崔玉坤 姚龍飛 褚志強(qiáng) 楊偉輝 唐盼

（1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司紅河供電局，云南紅河 661400；2.中國(guó)電力科學(xué)研究院，湖北武漢 430074）

35kV帶電斷接空載線路暫態(tài)過(guò)程研究

崔玉坤1姚龍飛1褚志強(qiáng)1楊偉輝1唐盼2

（1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司紅河供電局，云南紅河 661400；2.中國(guó)電力科學(xué)研究院，湖北武漢 430074）

帶電斷、接引線是10kV配電網(wǎng)帶電作業(yè)量的主要作業(yè)項(xiàng)目，35kV線路上所供用戶數(shù)量較少，但是由于其輸送容量較大，送電距離長(zhǎng)，如果停電進(jìn)行斷接空載線路，會(huì)對(duì)用戶造成加大影響，因此帶電斷接空載線路仍是35kV線路帶電作業(yè)中一個(gè)重要項(xiàng)目［1］。但是帶電斷接空載線路時(shí)，由于電容電流較大，會(huì)產(chǎn)生電弧危害作業(yè)人員的安全，因此需要研究帶電斷接35kV空載線路暫態(tài)過(guò)程，對(duì)斷接工藝進(jìn)行指導(dǎo)。本文通過(guò)搭建35kV帶電斷接空載線路仿真模型，分別計(jì)算分析了合閘角和空載線路長(zhǎng)度對(duì)斷接空載線路暫態(tài)過(guò)電壓的影響以及搭接速度對(duì)電弧重燃的影響。然后依據(jù)仿真結(jié)果，計(jì)算了斷接不同長(zhǎng)度空載線路時(shí)的電弧長(zhǎng)度，分析了帶電搭接35kV空載線路工藝。

35kV線路 帶電作業(yè) 斷接空載線路 仿真計(jì)算

1 空載線路等值模型

圖1 35kV線路模型

圖2 90°和30°相角時(shí)合閘

不帶負(fù)載的高電壓輸電線路的投入運(yùn)行和退出在原理上與電容器的投切相同，因?yàn)椴粠ж?fù)載的輸電線路主要是電容性質(zhì)，可以等效為一個(gè)集中電容器。此外，由于法蘭第升壓效應(yīng)而發(fā)生一個(gè)小的電壓突變。高電壓輸電線路還存在行波傳輸時(shí)間，在線路較長(zhǎng)的情況下需要采用分布元件而不用集中元件來(lái)表示。對(duì)于長(zhǎng)度小于200km的線路可以采用集中電容器來(lái)等效，配電線路一般都比較短，在數(shù)km到數(shù)十km之間，因而可以采用集中參數(shù)來(lái)進(jìn)行模擬。依據(jù)6-2的帶電斷接空載線路等效電路圖，在ATP仿真軟件中，建立了相應(yīng)的仿真模型，線路參數(shù)如表1所示［2］，如圖1所示。

在搭接不帶負(fù)載的高電壓電纜或空載線路時(shí)，遮斷電流主要為電容性電流。此電流與切換電容器組時(shí)的電容性電流相比是??；但遮斷空載線路的電容電流的特性及過(guò)程與電容器投切的過(guò)程基本相同。

圖3 電弧重燃特性

表1 35kV線路參數(shù)

