500 kV牌長(zhǎng)Ⅱ線空載投切試驗(yàn)方案選取仿真分析

王麗蓉，李欣，何智強(qiáng)，齊飛

(1.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司檢修公司，湖南長(zhǎng)沙410004;2.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007)

電力系統(tǒng)的外部和內(nèi)部過(guò)電壓是造成電氣設(shè)備絕緣損害的重要原因之一，也是確定電氣設(shè)備絕緣水平的重要依據(jù)，過(guò)電壓倍數(shù)的大小直接影響著電網(wǎng)供電的安全性和可靠性〔1〕。對(duì)于超高壓輸電線路，輸電距離較遠(yuǎn)，線路將長(zhǎng)期承受因電容效應(yīng)引起的工頻電壓升高，此外，操作過(guò)電壓的高頻部分又疊加在工頻過(guò)電壓之上，從而使操作過(guò)電壓的倍數(shù)更高，這對(duì)于超高壓輸電線路電氣設(shè)備絕緣配合將是一個(gè)巨大的考驗(yàn)〔2〕。

對(duì)于新建的超高壓輸電線路，為了保證線路安全運(yùn)行和考核斷路器開(kāi)關(guān)能力，都要進(jìn)行相序核對(duì)和空載投切試驗(yàn)。在空載線路投切試驗(yàn)中，過(guò)電壓倍數(shù)與線路運(yùn)行方式密切相關(guān)，如何根據(jù)線路運(yùn)行方式制定最佳的試驗(yàn)方案就顯得尤為重要。

1 500 kV牌長(zhǎng)Ⅱ線工頻電壓升高計(jì)算

1.1 500 kV牌長(zhǎng)Ⅱ線簡(jiǎn)介

500 kV牌樓變電站至500 kV長(zhǎng)陽(yáng)鋪?zhàn)冸娬拘陆?00 kV牌長(zhǎng)Ⅱ回線路工程全長(zhǎng)166.431 km，線路兩端分別裝氧化鋅避雷器和電容式電壓互感器。500 kV牌樓變電站新增1臺(tái)斷路器，將原有不完整串改為完整串，裝設(shè)1組高壓并聯(lián)電抗器，單相容量為50000 kVar;500 kV長(zhǎng)陽(yáng)鋪?zhàn)冸娬拘卵b2臺(tái)斷路器，構(gòu)成一不完整串。500 kV牌長(zhǎng)Ⅱ線簡(jiǎn)化接線方式如圖1所示。

圖1 500 kV牌長(zhǎng)Ⅱ線接線圖

1.2 空載長(zhǎng)線工頻過(guò)電壓升高計(jì)算

對(duì)于短距離輸電線路，可用集中參數(shù)的T型等值電路代替，而對(duì)于長(zhǎng)距離輸送的超高壓輸電線路，則應(yīng)考慮分布參數(shù)特性，采用π型等值電路〔3〕。牌長(zhǎng)Ⅱ線全長(zhǎng)166.432 km，由于線路對(duì)地電容的存在，隨著輸送距離的增長(zhǎng)，線路容抗將大于感抗，則會(huì)出現(xiàn)線路末端電壓高于線路首端，500 kV牌長(zhǎng)Ⅱ線的等效電路如圖2所示。

圖2 500 kV牌長(zhǎng)Ⅱ線等效電路

當(dāng)線路末端未裝設(shè)高抗時(shí)，則線路末端電壓為:

當(dāng)線路末端裝設(shè)高抗時(shí)，則線路末端電壓為:

由此可見(jiàn)，并聯(lián)高壓電抗器接入后可降低工頻電壓升高值。

2 空載投切試驗(yàn)的ATP仿真

2.1 ATP仿真元件模型

為了驗(yàn)證500 kV牌長(zhǎng)Ⅱ線工頻電壓升高倍數(shù)計(jì)算結(jié)果和計(jì)算投切試驗(yàn)時(shí)的操作過(guò)電壓倍數(shù)，采用電磁暫態(tài)仿真軟件ATP-EMTP，建立500 kV牌長(zhǎng)Ⅱ線過(guò)電壓計(jì)算仿真模型〔4〕。

