500kV同杆双回输电线路操作过电压研究

杨林莉

摘 要：文章结合江苏电网的连云港北（临海）变电站，解释了操作过电压的产生机理及影响因素。利用电磁暂态仿真软件（EMTPE），详细介绍了在该程序中操作过电压的计算模型和计算方法，得出结论并为工程上的设备选型提供依据。

关键词：操作过电压；合闸电阻；500kV同杆双回；EMTPE

引言

随着连云港地区社会经济的发展和电力负荷的不断提高，500kV连云港北（临海）变电站的建设势在必行。而连云港北（临海）变电站通过至伊芦的双回线路接入500kV电网。线路路径长约70km。对于这种距离比较长的线路，我们必须进行过电压研究，以便了解在投切线路时产生的操作过电压，事先作出防范措施（是否装设合闸电阻），避免一次设备在试验和运行中发生损坏事故，保证设备的安全运行。下面文章将结合500kV伊芦～连云港北（临海）的工程实例，阐述操作过电压的产生原理，并对不同运行方式下所产生操作过电压进行了计算和分析。

1 操作过电压的产生机理

在电力系统中，线路和电气设备都有自己的电感和电容，当系统运行状态发生变化时，由于电感和电容间电磁能量的互相转换，就会引起振荡性的过渡过程。这个过渡过程会在输电线路、电气设备甚至局部电网形成很高的电压，远超正常运行电压，我们将其称为操作过电压。操作过电压的幅值与波形与电力系统的参数有着密切的关系，由于其过渡过程的振荡基值即是系统运行电压，在不同的振荡过程中，振荡幅值最高可以达到最大相电压峰值的3～4倍。经过长时间的验证，随着电压等级越高，输电线路越长，操作过电压的幅值也就越高。

2 影响操作过电压水平的有关因素

操作过电压是断路器操作时由线路产生行波而致，与合闸时机、电网运行方式等较多因素有关，通常采用统计方法描述。500kV系统2%概率过电压要求不大于2.0p.u.。

2.1 线路长度

线路长度与操作过电压水平有一定的关系，一般而言线路越长操作过电压水平越高。

2.2 系统规模

系统强弱对线路过电压有较大的关系。因此本报告结合附近相关500kV电网本期和远景在系统中的情况，同时考虑开关设备开断电流设计等情况，并且考虑了系统中运行方式的变化进行操作过电压计算。

2.3 避雷器特性

根据500kV常规设计中氧化锌避雷器配置原则，母线避雷器选用的额定电压为420kV，线路避雷器选用的额定电压为444kV。计算中对于500kV变电站（开关站）避雷器以及线路末端避雷器，在操作电流波（30/60μs）作用下残压特性的要求如表1所示。

3 计算模型的验证与选取

3.1 线路参数与计算模型的选取

3.1.1 线路参数

（1）500kV伊芦～连云港北（临海）同塔双回线路，导线型号为LGJ-4×630，线路长度约为70km；（2）新海电厂接入系统（单开断环入500kV伊芦～连云港北（临海）线路）后新形成的500kV新海电厂～伊芦、500kV新海电厂～连云港北（临海）单回线路分别为43.4km、63.4km，500kV伊芦～新海电厂开环点线路长度25km；500kV临海～新海电厂开环点线路长度45km；开环点～新海电厂线路18.4km，新建开环线路为同塔双回架设，导线型号为LGJ-4×630。线路具体参数如表2。

3.1.2 计算模型

EMTP程序中输电线路的模型采用π型电路模型，对不同的线路长度要建立不同的电容和阻抗矩阵，对π型电路模型来说，π型段太少会影响计算精度，π型段太多又受EMTP程序数组维数的限制，且对计算精度的提高影响不大。分别用10段π型电路和6段π型电路对伊临线进行模拟计算，计算结果相同，说明对于一定长度的输电线路，π型段超过一定数目后，段数的增加对计算结果将不再有影响。在文章的π型电路模型法的计算中，全线用10段π型电路来模拟。

3.1.3 计算软件

文章所使用的计算软件为EMTPE（Electromagnetic Transients & Power Electronics），是专门应用于研究各种过电压（如工频过电压、操作过电压、工频、雷电过电压和高频谐振过电压）、单相重合闸过程中潜供电流和恢复电压、发电机轴系扭振及次同步谐振（SSR）、发电机及各种电动机的过渡过程、谐波分析，短路电流计算、短路器关合电流及恢复电压计算、各种过电压下避雷器工况、电力电子装置与FACTS装置的仿真与分析、直流输电系统的仿真与分析的研究以及对控制系统暂态特性的仿真、系统频域响应分析、另外还将EMTPE软件包还应用于计算、统计操作过电压下输电线路的绝缘闪络率，预测操作和故障过电压下输电线路相间的绝缘闪络率、预测操作和故障过电压下高压电气设备绝缘损坏的机率等。

3.2 计算结果

考虑500kV伊芦～临海同塔双回线路（未加合闸电阻）操作方式如下：

方式1：500kV伊芦～临海同塔双回线路中一回线运行，空载合另一回线，分别合伊芦侧、临海侧开关。考虑近远期系统强弱的变化，系统规模反映至短路电流从20～50kA变化。

方式2：500kV伊芦～临海同塔双回线路中一回线悬空，空载合另一回线。

在考虑了500kV同塔双回线路的非操作回路对三相合闸操作线路的影响后，线路开关未加装合闸电阻时操作过电压计算结果见表3。

由表3可知，若500kV伊芦～临海同塔双回线路开关不装设合闸电阻，在进行三相合闸操作时，线路中间2%统计过电压最大值为1.92p·u。仅从本期工程的计算结果来看，500kV伊芦～临海可不装设合闸电阻。

4 结束语

（1）文章对操作过电压的概念及影响操作过电压的主要因素进行了详细的阐述。（2）结合江苏电网的连云港北（临海）变的工程实例，应用EMTPE程序对不同运行方式下的操作过电压大小进行计算、对比和分析。同時为工程上的设备选择提供了依据。