中俄联网500kV输电线路过电压研究

胡远婷，郭 袅，高 颖，刘 进，周柏茹

(1.黑龙江省电力科学研究院，哈尔滨150030;2.大庆电业局，黑龙江 大庆163000)

中俄“背靠背”联网输电工程是中俄两国继石油、天然气之后在电力方面的能源合作项目，工程投产后俄远东电网预计每年向中国黑龙江省输送36～43亿kW·h电量。因此，为保证电网的安全稳定运行，本文根据联网后的运行方式对线路整体情况进行了仿真，利用EMTPE软件对线路的工频电压分布情况及工频过电压和操作过电压进行了分析［1］。

1 系统运行参数

1.1 系统网架结构

兴黑线的网架结构如图1所示，图1中只画出了与所研究系统相连的线路。兴黑线是中俄之间唯一的一条500 kV电力输送通道，同时也是北部电网和中部电网之间唯一的一条500 kV联络线。该线路一端是500 kV黑河换流站，另一端是500 kV兴福变。兴福变通过500 kV兴松线、永兴线、群兴线分别与500 kV松北变、永源变、群林变相连。另外，黑河换流站和兴福变均有220 kV出线，通过黑河变、锦江变、孙吴变、北安变、海伦变、绥化变等220 kV变电站之间的联络线与500 kV系统构成电磁环网。

图1 兴黑线附近网架结构示意图

1.2 线路参数配置

500 kV兴黑线线路全长410.664 km，铁塔共计1 012基，导线型号为4×LGJ－400/35，四分裂，分裂间距为450 mm，导线直径为26.82 mm，直流电阻率为0.073 9 Ω/km。土壤电阻率为100 Ω/m，地线型号为 GJ－80，直径为14.25 mm，直流电阻率为2.46 Ω/km。线路避雷器型号为Y20W5－444/1063，额定电压为444 kV，雷电冲击残压为1 063 kV。导线的排列方式及换位情况如图2所示。

图2 500 kV兴黑线线路排列方式及换位情况(单位:km)

兴黑线两侧各装设一组容量为210 Mvar的高抗，高抗额定电压为525 kV。中性点小电抗为272 Ω。

杆塔形式大部分为“酒杯型”铁塔，中间相和左右相导线最低弧垂点距地面的平均高度分别为45.0 m和42.5 m，地线对地的平均高度为57.8 m。

2 系统建模

2.1 建模原则和等值网络

仿真计算模型的建立过程通常分为两步:首先将不需研究的区域进行简化;之后选取合适的模型对关键区域进行等值，形成以关键区域为主的等值简化模型。对操作线路进行电磁暂态计算，一般采用以下原则:

1)保留操作线路的馈电侧母线上同一电压等级(500 kV)的所有线路，因而至少需要保留到馈电侧母线的前一级母线。

2)各保留节点的电压和功角与潮流计算结果相符［2］。

按照以上原则对兴黑线进行建模，利用PSASP的静态和动态等值模块对不需要研究的区域进行等值，等值子系统的边界母线为220 kV呼玛变、锦江变、海伦变、康金变、500 kV松北变、永源变和群林变。系统运行方式为2012年冬季大负荷。边界母线的等值电压和相角如表1所示。等值子系统的正序阻抗和零序阻抗如表2和表3所示。

表1 等值子网络边界母线信息

表2 等值子网络的正序阻抗

表3 等值子网络的零序阻抗

2.2 研究对象仿真模型建立

当架空线路的长度超过300 km时，即为长线路，对于这种线路，需考虑它们的分布参数特性和线路参数与频率相关的线路模型［3］。在EMTPE中这种线路模型为J.MARTI模型，J.MARTI模型可用来计算一定频率范围内的线路参数，由于引入了频率因素，因此该模型的设置过程较为复杂［4］。在EMTPE中若用J.MARTI模型来模拟N个导体的分布参数输电线路，则应首先调用线路支持程序。这样，根据线路的几何尺寸(包括线路长度、大地电阻率等)就可以得到相应的频率相关线路参数。

500 kV兴黑线属于长线路，且在进行过电压计算时，不能忽略相间电容及相对地电容所产生的影响，需考虑线路的分布参数特性，因此应该采用J.MARTI模型对兴黑线进行仿真计算。由于长线路之间存在线路之间的耦合作用，因此用软件进行仿真时，线路的长度不宜超过30 km，综合考虑兴黑线线路的换相情况，仿真计算时将线路分成18段。研究对象的简化模型如图3所示。

图3 研究对象简化仿真模型

3 计算结果

3.1 工频电压分布

由于输电线路存在阻抗，因此线路首末端电压及沿线电压是不相同的，根据兴黑线的实际运行及线路换位情况，将线路运行参数代入模型中进行计算，可得到全线路19个节点稳态运行时的电压分布，如表4和图4所示。

图4 兴黑线稳态运行时线路电压分布

3.2 工频过电压

当线路断路器进行单相或两相分闸(或合闸)操作时，三相输电线路为非全相运行，由于线路相间电容和互感的作用，因此在开断相上会产生电压。当线路上装设并联电抗器时，若参数配合不当，可能出现工频谐振。断开相上出现较高的工频谐振过电压，对高抗的绝缘不利。对于这类工频谐振过电压，可以通过高抗中性点接入合适阻值的小电抗加以限制和消除［5］。兴黑线非全相运行时的工频过电压如表5所示。

3.3 操作过电压

按照中华人民共和国电力行业标准《交流电气装置的过电压保护与绝缘配合》中的要求，空载线路合闸、单相重合闸和成功的三相重合闸(如运行中使用时)，在线路上产生的相对地统计过电压，对500 kV 系统不宜大于 2.0 p.u.(1 p.u.=550 ×兴黑线最高相对地2%统计操作过电压的计算结果如表6所示。

表4 兴黑线稳态运行时沿线电压分布

表5 兴黑线非全相运行时的工频过电压 kV

表6 兴黑线相对地2%统计操作过电压 p.u.

4 结论

1)线路正常运行时，兴黑线上的工频电压分布均匀，各相电压的大小与相角和线路的相序有很大关系。

2)500 kV兴黑线线路故障单相跳闸后，故障相的最高电压为76.94 kV，高抗中性点小电抗的电压为45.18 kV。500 kV兴黑线线路故障两相跳闸后，故障相的最高电压为90.75 kV，高抗中性点小电抗的电压为56.66 kV，均不会发生谐振。

3)对500 kV兴黑线进行单相重合闸操作和合空线操作时，母线侧相对地最高操作过电压均不超过2.0 p.u.，满足电力行业标准的要求。

4)直流急停情况下，母线及黑河—绥化沿线操作过电压最高为1.54 p.u.，电压较低避雷器未动作。

［1］崔金灵，童军心.500 kV梦罗I回调试过电压的计算与分析［J］.江西电力，2005，5(29):34 －37.

［2］彭向阳，郑彬，梁文近.500 kV线路高抗退出运行及选择备用电磁暂态［J］.高电压技术，2010，3(36):699 －704.

［3］鲁铁成.电力系统过电压［M］.北京:中国水利电力出版社，2009.

［4］施围，邱毓昌，张乔根.高电压工程基础［M］.北京:机械工业出版社，2006.

［5］侯益灵，杨高才.永州宗元500 kV输变电工程过电压计算研究［J］.湖南电力，2010，1(30):8 －10

［6］中华人民共和国电力工业部.交流电气装置的过电压保护与绝缘配合［S］.北京:中国电力出版社，1997.