一起500 kV线路电压异常现象的事故分析处理

高殿滢，李胜川，刘佳鑫

（1.国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110006；2.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

专论

一起500 kV线路电压异常现象的事故分析处理

高殿滢1，李胜川1，刘佳鑫2

（1.国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110006；2.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

通过论述一起安装有高压并联电抗器的500 kV线路跳闸后的三相电压异常现象，重点对同塔线路耦合传递过电压进行计算分析，证明为同塔运行线路对其耦合传递电压放大所致。针对该电压异常和工频谐振系统状况，提出事故处理原则为：优先采取合上线路接地开关来消除电压异常；在条件受限不能合上线路接地开关时，可以用拉开电抗器隔离开关来消除电压异常和破坏谐振过电压，且不会造成电抗器及其隔离开关设备的绝缘；不得采取拉开线路隔离开关、母线隔离开关的方式来应急处理。最后提出了中性点小电抗阻值的选择建议，供设计单位和运行部门参考。

超高压；工频过电压；中性点小电抗

在超高压系统中，为限制工频过电压、抑制潜供电流和补偿线路的容性充电功率，一般在500 kV输电线路上装设带有中性点小电抗的高压并联电抗器装置。装置容量通常按照所在线路充电功率的60%～90%来选择，即工作在欠补偿方式，中性点小电抗（XN）按照0.2～0.5倍单相电抗器（XL）电抗值来选择。然而，随着地区负荷的增长，线路破口接入新的变电站，1条线路变成2条线路，或采用同杆架设线路节约占地。而变化后的导线电容参数继续和原有电抗器及中性点小电抗器配合，可能产生工频过电压，发生设备绝缘损坏事故［1］。

本文事例中原500 kV王南一线破口后形成王渤一线、瓦渤二线，同时2条线路之间有30 km的同杆架设。结合一次王渤一线单相永久性单相接地故障后的电压异常现象原因分析，重点对这一工况的工频过电压进行计算分析，提出相应建议，以供设计单位和运行部门参考。

1 线路及电抗器情况

500 kV王渤一线为原王南线2次破口，接入渤海变和瓦房店变后形成。王渤一线全长90 km，瓦渤二线全长164 km，2条线路在渤海变侧有30 km的同塔并架。王渤一线电抗器接在王石变侧，额定容量为150 Mvar，额定电压为5253kV，额定电抗为1 837 Ω，中性点小电抗额定电压为63 kV，额定电抗为800 Ω。如图1所示。

1.1 线路电容参数等效

同塔双回线路除线路自有的参数外，还存在线间互阻抗和线间电容。由于线间互阻抗对工频过电压影响很小，所以本文只计算线间电容，王渤一线线路参数如表1所示。

图1 王渤一线所在系统示意图

表1 王渤一线线路参数表

1.2 高压电抗器参数等效

王渤一线电抗器为三相分体式，额定电抗为1 837 Ω（XL），中性点小电抗额定电抗为800 Ω（XN），带中性点小电抗的高压并联电抗器系统等效图如图2所示。

图2 带中性点小电抗的高压并联电抗器系统等效图（a）——并联电抗器加中性点小电抗实际接线；（b）——并联电抗器加中性点小电抗等效接线

等效回路关系如下［2］：

500 kV线路相地之间的零序电容容抗（XC0）、相相之间的耦合电容容抗（XCm相）、同杆双回线路线线之间的耦合电容容抗（XCm线）、线路上安装的高压并联电抗器感抗（XL）、中性点小电抗器感抗（XN），这些电容和电感参数配合满足谐振条件时，会产生过电压。《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL／T 620—1997）规定系统的工频过电压水平线路断路器的线路侧一般不宜超过1.4 p.u.，500 kV高压并联电抗器中性点及其接地电抗器短时工频耐受电压直接接地应小于85 kV，经中性点电抗器接地应小于140 kV［3］。

2 线路电压异常过程

2011年10月5日19时，500 kV王渤一线线路C相故障，C相开关跳闸重合不良，三相开关跳闸（线路使用单相重合闸）。保护装置动作正确，故障测距为5.7 km，王渤一线5051开关三相在开位、各隔离开关在合位，高压并联电抗器三相本体无问题。但是，中性点小电抗器有带电运行的嗡嗡声，查看监控后台机王渤一线线路电压互感器A相43 kV、B相42 kV、C相0 kV，后与线路维护单位核实，C相线路发生永久性接地。

因为有500 kV瓦渤二线与之同塔架设，由于线间耦合电容的作用，一般情况下，500 kV王渤一线线路两侧开关拉开后，线路会有几kV的感应电压，中性点小电抗器无带电特征。但本次王渤一线的电压异常与以往大不相同，特别是C相线路接地、电压为0，但A、B相电压比以往大得多。

