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(lái)，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(guò)電壓現(xiàn)象。國(guó)內(nèi)外對(duì)線路過(guò)電壓、桿塔電位分布、絕緣子電位分布開展過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)3ms，分閘三相不同期時(shí)間不超過(guò)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(guò)電壓計(jì)算

2.1 操作過(guò)電壓計(jì)算基準(zhǔn)值

操作過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)電壓和最大過(guò)電壓。

1）2%三相不同期合閘操作統(tǒng)計(jì)過(guò)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(guò)電壓分布情況如圖5所示。

圖5 相-地2%操作過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)電壓值分布情況如圖6所示。

圖6 線路相-地操作過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)電壓出現(xiàn)位置與統(tǒng)計(jì)過(guò)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(guò)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(guò)電壓和最大過(guò)電壓。

1）2%三相不同期分閘操作最大統(tǒng)計(jì)過(guò)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(guò)電壓隨線路長(zhǎng)度單調(diào)遞增，最大2%統(tǒng)計(jì)過(guò)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(guò)電壓值為1.045p.u.。

圖9 相-地2%操作過(guò)電壓隨距離變化曲線

2）三相不同期分閘操作最大過(guò)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(guò)電壓分布與2%統(tǒng)計(jì)過(guò)電壓分布類似，隨線路長(zhǎng)度單調(diào)遞增，最大過(guò)電壓值出現(xiàn)線路末端處，即150#、154#、165#基桿塔處，最大過(guò)電壓值為1.007p.u.。

圖10 線路相-地操作過(guò)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(guò)電壓和最大操作過(guò)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(guò)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(guò)電壓沿線單調(diào)遞增，最大2%統(tǒng)計(jì)操作過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)電壓沿線分布與2%統(tǒng)計(jì)過(guò)電壓類似，沿線最大過(guò)電壓?jiǎn)握{(diào)遞增，最大操作過(guò)電壓出現(xiàn)位置與2%統(tǒng)計(jì)過(guò)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(guò)電壓最大值隨線路距離的變化曲線

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)該330kV 輸電線路操作過(guò)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(guò)電壓，因而操作過(guò)電壓也得到了一些改善，操作過(guò)電壓的沿線分布隨著線路距A 變電站距離的增加過(guò)電壓逐漸增大，在接近線路末端的幾基桿塔處過(guò)電壓最高，單相重合閘操作時(shí)過(guò)電壓最高為1.793p.u.，滿足絕緣配合要求的最大操作過(guò)電壓水平≤1.8p.u.。

[1] 曹祥麟.EMTP 在特高壓交流輸電研究中的應(yīng)用[J].高電壓技術(shù),2006,32(7): 64-68.

[2] 關(guān)志成,王黎明,周遠(yuǎn)翔,等.復(fù)合絕緣子用于高海拔區(qū) 750kV 線路的可行性[J].高電壓技術(shù),2002,28(2): 34-36.

[3] 顧丹珍,艾芊,陳陳,等.基于ATP-EMTP 的大型電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定仿真[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2006,30(10): 54-56.

[4] Shi W D,Guan Z C,Wang L M,et al.A study on the selection of outdoor insulators used in high altitude area[C].2003 Annual Report-Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena,0-7803-7910-1/ 03?2003 IEEE: 391-393.

[5] 蔣興良,張志勁,胡建林,等.高海拔下不同傘形結(jié)構(gòu)750kV 合成絕緣子交流污穢閃絡(luò)特性及其比較[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2005,25(12): 159-164.

[6] 李廣凱,李庚銀.電力系統(tǒng)仿真軟件綜述[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2005,27(3): 61-65.

[7] 苑吉河.輸電線路絕緣子(串)交流污閃特性及放電過(guò)程的研究[D].重慶: 重慶大學(xué),2008.