其中，電源采用三相交流電源，幅值為408.20 kV;電源內(nèi)阻采用三相耦合RLC和多相耦合RL電路;開(kāi)關(guān)采用三相時(shí)控開(kāi)關(guān)，考慮最嚴(yán)重情況下的操作過(guò)電壓倍數(shù)，設(shè)定其中一相合閘相角在90°附近;線路采用π型等值電路模型，三相均勻換位;高壓并聯(lián)電抗器采用三相集中參數(shù)模型;無(wú)間隙氧化鋅避雷器采用非線性電阻模擬，其伏安特性曲線如圖3所示。

圖3 無(wú)間隙氧化鋅避雷器伏安特性

2.2 不同接線方式下的過(guò)電壓仿真結(jié)果

為了全面分析500 kV牌長(zhǎng)Ⅱ線在不同運(yùn)行方式下的過(guò)電壓情況，以制定最佳的試驗(yàn)方案，分別以500 kV牌樓變電站和500 kV長(zhǎng)陽(yáng)鋪?zhàn)冸娬緸樵囼?yàn)電源，計(jì)算線路兩端同時(shí)裝設(shè)MOA避雷器和并聯(lián)高抗、未裝設(shè)MOA避雷器和裝設(shè)并聯(lián)高抗、裝設(shè)MOA避雷器和未裝設(shè)并聯(lián)高抗以及MOA避雷器值和并聯(lián)高抗都未安裝時(shí)線路首、末端的工頻電壓升高值和操作過(guò)電壓倍數(shù)。圖4為以500 kV長(zhǎng)陽(yáng)鋪為試驗(yàn)電源的仿真模型。

圖4 以500 kV長(zhǎng)陽(yáng)鋪為試驗(yàn)電源的仿真模型

圖5為以500 kV長(zhǎng)陽(yáng)鋪為試驗(yàn)電源，MOA避雷器和并聯(lián)高抗都未裝設(shè)時(shí)的首、末端工頻電壓升高和合閘空載線路過(guò)電壓波形。

圖5 首末端過(guò)電壓仿真波形

3 仿真結(jié)果及試驗(yàn)方案選取分析

3.1 過(guò)電壓仿真結(jié)果分析

500 kV牌長(zhǎng)Ⅱ線4種運(yùn)行方式下的仿真結(jié)果如表1所示。由表1可以看出，空載長(zhǎng)線電容效應(yīng)引起的工頻電壓升高理論計(jì)算結(jié)果與仿真結(jié)果一致，過(guò)電壓倍數(shù)都為1.02 p.u.;分別以長(zhǎng)陽(yáng)鋪和牌樓變電站為試驗(yàn)電源，在4種不同運(yùn)行方式下，線路首、末端過(guò)電壓倍數(shù)各不相同。其中，以500 kV長(zhǎng)陽(yáng)鋪?zhàn)冸娬緸樵囼?yàn)電源，線路兩側(cè)都裝設(shè)MOA避雷器，牌樓變電站裝設(shè)一組并聯(lián)高抗，此時(shí)的過(guò)電壓倍數(shù)最低。

根據(jù)上述理論計(jì)算和表1的仿真結(jié)果可知，并聯(lián)高抗裝在試驗(yàn)電源側(cè)對(duì)工頻電壓升高過(guò)電壓沒(méi)有影響，只有裝在線路末端才可以降低工頻電壓升高值;MOA避雷器能夠有效降低操作過(guò)電壓;當(dāng)并聯(lián)高抗在電源側(cè)時(shí)，不能起到降低工頻電壓的作用，且在切除空載線路時(shí)，可能產(chǎn)生并聯(lián)高抗和線路的劇烈震蕩，產(chǎn)生倍數(shù)較高的過(guò)電壓。若此時(shí)將并聯(lián)高抗側(cè)作為試驗(yàn)電源，則線路兩端必須加裝MOA避雷器。綜上所述，試驗(yàn)電源應(yīng)設(shè)置在線路并聯(lián)高抗側(cè)的對(duì)側(cè)，此時(shí)并聯(lián)高抗和MOA避雷器才能夠起到最有效抑制過(guò)電壓的作用。

