長(zhǎng)距離特高壓交流輸電線路單相接地故障過電壓研究

李 楊 ，沈 揚(yáng) ，周 浩 ，計(jì)榮榮 ，孫 可 ，丁 健 ，錢 鋒

（1.浙江大學(xué) 電氣工程學(xué)院，浙江 杭州 310027；2.浙江省電力設(shè)計(jì)院，浙江 杭州 310012；3.浙江省電力公司檢修分公司，浙江 杭州 311232；4.浙江省電力公司，浙江 杭州 310007）

0 引言

線路出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，在健全相上產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓即為單相接地故障過電壓，它是操作過電壓的一種，也叫接地短路過電壓。對(duì)于較短的特高壓線路，單相接地故障操作過電壓通常不會(huì)超過1.7 p.u.的限制水平，但是當(dāng)線路較長(zhǎng)時(shí)，單相接地故障過電壓有可能超過限制水平而對(duì)系統(tǒng)安全構(gòu)成威脅。我國(guó)能源的不均勻分布以及特高壓輸電技術(shù)的快速發(fā)展使得長(zhǎng)距離、大容量輸電成為必然［1-9］。因此，對(duì)長(zhǎng)距離輸電線路單相接地故障過電壓的研究具有重要意義。

單相接地故障發(fā)生的時(shí)間以及在線路上的位置具有很大的隨機(jī)性，且該過電壓與系統(tǒng)等效電源的阻抗特性密切相關(guān)，因此，在利用仿真軟件計(jì)算該種過電壓時(shí)要充分考慮接地故障產(chǎn)生時(shí)刻的隨機(jī)性、接地位置的隨機(jī)性以及不同的系統(tǒng)阻抗特性對(duì)該過電壓的影響，仿真計(jì)算工作量很大。對(duì)于特高壓長(zhǎng)線路，為了保證沿線電壓均勻分布以及限制工頻過電壓幅值，一般需對(duì)線路進(jìn)行分段［9-10］。對(duì)于分段的長(zhǎng)距離特高壓線路，單相接地故障過電壓可能降低至限制水平以下。當(dāng)線路分段數(shù)發(fā)生變化時(shí)，若能得到單相接地故障過電壓不超過限制水平的線路分段方式，則進(jìn)行線路規(guī)劃設(shè)計(jì)以及過電壓防護(hù)計(jì)算時(shí)可以忽略該過電壓的影響，避免大量的仿真計(jì)算，同時(shí)節(jié)省防護(hù)該過電壓所帶來的不必要的費(fèi)用。

鑒于此目的，本文借助PSCAD/EMTDC軟件，在大量仿真計(jì)算的基礎(chǔ)上，對(duì)分段的特高壓長(zhǎng)線路單相接地故障過電壓進(jìn)行了詳細(xì)研究。在得出了求取嚴(yán)酷單相接地過電壓的條件的基礎(chǔ)之上，研究了線路分為3～5段的特高壓長(zhǎng)線路單相接地故障過電壓?jiǎn)栴}，同時(shí)對(duì)常規(guī)限制過電壓的措施如加裝避雷器（MOA）和高抗補(bǔ)償?shù)南拗菩ЧM(jìn)行了詳細(xì)研究，列出了不同分段方式下整條線路單相接地故障過電壓不超過限制水平的最大長(zhǎng)度并給出了相應(yīng)的線路分段方式，可為特高壓輸電工程提供參考。

1 仿真參數(shù)

1.1 線路參數(shù)

本文中特高壓線路參數(shù)參考我國(guó)特高壓示范線路參數(shù)，導(dǎo)線采用鋼芯鋁絞線8×LGJ-500/35，分裂間距為 400 mm，塔形采用貓頭塔［1，8］。線路的序參數(shù)如表 1 所示［11］。

表1 特高壓交流線路參數(shù)Tab.1 Transmission line parameters of UHVAC system

1.2 避雷器參數(shù)

避雷器采用在晉東南—南陽—荊門特高壓交流試驗(yàn)示范工程中使用的1000 kV無間隙金屬氧化物避雷器，型號(hào)為 Y20W1-828/1620W，參數(shù)見表 2［1，8］。

該型號(hào)避雷器的伏安特性曲線如圖1所示，其中橫坐標(biāo)采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)。

