楊林莉

摘 要：文章結(jié)合江蘇電網(wǎng)的連云港北（臨海）變電站，解釋了操作過電壓的產(chǎn)生機(jī)理及影響因素。利用電磁暫態(tài)仿真軟件（EMTPE），詳細(xì)介紹了在該程序中操作過電壓的計(jì)算模型和計(jì)算方法，得出結(jié)論并為工程上的設(shè)備選型提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：操作過電壓；合閘電阻；500kV同桿雙回；EMTPE

引言

隨著連云港地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和電力負(fù)荷的不斷提高，500kV連云港北（臨海）變電站的建設(shè)勢在必行。而連云港北（臨海）變電站通過至伊蘆的雙回線路接入500kV電網(wǎng)。線路路徑長約70km。對于這種距離比較長的線路，我們必須進(jìn)行過電壓研究，以便了解在投切線路時產(chǎn)生的操作過電壓，事先作出防范措施（是否裝設(shè)合閘電阻），避免一次設(shè)備在試驗(yàn)和運(yùn)行中發(fā)生損壞事故，保證設(shè)備的安全運(yùn)行。下面文章將結(jié)合500kV伊蘆～連云港北（臨海）的工程實(shí)例，闡述操作過電壓的產(chǎn)生原理，并對不同運(yùn)行方式下所產(chǎn)生操作過電壓進(jìn)行了計(jì)算和分析。

1 操作過電壓的產(chǎn)生機(jī)理

在電力系統(tǒng)中，線路和電氣設(shè)備都有自己的電感和電容，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化時，由于電感和電容間電磁能量的互相轉(zhuǎn)換，就會引起振蕩性的過渡過程。這個過渡過程會在輸電線路、電氣設(shè)備甚至局部電網(wǎng)形成很高的電壓，遠(yuǎn)超正常運(yùn)行電壓，我們將其稱為操作過電壓。操作過電壓的幅值與波形與電力系統(tǒng)的參數(shù)有著密切的關(guān)系，由于其過渡過程的振蕩基值即是系統(tǒng)運(yùn)行電壓，在不同的振蕩過程中，振蕩幅值最高可以達(dá)到最大相電壓峰值的3～4倍。經(jīng)過長時間的驗(yàn)證，隨著電壓等級越高，輸電線路越長，操作過電壓的幅值也就越高。

2 影響操作過電壓水平的有關(guān)因素

操作過電壓是斷路器操作時由線路產(chǎn)生行波而致，與合閘時機(jī)、電網(wǎng)運(yùn)行方式等較多因素有關(guān)，通常采用統(tǒng)計(jì)方法描述。500kV系統(tǒng)2%概率過電壓要求不大于2.0p.u.。

2.1 線路長度

線路長度與操作過電壓水平有一定的關(guān)系，一般而言線路越長操作過電壓水平越高。

2.2 系統(tǒng)規(guī)模

系統(tǒng)強(qiáng)弱對線路過電壓有較大的關(guān)系。因此本報告結(jié)合附近相關(guān)500kV電網(wǎng)本期和遠(yuǎn)景在系統(tǒng)中的情況，同時考慮開關(guān)設(shè)備開斷電流設(shè)計(jì)等情況，并且考慮了系統(tǒng)中運(yùn)行方式的變化進(jìn)行操作過電壓計(jì)算。

2.3 避雷器特性

根據(jù)500kV常規(guī)設(shè)計(jì)中氧化鋅避雷器配置原則，母線避雷器選用的額定電壓為420kV，線路避雷器選用的額定電壓為444kV。計(jì)算中對于500kV變電站（開關(guān)站）避雷器以及線路末端避雷器，在操作電流波（30/60μs）作用下殘壓特性的要求如表1所示。

3 計(jì)算模型的驗(yàn)證與選取

3.1 線路參數(shù)與計(jì)算模型的選取

3.1.1 線路參數(shù)