表2 空載線路長(zhǎng)度對(duì)搭接過(guò)電壓的影響（Umax=23kV，1pu=18.78kV）

2 仿真計(jì)算

2.1 合閘角對(duì)暫態(tài)過(guò)電壓的影響

電搭接空載線路時(shí)，一般在線路接近帶電體的距離足夠小的情況下，間隙在電源電壓接近峰值時(shí)發(fā)生預(yù)擊穿，因?yàn)轭A(yù)擊穿發(fā)生可能性最大的相角區(qū)間為［60°，90°］（電壓過(guò)零后為起點(diǎn)），我們對(duì)搭接在電源側(cè)電壓為峰值時(shí)發(fā)生預(yù)擊穿時(shí)的過(guò)電壓特性進(jìn)行了仿真計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖2所示，在電源電壓為峰值時(shí)發(fā)生預(yù)擊穿或合閘會(huì)產(chǎn)生約1.36pu，顯然在相角為30°及以下時(shí)合閘不會(huì)產(chǎn)生明顯的過(guò)電壓，但實(shí)際上，人工帶電搭接空載線路時(shí)，工頻電壓下，間隙的工頻耐受距離約9cm，若搭接速度為0.2m/s，間隙處于預(yù)擊穿過(guò)程的時(shí)間為0.36s，約18個(gè)工頻周期，顯然，在搭接期間會(huì)發(fā)生預(yù)擊穿，如果大氣條件良好，作業(yè)人員不抖動(dòng)的條件下，電弧會(huì)比較穩(wěn)定，不會(huì)形成多次重?fù)舸┻^(guò)程。作業(yè)人員的搭接速度為1m/s，對(duì)應(yīng)地也有4個(gè)周波，發(fā)生在峰值時(shí)發(fā)生預(yù)擊穿的機(jī)率減小［3］。

2.2 搭接空載線路的長(zhǎng)度對(duì)暫態(tài)過(guò)電壓的影響

空載線路的長(zhǎng)度與線路的等效電容成正比，因而搭接的空載線路越長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)的電容及電容電流越大，電磁暫態(tài)能量也越大，因而電磁暫態(tài)過(guò)程也明顯，分別對(duì)不同容量的空載線路等效電容搭接過(guò)程的暫態(tài)過(guò)電壓進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2，隨著搭接空載線路的電容的增加，產(chǎn)生的過(guò)電壓幅值明顯增加。

2.3 搭接速度對(duì)電弧重燃特性及過(guò)電壓的影響

搭接的模擬線路的電容為0.7μF，研究間隙的電弧重燃特性對(duì)合閘過(guò)電壓的影響，當(dāng)重燃電壓為10kV時(shí)，產(chǎn)生的過(guò)電壓為42.9kV，如圖3（a）所示，當(dāng)重燃電壓為28kV，如圖3（b）所示，接近于負(fù)電壓峰值時(shí)發(fā)生重?fù)舸瑢?duì)應(yīng)的過(guò)電壓為47.0kV，所以從以上分析可以看出，重?fù)舸┌l(fā)生時(shí)，間隙兩端的電壓越高，產(chǎn)生的過(guò)電壓越高，顯然間隙上承受的電壓和間隙的距離相關(guān)。顯然，在搭接過(guò)程中，搭接的速度對(duì)減小過(guò)電壓具有以下幾個(gè)方面的作用［4］：

（1）搭接速度一方面減小了間隙重燃的時(shí)間；

（2）搭接速度可以有效減小斷口間隙和重沖擊發(fā)生的重?fù)舸╇妷骸?/p>

3 基于暫態(tài)過(guò)程的空載線路搭接工藝

通過(guò)對(duì)搭接空載線路的暫態(tài)過(guò)程進(jìn)行分析，空載線路搭接操作過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)明顯的電弧，電弧的長(zhǎng)度以及重燃與熄滅特性，一方面產(chǎn)生操作過(guò)電壓，另外一方面，產(chǎn)生的電弧會(huì)影響相地和相間間隙的絕緣特性。通過(guò)前述分析，帶電搭接空載線路過(guò)程的過(guò)電壓不是搭接空載線路過(guò)程中的空載因素，而電弧拉弧長(zhǎng)度則是帶電搭接空載線路中的控制因素。

開(kāi)斷容性電流過(guò)程中的會(huì)出現(xiàn)拉弧，拉弧的長(zhǎng)度可以根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：Lcm—容性電弧長(zhǎng)度，m；