1.3 線路補(bǔ)償度

線路補(bǔ)償度對(duì)長(zhǎng)線路單相接地故障過電壓的影響較大，線路補(bǔ)償度越高，過電壓下降越多，但是系統(tǒng)產(chǎn)生諧振過電壓的概率越高，因此線路補(bǔ)償度需有一個(gè)上限。從避免諧振過電壓的角度考慮，同時(shí)考慮小電抗偏差、系統(tǒng)頻率偏差以及高抗補(bǔ)償容量偏差等因素的影響，特高壓線路高抗補(bǔ)償度上限取為90%時(shí)，系統(tǒng)基本不可能發(fā)生諧振，因此，補(bǔ)償度上限取為90%。在我國(guó)特高壓電網(wǎng)建設(shè)初期，補(bǔ)償度范圍為 80%～ 90%［8，12］。

表2 避雷器參數(shù)Tab.2 Parameters of MOA

圖1 避雷器伏安特性曲線Fig.1 U-I characteristic curve of MOA

1.4 系統(tǒng)參數(shù)

影響單相接地故障過電壓的系統(tǒng)參數(shù)主要是系統(tǒng)等效電源的正序阻抗和系統(tǒng)等效電源的零、正序阻抗比，需界定特高壓等效電源阻抗的范圍。

目前，我國(guó)特高壓交流電網(wǎng)處于建設(shè)初期，通過在2個(gè)超高壓電網(wǎng)基礎(chǔ)上架設(shè)特高壓線路來進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)輸電是其主要的模式。文獻(xiàn)［13］在綜合考慮了超高壓電網(wǎng)的等效情況、特高壓變壓器以及低容、低抗后，得出等效后特高壓系統(tǒng)等效電源的正序阻抗X1變化范圍為40～180 Ω，系統(tǒng)等效電源的零、正序阻抗比 X0/X1變化范圍為 0.4～1.4［13］，可認(rèn)為此范圍幾乎包括了所有1000 kV系統(tǒng)等效電源的阻抗。

2 長(zhǎng)線路單相接地故障過電壓影響因素

本節(jié)以圖2所示分段距離400km、長(zhǎng)度1200km的特高壓長(zhǎng)線路為例，研究單相接地故障過電壓的影響因素，得出求取長(zhǎng)線路單相接地故障過電壓最大值的條件。其中，每段線路采取兩端均勻補(bǔ)償方式，每段線路兩端的補(bǔ)償點(diǎn)均裝設(shè)避雷器。圖2中，E1、E2為1000 kV特高壓交流系統(tǒng)等效電源；系統(tǒng)內(nèi)阻包括特高壓系統(tǒng)等效電源正序阻抗和零序阻抗，其取值范圍參照1.4節(jié)；P為特高壓線路輸送功率。

圖2 特高壓交流輸電線路示意圖Fig.2 Schematic diagram of UHVAC transmission lines

2.1 接地因素影響

單相接地故障過電壓是由接地故障產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓，接地故障因素主要包括接地位置和接地電阻兩方面，保持其他參數(shù)不變，當(dāng)接地位置和接地電阻發(fā)生變化時(shí)，過電壓水平（標(biāo)幺值）如表3所示。

表3 接地位置和接地電阻發(fā)生變化時(shí)的單相接地故障過電壓水平Tab.3 Single-phase grounding overvoltage for different fault positions and grounding resistances

由表3可知，當(dāng)接地位置不變時(shí)，隨著接地電阻值的增加，過電壓值會(huì)減?。划?dāng)接地電阻值不變時(shí)，隨著接地點(diǎn)位置的變化，過電壓值沒有明顯的變化規(guī)律。從嚴(yán)考慮，在仿真計(jì)算該過電壓時(shí)，接地電阻需取為0，同時(shí)應(yīng)充分考慮接地位置對(duì)該過電壓的影響，即在沿線設(shè)置多個(gè)接地點(diǎn)，選取各接地位置下的過電壓最大值作為該種情形下的單相接地故障過電壓值。

2.2 功率影響

單相接地故障產(chǎn)生于正在運(yùn)行的線路，因此，線路的輸送功率可能會(huì)對(duì)單相接地故障過電壓產(chǎn)生影響。保持線路兩端母線電壓以及系統(tǒng)阻抗不變，當(dāng)輸送功率發(fā)生變化時(shí)，沿線單相接地故障過電壓最大值（標(biāo)幺值）如表4所示。仿真線路輸送功率對(duì)該過電壓的影響時(shí)，接地電阻取0，同時(shí)在沿線等間距設(shè)置多個(gè)接地點(diǎn)，選取各接地位置下的過電壓最大值作為該種輸送功率下的單相接地故障過電壓值。

