淮南特高压系统对保护的影响与研究

【摘要】特高压供电系统与其他电压等级的系统具有其特殊性（输送容量大，短路容量大），因此要求尽可能的快速切除故障；系统内单体变压器的容量很大，如此大容量的运行变压器突然从系统中切除，将给系统造成很大的扰动，所以提高保护的可靠性越来越得到各单位的重视。对淮南特高压线路对设备的影响进行数据分析，以期提高对1000kV线路对保护有哪些新要求的认识。

【关键词】特高压；分布电容；保护；影响

1、淮南1000kV特高压输电线路的特性分析

我国交流特高压l000kV淮南一皖南（皖电东送）输变电线路工程，线路全长322km，双回线路的输送容量为2*6500MW，额定电流为3950A，电流密度参考值为0.9（A/mm2），导线总绍截面为4390mm2，导线型号8×LGJ-630钢芯铝绞线，八分裂导线，正八边形对称布置，分裂间距400毫米。淮南一皖南线路经过的地质条件以平地为主，土壤电阻率300欧·米，主要采用SZ271钢管塔，塔间距离一般为300～500m。

（1）线路阻抗角

为了提高特高压线路的传输能力，减小损耗，特高压线路采用8分裂导线。特高压输电线路与750kV和500kV线路相比单位长度的阻抗下降，线路阻抗角明显增大。

500kV、750kV、1000kV单回线路典型参数参见表1。

（2）线路分布电容

特高压输电线路的分布电容增大，线路较长，电压等级高，线路充电电流较500kV、750kV线路明显增加，各电压等级线路容抗和电容电流值（/100km）见表2。

从表2可知，正常运行时有较大的电容电流，分以下2种情况进行分析：

（a）当无并联电抗时，波阻抗为242.5欧姆，每百公里的充电功率为533兆伏安，自然功率为4546兆瓦，传送自然功率时候每相的负荷电流为2500A，363km电容电流919A，额定负荷电流的37%；

（b）当有并联电抗时，由于补偿度较高，所以电容电流将会大大下降，363km约101A。

2、淮南特高压系统对各一次设备要求的研究

（1）并联电抗器

为了补偿线路充电电流、降低过电压水平，特高压线路均装设并联电抗器。

特高压线路故障或线路跳闸后，由于电抗器电感与线路分布电容谐振产生的过电压和各种谐波的影响，影响电抗器保护匝间短路灵敏度。由于电抗器保护动作后将跳开断路器导致线路停运，需防止电抗器保护在线路正常运行及线路单相故障后的非全相过程种中的误动作。

（2）电流互感器

由于特高压系统电流互感器变比增加，在线路轻载运行及高阻接地故障时，线路电流值较小。线路发生短路时，电容式电压互感器（CVT）的暂态过程对线路保护装置的动作行为影响较大。

（3）变压器

特高压变压器的结构与以往的变压器有较大的变化，由主体变压器和调压变压器（含低压电压补偿器）两部分组成。主体部分为不带调压的自耦变压器，调压变压器与主体部分通过硬铜母线连接，由共用一个油箱的调压器和低压电压补偿器两部分构成，调压变压器的励磁线圈与自耦变的低压线圈并联。低压电压补偿器的励磁线圈与调压线圈并联，补偿线圈与主体（自耦变压器）的低压线圈串联。特高压变压器的短路阻抗比较大，以特高压交流试验示范工程的变压器为例，其各侧的短路电抗分别为Uk高-中=18%，Uk高-低=62%，Uk中-低=40%，变压器的高压侧和低压侧短路时故障电流相对500kV系统明显减小，对变压器保护的灵敏度提出了更高的要求。

（4）特高压系统电压控制

特高压交流试验示范工程1000kV开关三相跳闸或者变压器500kV侧开关三相跳闸，出现1000kV线路空载或线路空载并且末端连接着变压器及110kV侧的无功补偿装置的情况，导致系统稳态电压升高，可能超过系统最高运行电压。试验示范工程系统最高运行电压为1100kV。为确保试验示范工程系统和1000kV设备的安全和稳定运行，研究过电压控制装置预防发生系统稳态过电压。

3、淮南特高压系统对保护的影响与对策

（1）非周期分量的影响

非周期分量衰减时间常数增大，各电压等级非周期分量典型衰减时间常数，电压等级500KV，衰减时间常数为31.8～41.4ms；电压等级750KV，衰减时间常数为63.7ms；电压等级1000KV，衰减时间常数为111.5ms。

（2）分布电容的影响

特高压线路电容电流很大，对差动保护的灵敏度产生严重影响。安装高压并联电抗器后，补偿了部分稳态电容电流，有利于提高差动保护的灵敏度。但在空载合闸、区外故障及切除、重合闸等暂态过程中，暂态电容电流远远大于稳态电容电流，必须对暂态的电容电流进行补偿。

（3）高频分量的影响

（a）在故障、空载合闸、区外故障切除和重合闸等暂态过程中，暂态电流中含有相当的非整次高频分量，其特点是衰减较快，故障后40-100ms会完全消失。（b）特高压线路高频分量的一个显著特点是：幅值最大的高频分量其频率比超高压系统产生的高频分量更加接近工频，且其频率通常是非整次谐波。（c）对特高压控制保护设备的影响

对数字滤波尤其是短数据窗的滤波算法设计提出了更高的要求。

（4）高阻接地故障的影响

（a）特高压线路较长；（b）CT变比很大；（c）特高压系统初期短路容量较小。故障尤其是高阻接地故障时，互感器二次侧电流很小，特别是二次零序电流值非常小，给零序方向判据造成很大的困难。需要提高保护装置内二次传感器的精度，在保护装置硬件回路上需要专门设计针对小电流的高精度采样回路。

4、总结

由于特高压输送的能量过高，导致受端区域对特高压输送的电能有依赖性，当特高压线路出现事故或退出运行时，事故区域没有足够的备用电源，发生大规模停电事故的概率增加。

对特高压线路特性的研究应该更加深入，对保护原理的改进与完善应该同时进行，以期可以適应淮南特高压带来的变化。

参考文献

[1]张延，雷雨田，吴云.同杆双回线路继电保护方案研究[J].继电器，2004

[2]孟恒信，朱良肄，张涛.双回线路跨线故障及保护动作行为分析[J].电力系统自动化，2006

作者简介

朱忠雷，男，1983.12，在淮沪煤电有限公司田集电厂生技部从事继电保护专业工作，硕士。