bǔ)線路上發(fā)生單相接地過程中，在故障相線路兩側(cè)斷路器斷開后，則串補(bǔ)電容的殘余電荷通過由串補(bǔ)電容、高壓電抗器、短路點(diǎn)弧道電阻組成的低頻振蕩回路，如圖2所示［6，7］。它的振蕩頻率約數(shù)赫茲，電流幅值可達(dá)幾十至上百安培，而且衰減緩慢。它和潛供電流的工頻分量疊加后，加大了潛供電流而且減少了潛供電流的過零點(diǎn)，延長了潛供電弧熄滅的時(shí)間，不利于單相重合閘。

圖2 串補(bǔ)系統(tǒng)單相接地時(shí)的低頻振蕩回路

4 串聯(lián)補(bǔ)償潛供電流仿真模型

圖3是在Matlab建立的750kV超高壓輸電線路串聯(lián)補(bǔ)償模型［8，9］。它有兩條輸電線路，分別是LINE1和LINE2，長度都為200km。其中線路LINE2由兩個(gè)分段分布參數(shù)線路模塊組成，每個(gè)模塊設(shè)置為100km。

在線路LINE2兩端加裝中性點(diǎn)接小電抗的并聯(lián)電抗器模塊，中性點(diǎn)小電抗值設(shè)置為700Ω，補(bǔ)償度為80%;在其中部加裝串聯(lián)補(bǔ)償模塊，容抗值設(shè)置為21.8Ω，串聯(lián)補(bǔ)償度40%。電阻R模擬電弧電阻，設(shè)置為30Ω。

5 串聯(lián)補(bǔ)償潛供電流仿真分析

圖4是無串聯(lián)補(bǔ)償系統(tǒng)單相重合閘過程中潛供電流仿真波形圖。從圖4(b)的波形可以看出，無串聯(lián)補(bǔ)償時(shí)潛供電流衰減很快，潛供電流的峰值大約為10A，易于自滅。

圖4 無串聯(lián)補(bǔ)償時(shí)潛供電流波形

圖5是對0.2～0.9s間無串聯(lián)補(bǔ)償潛供電流的頻譜分析圖。從圖中可以看出，主要存在的是50Hz的工頻分量，低頻暫態(tài)分量對潛供電流的影響較小。

圖5 無串聯(lián)補(bǔ)償時(shí)潛供電流頻譜分析

圖6是帶串聯(lián)補(bǔ)償時(shí)潛供電流波形。從圖6可以看出，由于串聯(lián)補(bǔ)償?shù)年P(guān)系，在線路斷路器跳閘后，潛供電流的峰值非常高，甚至達(dá)到130A左右，潛供電弧自滅困難。

圖7是對0.2～0.9s間帶串聯(lián)補(bǔ)償?shù)臐摴╇娏鞯念l譜分析圖。從該圖中很明顯看出，潛供電流除了包含50Hz的工頻分量外，還包括幾個(gè)幅值極高的低頻分量，主要為1～4Hz這4個(gè)振蕩頻率。這些低頻分量是由線路中的串聯(lián)電容在線路兩側(cè)跳閘后在低頻振蕩回路的充放電所引起的。也是由于這些低頻分量的存在，使得潛供電流的過零次數(shù)減少，如圖6(b)中所示，從而影響了潛供電流的自熄。

圖6 帶串聯(lián)補(bǔ)償時(shí)潛供電流波形

圖7 帶串聯(lián)補(bǔ)償時(shí)潛供電流頻譜分析

6 抑制串聯(lián)補(bǔ)償潛供電流方法和仿真結(jié)果

為了限制串補(bǔ)電容對潛供電流自熄的影響，一般采取線路斷路器和火花間隙聯(lián)動(dòng)措施。要求在線路保護(hù)啟動(dòng)斷路器跳閘的同時(shí)，使串補(bǔ)的控制系統(tǒng)觸發(fā)火花間隙，以旁路對應(yīng)的串補(bǔ)電容，同時(shí)合閘旁路斷路器，使得線路的振蕩條件不再成立。

在仿真中，在0.1s線路斷路器保護(hù)跳閘跳開故障相后，同時(shí)使旁路斷路器閉合，短接串聯(lián)電容，潛供電流的波形圖如圖8所示。

從圖8中可以看出，潛供電流幅值大幅度降低，大約為12A，有利于自熄。

從圖9串聯(lián)旁路后的潛供電流頻譜分析中可以看出，潛供電流中的低頻分量大大降低，主要存在的是50Hz的分量。旁路后的潛供電流的總諧波畸變率THD為3.28%，相比于圖7中沒有旁路的潛供電流總諧波畸變率THD為5.15%，也說明了低頻分量對潛供電流的影響程度降低。

圖8 串補(bǔ)旁路后的潛供電流

圖9 串補(bǔ)旁路后的潛供電流頻譜分析

5 結(jié)束語

隨著西電東送工程的實(shí)施，我國電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和規(guī)模必將得到進(jìn)一步的發(fā)展，串聯(lián)補(bǔ)償裝置也將在我國超/特高壓電網(wǎng)中進(jìn)一步得到應(yīng)用。本文根據(jù)串聯(lián)補(bǔ)償?shù)睦碚?，通過Matlab仿真建模分析了串補(bǔ)條件下的潛供電流現(xiàn)象。從仿真結(jié)果看，有串聯(lián)補(bǔ)償和無串聯(lián)補(bǔ)償線路的單相重合閘有很大差異，有串補(bǔ)時(shí)，潛供電流是一個(gè)低頻率、幅值衰減的電流，隨著幅值緩慢衰減和過零次數(shù)減少，潛供電流難于自熄;同時(shí)，當(dāng)裝設(shè)串聯(lián)補(bǔ)償電容的輸電線路發(fā)生接地故障時(shí)，在故障相兩側(cè)斷路器跳閘的同時(shí)，可以通過線路的繼電保護(hù)，命令串補(bǔ)旁路斷路器按相閉合，從而可以有效避免出現(xiàn)較大幅值的低頻潛供電流，有利于單相重合閘成功。

［1］解廣潤.電力系統(tǒng)過電壓［M］.北京:水利電力出版社.1985.

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