表4 輸送功率對(duì)單相接地故障過電壓的影響Tab.4 Effect of transmitting power on single-phase grounding overvoltage

由表4可知，當(dāng)輸送功率增大時(shí)，單相接地故障過電壓值會(huì)有略微減小，基本保持不變，因此，輸送功率對(duì)過電壓值影響不大，從嚴(yán)考慮，以下研究中取線路空載狀態(tài)。

2.3 系統(tǒng)等效電源阻抗影響

系統(tǒng)等效電源阻抗對(duì)單相接地故障過電壓的影響包括等效電源的正序阻抗X1對(duì)過電壓的影響和等效電源零、正序阻抗比X0/X1對(duì)過電壓的影響。在其他條件不變的情形下，當(dāng)兩者發(fā)生變化時(shí)，長(zhǎng)線路的單相接地故障過電壓水平（標(biāo)幺值）的變化見表5。

表5 系統(tǒng)等效電源阻抗對(duì)單相接地故障過電壓的影響Tab.5 Effect of equivalent source impedance on single-phase grounding overvoltage

由表5可知，當(dāng)?shù)刃щ娫凑蜃杩共蛔儠r(shí)，隨著等效電源零、正序阻抗比的增加，從接地點(diǎn)看進(jìn)去的系統(tǒng)零、正序阻抗比會(huì)增加，發(fā)生單相接地故障后，單相接地穩(wěn)態(tài)工頻過電壓會(huì)增加，使得系統(tǒng)在更高的電壓基準(zhǔn)上發(fā)生暫態(tài)振蕩，因此單相接地故障過電壓值增加［14］。當(dāng)?shù)刃щ娫戳恪⒄蜃杩贡缺３植蛔儠r(shí)，隨著等效電源正序阻抗的增加，從接地點(diǎn)看進(jìn)去的系統(tǒng)零、正序阻抗比反而會(huì)減小，單相接地故障過電壓值減?。划?dāng)?shù)刃щ娫凑蜃杩惯M(jìn)一步增加時(shí)，相當(dāng)于增加了線路長(zhǎng)度，線路越長(zhǎng)過電壓越大，此時(shí)單相接地故障過電壓反而會(huì)增加。因此，在這2種因素的共同作用下，當(dāng)X1較小時(shí)，X1/X0起主導(dǎo)作用，而X1較大時(shí)，X1的影響則較為突出。綜上所述，單相接地故障過電壓會(huì)隨著等效電源零、正序阻抗比的增加而增加，隨著等效電源正序阻抗的增加呈現(xiàn)先減后增的V形變化規(guī)律。進(jìn)一步計(jì)算研究表明，當(dāng)線路長(zhǎng)度在較大范圍內(nèi)發(fā)生變化時(shí)，正序阻抗與零、正序阻抗比對(duì)該過電壓的影響規(guī)律類似。

因此，在求取長(zhǎng)線路單相接地故障過電壓最大值時(shí)，系統(tǒng)等效電源零、正序阻抗比需取最大；在此基礎(chǔ)上，等效電源正序阻抗需取阻抗范圍內(nèi)的兩端點(diǎn)值，求取二者中最大者即為單相接地故障過電壓最大值。

3 長(zhǎng)線路單相接地故障過電壓

單相接地故障過電壓是操作過電壓的一種，與合閘過電壓相比，幅值相對(duì)較小，對(duì)系統(tǒng)的危害通常不及合閘過電壓［1，4，8］。對(duì)于較短的特高壓線路，單相接地故障操作過電壓通常不會(huì)超過1.7 p.u.的限制水平，不是系統(tǒng)絕緣水平的決定性因素［15-17］。當(dāng)線路較長(zhǎng)時(shí)，單相接地故障過電壓有可能超過1.7 p.u.的限制水平，對(duì)特高壓系統(tǒng)安全構(gòu)成威脅。但是對(duì)于較長(zhǎng)的特高壓線路，從限制工頻過電壓以及穩(wěn)壓的角度考慮，需對(duì)線路進(jìn)行分段，并在每一段線路的兩端加裝并聯(lián)高抗，此時(shí)單相接地故障過電壓可能會(huì)降低，甚至降到限制水平以下。