Vp—開(kāi)關(guān)端口間隙上的電壓（rms），kV；

IC—開(kāi)關(guān)的容性電流（rms），A；

Vl—線電壓，kV

當(dāng)搭接空載線路出現(xiàn)電弧時(shí)，為了確保線路和作業(yè)人員的安全，要求在出現(xiàn)拉弧的條件下，能確保作業(yè)人員的安全，根據(jù)空氣間隙在慢波頭操作沖擊電壓電壓下的特性，并且能承受4pu的過(guò)電壓。

式中：d-電弧與臨近導(dǎo)體或接地體之間的距離；

Vca-間隙在操作過(guò)電壓下的耐受電壓；

Vcr-4pu過(guò)電壓下的耐受電壓；

Vl-線電壓；

出現(xiàn)電弧條件下的相間間隙Dl和相地間隙Dg滿足下式：

分別得到在考慮相地間隙和相間間隙時(shí)，搭接過(guò)程中出現(xiàn)拉弧時(shí)，在不影響間隙絕緣要求的前提下，可以搭接的容性電流Icr的大?。?/p>

對(duì)于35kV配電線路，在帶電搭接空載線路時(shí)，按照4倍過(guò)電壓考慮，相地距離為0.5m時(shí)，采用開(kāi)關(guān)可以搭接的電容電流為0.81A，相地距離為0.6m時(shí)，采用開(kāi)關(guān)可以搭接的電流為1.17A，此時(shí)，電弧拉弧距離為0.328m，顯然對(duì)于容性電流較大的空載線路進(jìn)行開(kāi)斷，需要采用消弧裝置來(lái)進(jìn)行。

對(duì)于利用空氣直接滅弧的方式，當(dāng)開(kāi)斷容性電流為1A，線路電壓為35kV的系統(tǒng)時(shí)，電弧可能達(dá)到的長(zhǎng)度為0.28m，當(dāng)開(kāi)斷的容性電流為0.5A時(shí)，電弧可能達(dá)到的長(zhǎng)度為0.14m，當(dāng)開(kāi)斷的容性電流為0.2A，拉弧長(zhǎng)度可能最大達(dá)到0.056m，說(shuō)明分閘過(guò)程中分?jǐn)嗑嚯x達(dá)0.056m時(shí)，如果間隙的絕緣不能恢復(fù)，則會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定的電弧。顯然快速開(kāi)斷可以的好處在如下幾個(gè)方面：（1）避免電弧長(zhǎng)時(shí)間燃弧積累大量熱量，造成空氣熱游離，降低間隙絕緣強(qiáng)度使得電弧拉弧長(zhǎng)度長(zhǎng)并且難以熄弧，威脅相地和相間絕緣；（2）獲得足夠的間隙距離，使得電弧難以發(fā)生重燃。

4 結(jié)語(yǔ)

在搭接過(guò)程中，搭接速度一方面減小了間隙重燃的時(shí)間，另一方面有效減小斷口間隙的重?fù)舸╇妷骸?/p>

對(duì)于35kV架空線路，按照0.5A核算可以搭接的空載線路長(zhǎng)度為8km，如果按照0.2A核算，則可以人工搭接的空載線路的長(zhǎng)度為3.5km。

［1］胡毅.配電線路帶電作業(yè)技術(shù)［M］.｛H｝北京：中國(guó)電力出版社，2002.

［2］吳維韓，張芳榴.電力系統(tǒng)過(guò)電壓數(shù)值計(jì)算［M］.北京：科學(xué)出版社，1989.

［3］Skuletic S D，Mijajlovic.Experimental investigations of switching overvoltages in 110 kV network of power system of montenegro［M］.Bologna，Italy，2003.23-26.

［4］薛敏，郭森.500 kV斷路器投切空載線路操作過(guò)電壓的數(shù)據(jù)分析［J］.華東電力，2005，（12）：32-33.