表1 500 kV牌長(zhǎng)Ⅱ線過(guò)電壓仿真結(jié)果

3.2 試驗(yàn)方案選取分析

超高壓輸電線路投運(yùn)時(shí)，要進(jìn)行空載投切試驗(yàn)，試驗(yàn)內(nèi)容主要包括:三相充電核相試驗(yàn)和自動(dòng)重合閘試驗(yàn)。根據(jù)仿真結(jié)果可知，在進(jìn)行投切試驗(yàn)時(shí)，因并聯(lián)高抗裝設(shè)在500 kV牌樓變電站，從降低工頻電壓升高的角度考慮，應(yīng)以500 kV長(zhǎng)陽(yáng)鋪?zhàn)冸娬咀鳛樵囼?yàn)電源，此時(shí)的過(guò)電壓倍數(shù)最低，工頻電壓升高、合空載線路過(guò)電壓和切除空載線路過(guò)電壓的倍數(shù)分別為 1.00 p.u.，1.63 p.u.和1.13 p.u.。

此外，為了使線路兩側(cè)斷路器的性能都能考核到，兼顧過(guò)電壓倍數(shù)、三相充電核相試驗(yàn)以及自動(dòng)重合閘試驗(yàn)所需時(shí)間等因素，進(jìn)行三相充電核相試驗(yàn)時(shí)，線路承受的工頻電壓升高時(shí)間較長(zhǎng)，應(yīng)將500 kV長(zhǎng)陽(yáng)鋪?zhàn)冸娬咀鳛樵囼?yàn)電源，而自動(dòng)重合閘試驗(yàn)所需時(shí)間相對(duì)較短，可將500 kV牌樓變電站作為試驗(yàn)電源，此時(shí)工頻電壓升高、合空載線路過(guò)電壓和切除空載線路過(guò)電壓的倍數(shù)分別為1.00 p.u.，1.63 p.u.和1.63 p.u.。

3.3 實(shí)測(cè)結(jié)果

按照上述試驗(yàn)方案:三相充電核相時(shí)，以500 kV長(zhǎng)陽(yáng)鋪?zhàn)冸娬緸樵囼?yàn)電源;重合閘試驗(yàn)時(shí)，利用程序控制器控制斷路器自動(dòng)重合閘操作，以500 kV牌樓變電站為試驗(yàn)電源。同時(shí)，在牌長(zhǎng)Ⅱ線線路兩側(cè)CVT處接入電容分壓器，進(jìn)行過(guò)電壓波形采集，高低壓分壓比為18 000∶1，試驗(yàn)測(cè)得最大過(guò)電壓倍數(shù)為1.78 p.u.，滿足規(guī)程要求，線路可以正常投運(yùn)。圖6為試驗(yàn)時(shí)采集到的典型過(guò)電壓波形。

圖6 實(shí)測(cè)過(guò)電壓波形

4 結(jié)論

文中介紹了新建500 kV牌長(zhǎng)Ⅱ回線路的基本情況，根據(jù)該線路的接線方式和線路參數(shù)，建立了空載長(zhǎng)線的等效電路模型，計(jì)算了工頻過(guò)電壓升高倍數(shù);利用電磁暫態(tài)仿真軟件ATP-EMTP，建立了牌長(zhǎng)Ⅱ回線路的仿真模型，計(jì)算了線路在不同運(yùn)行方式下的工頻電壓升高和操作過(guò)電壓倍數(shù)，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)內(nèi)容，制定了最佳的試驗(yàn)方案，仿真計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果一致。

1)通過(guò)利用ATP仿真計(jì)算，空載線路投切試驗(yàn)電源應(yīng)設(shè)置在線路并聯(lián)高抗側(cè)的對(duì)側(cè)，此時(shí)并聯(lián)高抗和MOA避雷器才能夠起到最有效抑制過(guò)電壓的作用。

2)綜合考慮仿真結(jié)果和試驗(yàn)情況，三相充電核相時(shí)，應(yīng)以500 kV長(zhǎng)陽(yáng)鋪?zhàn)冸娬緸樵囼?yàn)電源;重合閘試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)以500 kV牌樓變電站為試驗(yàn)電源。

3)利用電磁暫態(tài)仿真軟件ATP-EMTP計(jì)算空載線路投切試驗(yàn)時(shí)的過(guò)電壓倍數(shù)，對(duì)于試驗(yàn)方案的選擇和制定具有重要的指導(dǎo)意義。

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