在前面探究單相接地故障過電壓影響因素的研究基礎(chǔ)之上，下面將分別探究分3段、4段和5段的特高壓線路的單相接地故障過電壓水平，求取分為3～5段的線路單相接地故障過電壓不超過限制水平時(shí)可達(dá)到的最大長(zhǎng)度以及單段線路的最大長(zhǎng)度。

3.1 分3段長(zhǎng)線路單相接地故障過電壓

3.1.1 平均分3段線路過電壓

在常規(guī)的限制措施如加裝高抗和避雷器下，平均分3段、每段長(zhǎng)度為400 km的特高壓線路見圖3。

圖3 分3段的特高壓交流線路Fig.3 Three-segment UHVAC transmission line

為了研究避雷器對(duì)該過電壓的限制效果［18］，在沿線改變布置避雷器的方式：

a.沿線加裝6組避雷器，如圖3所示，在分段線路沿線布置避雷器時(shí)通常采用此方式，其中A、D處各1組，B、C處各2組；

b.沿線布置4組避雷器，其中A、B、C、D處各1組；

c.沿線布置2組避雷器，其中B、C處各1組；

d.沿線不裝設(shè)避雷器。

平均分3段時(shí)沿線最大單相接地故障過電壓水平（標(biāo)幺值）如表6所示。

表6 平均分3段線路的單相接地故障過電壓水平Tab.6 Single-phase grounding overvoltage of UHVAC line with three equal segments

從表6可知，當(dāng)線路補(bǔ)償度保持不變時(shí)，隨著沿線避雷器組數(shù)的增加，單相接地故障過電壓值基本保持不變；當(dāng)避雷器布置條件不變時(shí)，隨著線路補(bǔ)償度的增加，單相接地故障過電壓會(huì)有明顯的減小，因此，高抗較避雷器能夠更好地限制長(zhǎng)線路單相接地故障過電壓。對(duì)于平均分3段、每段長(zhǎng)度為400 km的特高壓線路，當(dāng)補(bǔ)償度在80%～90%之間變化時(shí)，單相接地故障過電壓均不超過1.7 p.u.的限制水平，不會(huì)對(duì)線路構(gòu)成威脅。

單相接地故障過電壓與線路長(zhǎng)度呈正比，線路越長(zhǎng)，過電壓越大，可知對(duì)于長(zhǎng)度小于1200 km、平均分3段的特高壓線路或長(zhǎng)度小于1200 km、分段長(zhǎng)度小于400 km的特高壓線路，單相接地故障過電壓均不會(huì)超出限制水平，不需考慮其對(duì)絕緣構(gòu)成的威脅。

3.1.2 分3段線路單段長(zhǎng)度發(fā)生變化時(shí)的過電壓

當(dāng)分段長(zhǎng)度發(fā)生變化時(shí)，單相接地故障過電壓水平（標(biāo)幺值）如表7所示，避雷器采用在單段線路兩端布置的常規(guī)方式。

表7 單段線路長(zhǎng)度變化時(shí)的單相接地故障過電壓水平Tab.7 Single-phase grounding overvoltage for different segment lengths

由表7可知，對(duì)于不平均分段的特高壓線路，單段長(zhǎng)度較長(zhǎng)的線路位于整條線路兩端時(shí)，沿線單相接地故障過電壓值要小于其位于整條線路的中間段時(shí)的過電壓值。當(dāng)線路分段數(shù)一定時(shí)，線路分段越平均，過電壓越小，基于通用化結(jié)論的考慮，在下面的仿真計(jì)算中，線路長(zhǎng)度均以100km為單位。采用常規(guī)抑制過電壓的措施，對(duì)于分3段的線路，當(dāng)補(bǔ)償度在80%～90%之間變化時(shí)，單相接地故障過電壓不超過限制水平時(shí)線路最大長(zhǎng)度可達(dá)1300 km，單段線路的最大長(zhǎng)度可達(dá)500 km，且其中一種過電壓較低的合理的分段方式為400 km-400 km-500 km。