（1）500kV伊蘆～連云港北（臨海）同塔雙回線路，導(dǎo)線型號為LGJ-4×630，線路長度約為70km；（2）新海電廠接入系統(tǒng)（單開斷環(huán)入500kV伊蘆～連云港北（臨海）線路）后新形成的500kV新海電廠～伊蘆、500kV新海電廠～連云港北（臨海）單回線路分別為43.4km、63.4km，500kV伊蘆～新海電廠開環(huán)點(diǎn)線路長度25km；500kV臨?！潞ｋ姀S開環(huán)點(diǎn)線路長度45km；開環(huán)點(diǎn)～新海電廠線路18.4km，新建開環(huán)線路為同塔雙回架設(shè)，導(dǎo)線型號為LGJ-4×630。線路具體參數(shù)如表2。

3.1.2 計(jì)算模型

EMTP程序中輸電線路的模型采用π型電路模型，對不同的線路長度要建立不同的電容和阻抗矩陣，對π型電路模型來說，π型段太少會影響計(jì)算精度，π型段太多又受EMTP程序數(shù)組維數(shù)的限制，且對計(jì)算精度的提高影響不大。分別用10段π型電路和6段π型電路對伊臨線進(jìn)行模擬計(jì)算，計(jì)算結(jié)果相同，說明對于一定長度的輸電線路，π型段超過一定數(shù)目后，段數(shù)的增加對計(jì)算結(jié)果將不再有影響。在文章的π型電路模型法的計(jì)算中，全線用10段π型電路來模擬。

3.1.3 計(jì)算軟件

文章所使用的計(jì)算軟件為EMTPE（Electromagnetic Transients & Power Electronics），是專門應(yīng)用于研究各種過電壓（如工頻過電壓、操作過電壓、工頻、雷電過電壓和高頻諧振過電壓）、單相重合閘過程中潛供電流和恢復(fù)電壓、發(fā)電機(jī)軸系扭振及次同步諧振（SSR）、發(fā)電機(jī)及各種電動機(jī)的過渡過程、諧波分析，短路電流計(jì)算、短路器關(guān)合電流及恢復(fù)電壓計(jì)算、各種過電壓下避雷器工況、電力電子裝置與FACTS裝置的仿真與分析、直流輸電系統(tǒng)的仿真與分析的研究以及對控制系統(tǒng)暫態(tài)特性的仿真、系統(tǒng)頻域響應(yīng)分析、另外還將EMTPE軟件包還應(yīng)用于計(jì)算、統(tǒng)計(jì)操作過電壓下輸電線路的絕緣閃絡(luò)率，預(yù)測操作和故障過電壓下輸電線路相間的絕緣閃絡(luò)率、預(yù)測操作和故障過電壓下高壓電氣設(shè)備絕緣損壞的機(jī)率等。

3.2 計(jì)算結(jié)果

考慮500kV伊蘆～臨海同塔雙回線路（未加合閘電阻）操作方式如下：

方式1：500kV伊蘆～臨海同塔雙回線路中一回線運(yùn)行，空載合另一回線，分別合伊蘆側(cè)、臨海側(cè)開關(guān)?？紤]近遠(yuǎn)期系統(tǒng)強(qiáng)弱的變化，系統(tǒng)規(guī)模反映至短路電流從20～50kA變化。

方式2：500kV伊蘆～臨海同塔雙回線路中一回線懸空，空載合另一回線。

在考慮了500kV同塔雙回線路的非操作回路對三相合閘操作線路的影響后，線路開關(guān)未加裝合閘電阻時操作過電壓計(jì)算結(jié)果見表3。

由表3可知，若500kV伊蘆～臨海同塔雙回線路開關(guān)不裝設(shè)合閘電阻，在進(jìn)行三相合閘操作時，線路中間2%統(tǒng)計(jì)過電壓最大值為1.92p·u。僅從本期工程的計(jì)算結(jié)果來看，500kV伊蘆～臨?？刹谎b設(shè)合閘電阻。

4 結(jié)束語

（1）文章對操作過電壓的概念及影響操作過電壓的主要因素進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。（2）結(jié)合江蘇電網(wǎng)的連云港北（臨海）變的工程實(shí)例，應(yīng)用EMTPE程序?qū)Σ煌\(yùn)行方式下的操作過電壓大小進(jìn)行計(jì)算、對比和分析。同時為工程上的設(shè)備選擇提供了依據(jù)。