3 考虑同塔线路影响时工频过电压校核

分别针对瓦渤二线运行条件下，王渤一线无永久性接地三相跳闸、王渤一线单相永久性接地三相跳闸2种工况进行校核分析。实际上，同塔双回线路间除线间存在电容耦合产生的传递电压外，还存在线间电磁耦合产生的感应电压［4］。感应电压的大小与运行线路的负荷电流和线路间的互感抗以及停电线路的接地方式有关。电磁耦合产生的感应电压相比电容耦合产生的传递电压小得多，本次计算不考虑电磁耦合产生的感应电压。线路等效系统图如图3所示［5］。

图3 瓦渤二线运行时王渤一线系统等效图

3.1 瓦渤二线运行条件下王渤一线无永久性接地三相跳闸

3.1.1 电压计算

设瓦渤二线电源电压三相对称，2条线路的参数和电抗器参数三相平衡，则三相回路可以等效为单相回路计算，等效图如图4所示。

则王渤一线电压以C相为例计算如下：

图4 瓦渤二线运行时王渤一线无永久性接地三相跳闸系统等效图

计算瓦渤二线运行、王渤一线断开时，瓦渤二线对王渤一线的耦合传递电压有效值为17.8 kV。

另外，当线路参数和电抗器参数配合满足式（3）条件时，王渤一线断开的B相、C相会产生幅值很高的工频谐振过电压。

3.1.2 电压异常情况下拉开王渤一线电抗器隔离开关的电压校核

在上述传递过电压中，通过计算验证能否采用拉开王渤一线电抗器隔离开关、切断电抗器支路来消除电压。瓦渤二线运行时拉开王渤一线电抗器隔离开关系统等效图如图5所示。

拉开电抗器隔离开关后的稳态回路，相当于线路之间耦合电容容抗XCm线与王渤一线线路正序容抗XC1的分压回路，正序电容与零序电容和相间关系为C1＝C0＋3Cm。则拉开电抗器隔离开关后的稳态电压为

图5 瓦渤二线运行时拉开王渤一线电抗器隔离开关系统等效图

代入线路实际参数，计算瓦渤二线运行、王渤一线断开时，瓦渤二线对王渤一线的耦合传递电压有效值为7.3 kV。王渤一线电抗器隔离开关带电侧的电压由拉开前的17.8 kV瞬间变为拉开后的7.3 kV，而不会造成电抗器及其隔离开关设备的损坏［6］。

另外，如果已经发生了工频谐振过电压，理论上王渤一线线路电压为无穷大。但实际上，回路和设备均存在电阻，限制了谐振过电压的幅值。拉开王渤一线电抗器隔离开关后，耦合传递电压稳态有效值仍为7.3 kV。拉开王渤一线电抗器隔离开关后，虽然瞬间电压很高，但是立即破坏了谐振条件，电压衰减很快，也不会对电抗器和隔离开关造成损坏。

3.2 瓦渤二线运行条件下王渤一线单相永久性接

地三相跳闸

3.2.1 电压计算

设王渤一线C相永久性接地后三相跳闸，则王渤一线A相、B相电压用节点电压法列方程如下：

解方程得：

用实际参数进行计算，代入式（11）、（12）可知，不会发生谐振过电压。但是瓦渤二线对王渤一线的耦合传递电压有所放大，约36 kV。未考虑感应电压情况下，上述理论计算与本次王渤一线电压异常情况非常接近。

3.2.2 电压异常情况下拉开王渤一线电抗器隔离开关的电压校核

在上述传递过电压中，通过计算验证能否采用拉开王渤一线电抗器隔离开关、切断电抗器支路来消除电压。瓦渤二线运行时王渤一线C相接地三相跳闸系统等效图如图6所示。

图6 瓦渤二线运行时王渤一线C相接地三相跳闸系统等效图

拉开王渤一线电抗器隔离开关、切断电抗器支路后，王渤一线A相、B相电压用节点电压法列方程如下：

用实际参数进行计算，拉开王渤一线电抗器隔离开关、切断电抗器支路后，瓦渤二线对王渤一线的耦合传递电压UA、UB均约8.2 kV。

综上，王渤一线电抗器A、B两相隔离开关带电侧的电压由拉开前的36 kV瞬间变为拉开后的8.2 kV，可知拉开电抗器隔离开关的操作不会造成电抗器及其隔离开关设备的损坏。

4 避免传递过电压的预防措施和操作处理

防止500 kV线路工频过电压造成设备损坏事故，首要是采取预防措施，其次才是应急操作处理。

4.1 预防措施

通过第3节的计算发现，线路电容参数与电抗器参数的配合，在一定条件下，可能发生谐振。所以，对于安装了高压并联电抗器的500 kV线路，即使线路长度未发生变更，一旦有新建500 kV超高压线路与之同塔并架，设计单位和运行部门必须进行传递过电压的校核，防止工频谐振过电压造成设备损坏事故。

用瓦渤二线和王渤一线线路参数和电抗器参数进行计算，如果将中性点小电抗阻抗值由现在的XN＝800 Ω调整到XN＝200 Ω，即X0＝2 437 Ω，远离XC0＝4 111 Ω，相对远离谐振点，可避免发生谐振。