3.2 分4段長(zhǎng)線路單相接地故障過電壓

3.2.1 平均分4段線路過電壓

在常規(guī)的限制措施如加裝高抗和避雷器下，平均分4段、每段長(zhǎng)度為400 km的特高壓線路見圖4。

圖4 分4段的特高壓交流線路Fig.4 Four-segment UHVAC transmission line

為了研究避雷器對(duì)該過電壓的限制效果，在沿線改變布置避雷器的方式。

方式1：沿線加裝8組避雷器，如圖4所示，在分段線路沿線布置避雷器時(shí)通常采用此方式，其中A、E 處各 1組，B、C、D 處各 2組。

方式 2：沿線布置 5 組避雷器，其中 A、B、C、D、E處各1組。

方式3：沿線布置3組避雷器，其中B、C、D處各1組。

方式4：僅在C處布置1組避雷器。

方式5：沿線不裝設(shè)避雷器。

平均分4段時(shí)沿線最大單相接地故障過電壓水平（標(biāo)幺值）如表8所示。

表8 平均分4段線路的單相接地故障過電壓水平Tab.8 Single-phase grounding overvoltage of UHVAC line with four equal segments

由表8可知，避雷器對(duì)單相接地故障過電壓有微弱的限制作用。當(dāng)線路補(bǔ)償度在80%～90%的范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，過電壓均超過了1.7 p.u.的限制水平。因此，對(duì)于平均分4段的特高壓長(zhǎng)線路，在常規(guī)的限制措施下，為了使單相接地故障過電壓不超過限制水平，單段線路長(zhǎng)度取為400 km不滿足限制條件。

3.2.2 分4段線路單段長(zhǎng)度發(fā)生變化時(shí)的過電壓

當(dāng)單段分段距離發(fā)生變化時(shí)，單相接地故障過電壓水平（標(biāo)幺值）如表9所示，避雷器采用在單段線路兩端布置的常規(guī)方式。

表9 單段線路長(zhǎng)度變化時(shí)的單相接地故障過電壓水平Tab.9 Single-phase grounding overvoltage for different segment lengths

由表9可知，當(dāng)線路分段數(shù)一定時(shí)，線路分段越平均，過電壓越小。補(bǔ)償度越高，過電壓越小，對(duì)于分4段的特高壓線路，當(dāng)線路補(bǔ)償度取80%～85%時(shí)，整條線路單相接地故障過電壓不會(huì)超過限制水平的最大長(zhǎng)度可達(dá)1300 km，單段線路最大長(zhǎng)度可達(dá)400 km，一種較為合理的線路分段方式為400 km-300 km-300 km-300 km；當(dāng)補(bǔ)償度取90%時(shí)，過電壓水平進(jìn)一步降低，整條線路單相接地故障過電壓不會(huì)超過限制水平的最大長(zhǎng)度增加至1400 km，單段線路最大長(zhǎng)度可達(dá)400 km，一種過電壓較低的較為合理的線路分段方式為400 km-300 km-300 km-400 km。

另外，比較表7和表9可知，相同線路長(zhǎng)度下，線路分段方式對(duì)單相接地故障過電壓的影響很大，增加線路分段數(shù)，減小線路分段距離對(duì)過電壓有一定的削弱作用，當(dāng)線路分段數(shù)一定時(shí)，中間段線路長(zhǎng)度越短，過電壓通常越小。

3.3 分5段長(zhǎng)線路單相接地故障過電壓

3.3.1 平均分5段線路過電壓

在常規(guī)的限制措施如加裝高抗和避雷器下，平均分5段、每段長(zhǎng)度為300km的特高壓線路，如圖5所示。

為了研究避雷器對(duì)該過電壓的限制效果，在沿線改變布置避雷器的方式：

Ⅰ.沿線加裝10組避雷器，如圖5所示，在分段線路沿線布置避雷器時(shí)通常采用此方式，其中A、F處各 1組，B、C、D、E 處各 2組；

圖5 分5段的特高壓交流線路Fig.5 Five-segment UHVAC transmission line

Ⅱ.沿線布置 6組避雷器，其中 A、B、C、D、E、F 處各1組；

Ⅲ.沿線布置 4組避雷器，其中 B、C、D、E處各1組；

Ⅳ.沿線布置2組避雷器，其中C、D處各1組；

Ⅴ.沿線不裝設(shè)避雷器。

平均分5段時(shí)沿線最大單相接地故障過電壓水平（標(biāo)幺值）如表10所示。

表10 平均分5段線路的單相接地故障過電壓水平Tab.10 Single-phase grounding overvoltage of UHVAC line with five equal segments

