35kV带电断接空载线路暂态过程研究

崔玉坤 等

【摘 要】带电断、接引线是10kV配电网带电作业量的主要作业项目，35kV线路上所供用户数量较少，但是由于其输送容量较大，送电距离长，如果停电进行断接空载线路，会对用户造成加大影响，因此带电断接空载线路仍是35kV线路带电作业中一个重要项目[1]。但是带电断接空载线路时，由于电容电流较大，会产生电弧危害作业人员的安全，因此需要研究带电断接35kV空载线路暂态过程，对断接工艺进行指导。本文通过搭建35kV带电断接空载线路仿真模型，分别计算分析了合闸角和空载线路长度对断接空载线路暂态过电压的影响以及搭接速度对电弧重燃的影响。然后依据仿真结果，计算了断接不同长度空载线路时的电弧长度，分析了带电搭接35kV空载线路工艺。

【关键词】 35kV线路 带电作业 断接空载线路 仿真计算

1 空载线路等值模型

不带负载的高电压输电线路的投入运行和退出在原理上与电容器的投切相同，因为不带负载的输电线路主要是电容性质，可以等效为一个集中电容器。此外，由于法兰第升压效应而发生一个小的电压突变。高电压输电线路还存在行波传输时间，在线路较长的情况下需要采用分布元件而不用集中元件来表示。对于长度小于200km的线路可以采用集中电容器来等效，配电线路一般都比较短，在数km到数十km之间，因而可以采用集中参数来进行模拟。依据6-2的带电断接空载线路等效电路图，在ATP仿真软件中，建立了相应的仿真模型，线路参数如表1所示[2]，如图1所示。

在搭接不带负载的高电压电缆或空载线路时，遮断电流主要为电容性电流。此电流与切换电容器组时的电容性电流相比是小；但遮断空载线路的电容电流的特性及过程与电容器投切的过程基本相同。

2 仿真计算

2.1合闸角对暂态过电压的影响

电搭接空载线路时，一般在线路接近带电体的距离足够小的情况下，间隙在电源电压接近峰值时发生预击穿，因为预击穿发生可能性最大的相角区间为[60°，90°]（电压过零后为起点），我们对搭接在电源侧电压为峰值时发生预击穿时的过电压特性进行了仿真计算，计算结果如图2所示，在电源电压为峰值时发生预击穿或合闸会产生约1.36pu，显然在相角为30°及以下时合闸不会产生明显的过电压，但实际上，人工带电搭接空载线路时，工频电压下，间隙的工频耐受距离约9cm，若搭接速度为0.2m/s，间隙处于预击穿过程的时间为0.36s，约18个工频周期，显然，在搭接期间会发生预击穿，如果大气条件良好，作业人员不抖动的条件下，电弧会比较稳定，不会形成多次重击穿过程。作业人员的搭接速度为1m/s，对应地也有4个周波，发生在峰值时发生预击穿的机率减小[3]。

2.2搭接空载线路的长度对暂态过电压的影响

空载线路的长度与线路的等效电容成正比，因而搭接的空载线路越长，对应的电容及电容电流越大，电磁暂态能量也越大，因而电磁暂态过程也明显，分别对不同容量的空载线路等效电容搭接过程的暂态过电压进行了计算，计算结果如表2，随着搭接空载线路的电容的增加，产生的过电压幅值明显增加。

2.3搭接速度对电弧重燃特性及过电压的影响

搭接的模拟线路的电容为0.7μF，研究间隙的电弧重燃特性对合闸过电压的影响，当重燃电压为10kV时，产生的过电压为42.9kV，如图3（a）所示，当重燃电压为28kV，如图3（b）所示，接近于负电压峰值时发生重击穿，对应的过电压为47.0kV，所以从以上分析可以看出，重击穿发生时，间隙两端的电压越高，产生的过电压越高，显然间隙上承受的电压和间隙的距离相关。显然，在搭接过程中，搭接的速度对减小过电压具有以下几个方面的作用[4]：

（1）搭接速度一方面减小了间隙重燃的时间；

（2）搭接速度可以有效减小断口间隙和重冲击发生的重击穿电压。

（a） 电弧重燃电压为10kV （b）电弧重燃电压为28kV（红线为空载线路上电压）

图3 电弧重燃特性

3 基于暂态过程的空载线路搭接工艺

通过对搭接空载线路的暂态过程进行分析，空载线路搭接操作过程中会出现明显的电弧，电弧的长度以及重燃与熄灭特性，一方面产生操作过电压，另外一方面，产生的电弧会影响相地和相间间隙的绝缘特性。通过前述分析，带电搭接空载线路过程的过电压不是搭接空载线路过程中的空载因素，而电弧拉弧长度则是带电搭接空载线路中的控制因素。

开断容性电流过程中的会出现拉弧，拉弧的长度可以根据下式进行计算：

（1）

式中：Lcm—容性电弧长度，m；

Vp—开关端口间隙上的电压（rms），kV；

IC—开关的容性电流（rms），A；

Vl—线电压，kV

当搭接空载线路出现电弧时，为了确保线路和作业人员的安全，要求在出现拉弧的条件下，能确保作业人员的安全，根据空气间隙在慢波头操作冲击电压电压下的特性，并且能承受4pu的过电压。

（2）

（3）

式中：d-电弧与临近导体或接地体之间的距离；

Vca-间隙在操作过电压下的耐受电压；

Vcr-4pu过电压下的耐受电压；

Vl-线电压；

出现电弧条件下的相间间隙Dl和相地间隙Dg满足下式：

（4）

（5）

分别得到在考虑相地间隙和相间间隙时，搭接过程中出现拉弧时，在不影响间隙绝缘要求的前提下，可以搭接的容性电流Icr的大小：

（6）

（7）

对于35kV配电线路，在带电搭接空载线路时，按照4倍过电压考虑，相地距离为0.5m时，采用开关可以搭接的电容电流为0.81A，相地距离为0.6m时，采用开关可以搭接的电流为1.17A，此时，电弧拉弧距离为0.328m，显然对于容性电流较大的空载线路进行开断，需要采用消弧装置来进行。

对于利用空气直接灭弧的方式，当开断容性电流为1A，线路电压为35kV的系统时，电弧可能达到的长度为0.28m，当开断的容性电流为0.5A时，电弧可能达到的长度为0.14m，当开断的容性电流为0.2A，拉弧长度可能最大达到0.056m，说明分闸过程中分断距离达0.056m时，如果间隙的绝缘不能恢复，则会出现稳定的电弧。显然快速开断可以的好处在如下几个方面：（1）避免电弧长时间燃弧积累大量热量，造成空气热游离，降低间隙绝缘强度使得电弧拉弧长度长并且难以熄弧，威胁相地和相间绝缘；（2）获得足够的间隙距离，使得电弧难以发生重燃。

4 结语

在搭接过程中，搭接速度一方面减小了间隙重燃的时间，另一方面有效减小断口间隙的重击穿电压。

对于35kV架空线路，按照0.5A核算可以搭接的空载线路长度为8km，如果按照0.2A核算，则可以人工搭接的空载线路的长度为3.5km。

参考文献：

[1]胡毅.配电线路带电作业技术[M].{H}北京：中国电力出版社，2002.

[2]吴维韩，张芳榴. 电力系统过电压数值计算[M].北京：科学出版社，1989.

[3]Skuletic S D，Mijajlovic. Experimental investigations of switching overvoltages in 110 kV network of power system of montenegro[M].Bologna，Italy，2003.23-26.

[4]薛敏，郭森.500 kV断路器投切空载线路操作过电压的数据分析[J].华东电力，2005，（12）：32-33.