4.2 应急操作处理

如图7所示，装有高压并联电抗器的500 kV线路，在本线两侧断路器分开后，由于同塔架设线路的耦合传递电压导致本线电压异常和工频谐振的状态，调度、运行人员事故处理的最佳原则是：在确认线路两侧开关断开、线路电压互感器显示相邻线路的耦合传递过电压或谐振过电压，立即合上线路侧接地开关遥控使线路接地，通过短接线路对地电容来消除过电压。如果由于某种原因，不能采取上述措施，其次的选择是拉开电抗器隔离开关，电抗器隔离开关两侧电压衰减很快，不会对电抗器和隔离开关造成损坏。不得采取拉开线路隔离开关、母线隔离开关的方式来应急处理，对消除电压异常没有效果，反而耽误时间。

图7 王石变王渤一线站内设备连线示意图

5 结论

安装有高压并联电抗器的500 kV输电线路，一旦出现新增500 kV同杆架线路、线路破口变短，而装设的高压并联电抗器连同中性点小电抗阻抗不变情况下，除进行本线路单回线运行时非全相运行状态下三相线路和中性点小电抗进行谐振过电压、工频过电压的计算校核；另一方面，必须进行同杆架线耦合传递过电压可能引发的三相线路和中性点小电抗进行谐振过电压、工频过电压的计算校核，这一点往往会被设计单位和运行部门忽视，容易因电抗器参数选择不当而发生设备损坏事故。

a.同塔双回运行条件下单回线路无永久性接地三相跳闸工况下计算校核。按图4所示的等效系统图分析谐振过电压产生条件，按式（3）计算断开相线路过电压大小。通过校核，王渤一线不会发生谐振过电压。

b.同塔双回运行条件下单回线路单相久性接地三相跳闸工况下计算校核。按照式（7）、（8）来计算谐振点的参数配合，校核发现瓦渤二线对王渤一线的耦合传递电压有所放大（由17.8 kV放大至36 kV），但王渤一线不会发生谐振过电压。

c.同塔双回线路线路参数的实际配合，一旦发现其中一回线对另一回线的耦合传递电压有所放大，应给予高度重视。如果参数进一步配合，极有可能导致谐振过电压。王渤一线高压电抗器容量不做调整的前提下，应将中性点小电抗的阻抗值从当前的800 Ω调整为300 Ω，并带有1／3、2／3阻值的抽头，则相对远离谐振点，可避免发生谐振。

d.装有高压并联电抗器的500 kV线路，在本线两侧断路器分开后，出现由于同塔架设线路的耦合传递电压导致本线电压异常和工频谐振的状态，优先采取合上线路接地开关来消除电压异常；条件受限不能合上线路接地开关时，也可以用拉开电抗器隔离开关来消除电压异常和破坏谐振过电压，不会造成电抗器及其隔离开关设备的绝缘；不得采取拉开线路隔离开关、母线隔离开关的方式来应急处理，对消除电压异常没有效果。

［1］ 周大东，王东烨，凌立平.超高压输电线路参数变频测量技术的研究和应用［J］.东北电力技术，2012，33（10）：31-34.

［2］ 项 丽，丁茂生，王 庆.超高压电网工频谐振过电压、潜供电流研究［J］.宁夏电力，2008，38（1）：1-3.

［3］ 李博通，李永丽，景 雷，等.同塔双回线的并联电抗器补偿方式研究［J］.电力自动化设备，2009，37（8）：23 -27.

［4］ 朱洪波，宋颖巍.避雷器限制500 kV同塔双回紧凑型输电线路操作过电压的研究［J］.东北电力技术，2011，32（8）：10-12.

［5］ 李学斌，韩洪刚，林 莘.超高压耦合线路潜供电流计算及电抗器优化配置［J］.东北电力技术，2013，34（2）：5 -9.

［6］ 邵宝珠，姜 伟，宋 丹.同塔双回线优化重合闸与保护配合方式的研究［J］.东北电力技术，2009，30（11）：7 -10.

Accident Analysis and Suggestion of a Line Voltage Abnormal Phenomenon

GAO Dian⁃ying1，LI Sheng⁃chuan1，LIU Jia⁃xin2
（1.State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

This paper discusses the three⁃phase voltage abnormal phenomenon of a tripped 500 kV line equipped with high voltage shunt reactor，calculates the coupling transmission overvoltage of parallel line，and makes a conclusion that the parallel operation line amplifies the coupling transmission voltage.For this abnormal voltage and power frequency resonance system，this paper presents acci⁃dent treatment principle：close the ground switch to eliminate abnormal voltage；it is demonstrated that to open reactor switch could e⁃liminate abnormal voltage and destruct resonance overvoltage，and would not result in insulation of reactor and breaker，when ground switch is limited to be closed；emergency treatment should not open line switch and bus switch.This paper presents choice suggestion of neutral reactor value for the design and operation department.

Ultra⁃high voltage；Power frequency overvoltage；Neutral reactor

TM773；TM862

A

1004-7913（2015）01-0001-05

高殿滢（1975—），男，高级工程师，主要从事电力生产技术管理工作。

2014-10-10）