由表10可知，避雷器對(duì)過電壓的限制作用仍不明顯，當(dāng)線路補(bǔ)償度取80%或85%時(shí)，沿線單相接地故障過電壓超過限制水平，當(dāng)補(bǔ)償度取90%時(shí)，過電壓值降低到1.7 p.u.以下。

3.3.2 分5段線路單段長(zhǎng)度發(fā)生變化時(shí)的過電壓

當(dāng)線路分段方式發(fā)生變化時(shí)，單相接地故障過電壓值如表11所示，避雷器采用在單段線路兩端布置的常規(guī)方式。

表11 單段線路長(zhǎng)度變化時(shí)的單相接地故障過電壓水平Tab.11 Single-phase grounding overvoltage for different segment lengths

由表11可知，當(dāng)線路分段數(shù)一定時(shí)，中間段線路越短，過電壓越小，且線路分段越平均，過電壓越?。粚?duì)于分5段的特高壓線路，當(dāng)補(bǔ)償度取80%～85%時(shí)，表中所列幾種線路分段方式下的過電壓值均超過限制水平，當(dāng)補(bǔ)償度取90%時(shí)，部分線路分段方式下過電壓降至限制水平以內(nèi)；沿線單相接地故障過電壓不超過限制水平的最大線路長(zhǎng)度可達(dá)1600 km，且單段線路長(zhǎng)度最大可達(dá)400 km，一種過電壓較低的合理的線路分段方式為300 km-300 km-300 km-300 km-400 km。

3.4 線路中間具有落點(diǎn)的情形

對(duì)于較長(zhǎng)的特高壓線路，除了直接點(diǎn)對(duì)點(diǎn)輸電的情形外，還有一種線路中間具有1個(gè)或多個(gè)落點(diǎn)負(fù)荷或落點(diǎn)等效電源的情形，如圖6所示，圖中省略了線路的分段情況。

圖6 具有落點(diǎn)負(fù)荷或電源的特高壓長(zhǎng)線路Fig.6 UHVAC transmission line with loads or sources

對(duì)于較長(zhǎng)的特高壓線路中間具有落點(diǎn)電源的情形，一方面，落點(diǎn)電源出口母線處（圖6中A、B 2點(diǎn)）的電壓被箝制在正常運(yùn)行的工頻電壓數(shù)值，當(dāng)整條線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致過電壓水平降低；另一方面，電源與電源之間的輸電線路長(zhǎng)度縮短，過電壓水平也會(huì)降低。對(duì)于較長(zhǎng)的特高壓線路中間具有落點(diǎn)負(fù)荷的情形，負(fù)荷對(duì)過電壓的阻尼作用也會(huì)使得過電壓水平降低。因此，對(duì)于長(zhǎng)線路單相接地故障過電壓，如果線路中間有落點(diǎn)電源或落點(diǎn)負(fù)荷，會(huì)導(dǎo)致單相接地故障過電壓水平下降。隨著特高壓電網(wǎng)的發(fā)展，特高壓長(zhǎng)線路交流輸電是一個(gè)趨勢(shì)，且線路中間通常會(huì)有落點(diǎn)電源或落點(diǎn)負(fù)荷，此時(shí)，單相接地故障過電壓水平會(huì)比線路中間沒有落點(diǎn)負(fù)荷或電源的長(zhǎng)線路的過電壓水平低。

3.5 小結(jié)

綜合3.1、3.2、3.3和3.4節(jié)可知，對(duì)于不同長(zhǎng)度的特高壓長(zhǎng)線路，當(dāng)線路分段數(shù)一定時(shí)，單段長(zhǎng)度較大的線路位于整條線路中間時(shí)的過電壓水平高于其位于整條線路兩端時(shí)的過電壓水平，同時(shí)線路分段越平均，單相接地故障過電壓越小。因此，從限制單相接地故障過電壓的角度考慮，在常規(guī)的限制過電壓的措施下，當(dāng)特高壓線路長(zhǎng)度發(fā)生變化時(shí)，采用如表12所示的分段方式，單相接地故障過電壓不會(huì)超過限制水平，基于通用化結(jié)論的考慮，線路長(zhǎng)度均以100 km為單位。當(dāng)長(zhǎng)線路中間沒有落點(diǎn)負(fù)荷或落點(diǎn)電源時(shí)，該過電壓水平會(huì)進(jìn)一步降低。

