500 k V同杆线路强耦合破坏性分析及改进方案

季 亮，王灵贵，李 琪，张海涛，晁红军

（国网河南省电力公司检修公司，洛阳 471000）

随着电网容量的不断增加，电网开始解环运行，出现了大量同杆双回线路对终端变电站输电的方式，形成了带弱馈的同杆线路输电系统［1］。并联电抗器可以吸收电网中容性无功，改善长输线路上的电压分布，当采用电抗器中性点经小电抗接地装置时，还可用小电抗器补偿线路相间及相地电容，以加速潜供电流自动熄灭，便于采用单相快速重合闸。凭借以上诸多优势，并联电抗器在超高压线路中的应用极为广泛，但是并联电抗器是一把双刃剑，如果参数配置不当，尤其是在同杆双回高压线路应用中，电抗器与线路电容配合会发生谐振，造成很高的感应电压，从而对设备造成破坏性的冲击。本文通过对某500 k V同杆线路送电时感应电压破坏高压设备的事故计算分析，阐述同杆线路强耦合性的破坏性以及如何消除强耦合的影响。

1 事故案例原因分析

1.1 线路参数条件

某500 k V变电站A回与B回线路为全线同杆线路，导线型号为LGJ-4×400，线路长度89.6 km，A回线路M侧装有120 Mvar线路高抗，中性点小电抗500Ω。根据线路专业提供参数，A回正序容性电纳为B＝3.855×10－4S，折算为电抗后X＝2 594Ω，120 Mvar高抗的正序电抗为X＝2 521Ω，补偿度F＝102.8%，接近全补偿，此时容易发生谐振，且小电抗对谐振过电压实际上已失去抑制作用。

1.2 事故发生经过

1.2.1 A回线路M侧事故经过

A回线路高抗由检修转运行的操作中，操作人员拉开接地刀闸时，发现地刀半空中有较大扯弧，A、C相拉开，B相拉开至一半后停止，操作人员发现B相电机烧坏，此时听见A回高抗中性点小电抗附近声音异常，听到较大的持续的电流轰鸣声。此时A回线路高抗A、B保护RCS917中性点过流I段、过流II段动作，高抗ZK压力释放动作，保护装置RCS974报警，半个小时后，A回线路高抗ZK轻瓦斯、重瓦斯相继动作，最后网调下令将A回线路由热备用转检修，最后经检查发现中性点小电抗器烧毁。

1.2.2 A回线路N侧事故经过

M侧电抗器加入运行后，N侧变电站后台报：A回过电压保护动作，经检查两套保护均动作，同时后台显示线路相电压为：Ua：258.40 k V，Ub：165.38 k V，Uc：503.61 k V。此情况汇报网调后，网调强令推上地刀闸，操作人员远方操作合刀闸失败，如强行合闸可能对高压设备造成损坏，可能造成地刀闸动、静出头烧毁。为降低线电压，网调下令将B回线路停运，操作完毕后，开始A回线路充电，合上开关后，A回线路主保护动作跳开开关，现场听到爆炸声，经检查发现A回线路避雷器C相被击穿，避雷器泄露电流及动作计数器完全炸毁，C相三节避雷器压力释放装置均动作。

2 计算校验

根据线路专业提供的线路参数，我们对A回、B回线路进行了初步电压、电流计算，工频谐振计算和潜供电流恢复电压计算。

2.1 A回线路带120 Mvar高抗计算结果

计算条件：考虑A回接有120 Mvar并联高抗，中性点小电抗500Ω。A回、B回线路在N-1方式下线路潮流约100 MW，A回、B回500 k V电压水平为529～535 k V。

B回正常运行、A回开断感应电流及感应电压如表1所示。A回正常运行、B回开断感应电流及感应电压如表2所示。

表1 B回正常运行，A回开断感应电流及感应电压

表2 A回正常运行、B回开断感应电流及感应电压

根据计算结果，在B回正常运行，A回两侧断开工况下，A回线路两端容性电压最高值达8 886.38 k V，过高说明发生了谐振；感性电流、感性电压、容性电流数值均在合理水平范围内。这里未考虑电抗器和变压器饱和特性的影响，也未考虑避雷器的限压作用，计及这些影响，过电压会有一定程度的降低，但仍在较高水平。

在A回线路正常运行，B回两侧断开工况下，断开线路感应电流、感性电压、容性电流、容性电压数值均在合理水平范围内。

2.2 工频谐振计算结果

A回线路带高抗条件下，两侧工频谐振过电压电压最大值达到2446k V左右，过高，说明发生了谐振。如表3所示。

表3 I频谐振计算结果

2.3 潜供电流与恢复电压计算结果

A回线路两侧恢复电压最大值达到402.77 k V左右，水平较高，电弧不能自动熄灭，潜供电流计算结果在合理水平范围内。如表4所示。A回线路两侧恢复电压最大值为61.42 k V，潜供电流最大值为20.47 A，电弧能够在1 s以内自动熄灭，可采用单相自动重合闸。如表5所示。

表4 A回线路潜供电流与恢复电压计算结果

表5 B回线路潜供电流与恢复电压计算结果

2.4 不同小电抗值对计算结果的影响

上述计算均考虑中性点小电抗值为500Ω的情况，同时本论文也校验计算了不同中性点小电抗阻值情况下的感应电压和谐振电压的情况，表6计算结果显示，改变小电抗阻值对降低感应电压、工频谐振电压无明显效果［2－5］。

3 改进方案设计

3.1 A回线路不带高抗条件计算结果

3.1.1 感应电压、感应电流计算结果

同杆双回线路不带高抗条件下，一回正常运行，另一回线路断开工况下，在正常运行线路潮流分别为100 MW、1 900 MW时，断开线路上感性电流、感性电压、容性电流、容性电压数值均在合理水平范围内。结果见表7、8、9、10。

表6 M侧静电耦合感应电压 Ω、k V

表7 B回正常运行、A回开断感应电流及感应电压（B回线路潮流100MW的情况下）

表8 A回正常运行、B回开断感应电流及感应电压（B回线路潮流100 MW的情况下）

表9 B回正常运行、A回开断感应电流及感应电压（B回线路潮流1 900 MW的情况下）

表10 A回正常运行、B回开断感应电流及感应电压（B回线路潮流1 900 MW的情况下）

3.1.2 工频谐振计算结果

根据计算结果，A回线路不带高抗条件下，两侧工频谐振过电压电压最大值为70 k V左右，说明无工频谐振问题。如表11所示。

表11 A回线路工频谐振过电压

3.2 解决方案设计

在A回线路不并联高抗的情况下，虽然不会产生谐振过电压，但是无高抗的情况下也达到改善电力系统无功功率和改善长输线路上的电压分布的效果，为了弥补这一不足之处，文给出以下三种解决方案：

（1）A回线路高抗退出运行，M侧变电站增加2×60 Mvar低抗；

（2）将A回线路高抗由120 Mvar更换为90 Mvar高抗；

（3）将A回高抗改接入母线。

以上三个方案均可有效解决A回线路存在的问题。

4 结语

由于超高压同杆双回输电线路具有出线走廊窄，占地面积少，投资小，建设速度快，输送能力强等优点，因此获得了广泛的应用［6］。超高压同杆双回线路中并联电抗器的应用，吸收电网容性无功改善输电线路电压分布的同时，也会造形成谐振对破坏电力设备。本文描述的破坏性事故在日常电力系统中是十分常见的，为了有效避免类似事故的发生，在线路设计的过程中一定要充分考虑并联电抗器与线路电阻电容配合的因素，消除强耦合谐振产生的感应高电压，避免发生电网、人身、设备事故。

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