表12 線路長(zhǎng)度變化時(shí)單相接地故障過電壓不超過限制水平的線路分段方式Tab.12 Line segment modes for different total line lengths

表12中所示的線路分段方式是基于通用化結(jié)論的考慮得到的一種過電壓較低的線路分段方式，即對(duì)于分3～5段的特高壓長(zhǎng)線路，若每段線路的長(zhǎng)度均不大于表中所示線路分段方式的情況且補(bǔ)償度不大于表中第3列所示的線路補(bǔ)償度，則沿線單相接地故障過電壓不會(huì)超過限制水平，且過電壓水平較低。

另外，在實(shí)際的工程中，考慮到實(shí)際的落點(diǎn)限制和工程實(shí)施的方便，表12中所示的某種分段方式可能不便于實(shí)際施工，此時(shí)，則需結(jié)合表7、9或11中的結(jié)果和實(shí)際落點(diǎn)情況以及工程實(shí)際重新確定線路分段方式。例如，線路高抗補(bǔ)償度為90%時(shí)，對(duì)長(zhǎng)度為1500 km的特高壓交流輸電長(zhǎng)線路，采用300 km-300 km-300 km-300 km-300 km的線路分段方式可能不便于實(shí)際施工，結(jié)合表11和實(shí)際落點(diǎn)情況及工程實(shí)際可知，當(dāng)采用300km-200km-400km-300km-300km的線路分段方式時(shí)，其過電壓值不超過1.7 p.u.，且在實(shí)際工程中這種方式比平均分段方式時(shí)更方便實(shí)施。

4 結(jié)論

本文通過建立兩端輸電模型，對(duì)分段的特高壓長(zhǎng)線路單相接地故障過電壓?jiǎn)栴}進(jìn)行了詳細(xì)研究，并得出以下結(jié)論。

a.線路輸送功率對(duì)單相接地故障過電壓影響不大；接地電阻越小、補(bǔ)償度越小，單相接地故障過電壓越大；系統(tǒng)等效電源零、正序阻抗比越大，過電壓越大，當(dāng)零、正序阻抗比保持不變時(shí)，過電壓隨著系統(tǒng)等效電源正序阻抗的增加呈現(xiàn)先減后增的V型變化趨勢(shì)。

b.高抗和避雷器對(duì)單相接地故障過電壓有限制作用。隨著沿線布置避雷器組數(shù)的增加，過電壓水平會(huì)降低，但是降低幅度微弱，隨著高抗補(bǔ)償度的增加，過電壓水平明顯降低，因此，高抗較避雷器能夠更好地限制該類過電壓。

c.對(duì)于特高壓長(zhǎng)線路，線路分段方式對(duì)單相接地故障過電壓值影響較大。當(dāng)線路長(zhǎng)度一定時(shí)，線路分段數(shù)越多、分段距離越小，過電壓水平越低；線路分段數(shù)一定時(shí)，單段長(zhǎng)度較大的線路位于整條線路中間時(shí)的過電壓水平高于其位于整條線路兩端時(shí)的過電壓水平。

d.當(dāng)線路分段數(shù)一定時(shí)，線路分段越平均，單相接地故障過電壓越小，因此，結(jié)合實(shí)際落點(diǎn)負(fù)荷或電源情形，盡量對(duì)一般的特高壓線路進(jìn)行平均分段。

e.長(zhǎng)線路中間具有落點(diǎn)負(fù)荷或落點(diǎn)電源時(shí)，沿線過電壓水平低于沒有落點(diǎn)負(fù)荷或電源的情形。

f.采用常規(guī)的抑制過電壓的措施，對(duì)于分3段的線路，整條線路單相接地故障過電壓不會(huì)超過限制水平的總長(zhǎng)度最大可達(dá)1300 km，單段線路的最大長(zhǎng)度可達(dá)500 km，一種過電壓較低的合理的線路分段方式為400 km-400 km-500 km；對(duì)于分4段和5段的線路，過電壓不會(huì)超過限制水平的線路總長(zhǎng)度最大分別可達(dá)1400 km和1600 km，2種情形下單段線路的最大長(zhǎng)度均為400 km，過電壓較低的合理的線路分段形式分別為400 km-300 km-300 km-400 km和300 km-300 km-300 km-300 km-400 km。