潜供电流和恢复电压的工程计算及其限制措施分析

何盛

（擎能设计有限公司，广东 韶关 512000）

潜供电流和恢复电压的工程计算及其限制措施分析

何盛

（擎能设计有限公司，广东 韶关 512000）

为使在500kV及以上超特高压输电线路瞬时性故障后单相自动重合闸重合成功，必须有效限制潜供电流和恢复电压。本文以湖南500kV湘西至永州线路为例，进行了潜供电流和恢复电压的理论分析计算，并提出了合理的限制措施，同时利用BPA软件进行了仿真计算。

潜供电流；恢复电压；工程计算；BPA

引言

超高压输电线路中，经常采用单相重合闸的方式。当输电线路发生单相故障时，只切除线路故障相，线路转入非全相运行。然后进行单相重合闸，若为瞬时性故障，重合闸成功，线路恢复三相正常运行状态。当然熄弧越快对重合闸成功越有利，然而在非全相运行期间，两运行相通过电容耦合在故障点形成电流；运行相通过负荷电流时，因相间存在互感，在故障相线路中感应电动势，同样在故障点形成电流。这两部分电流之和称为潜供电流。为了使得单相重合成功，要求潜供电流较小，并且熄弧时恢复电压也较低。

1 潜供电流的分析

架空线输电线路存在对地电容和线间电容，如图1所示。线间电容CM可变换成等效星形电容，如图2。输电线路正序、负序电容输电线路零序电容为C0，为输电线路长度，CM为线路线间电容。

图1 正常运行工况下输电线路等值电路图

图2 正常运行工况下输电线路等值电路图（将CM进行角—星变换后）

当线路A相接地两侧A相断开后，电路化简为图3所示。因B、C相间电容对潜供电流Iqg.c无影响，继而电路化简为图4，根据电路原理，可将图4化简为一个等效有源支路，如图5所示。

图3 模拟A相跳闸后线路等值电路图

图4 模拟A相跳闸后简化线路等值电路图1

图5 模拟A相跳闸后简化等效有源支路图

产生潜供电流的另一原因是两个非故障相有负荷电流，通过与故障相的电感耦合引起。图6示出了相间电感耦合形成潜供电流示意图，为两非故障等效负荷电流，该负荷电流通过相间电感耦合在故障线段中感应出电动势、，通过故障线对地电容在故障处建立相应电流。显然，电感耦合引起的潜供电流是上述两部分电流之差。与负荷电流大小、故障点位置有关。总的潜供电流通常情况下，比小得多，因此，在工程理论计算中，可将忽略，一般认为潜供电流产生及流向示意图见图6。

图6 潜供电流产生及流向示意图

2 潜供电流的限制措施

为了提高超高压电网线路故障单相自动重合闸的成功率，必须采取一定的措施，以加快潜供电弧的熄灭。在超高压输电系统中，主要有以下限制措施：

2.1 使用快速接地开关（HSGS——High Spead Ground Switch）

这种方法是在故障相线路两侧断路器跳开后，先快速合上故障线路两侧的HSGS，将接地点的潜供电流转移到电阻很小的两侧闭合的接地开关上，从而减小流经故障接地点潜供电流，促使故障接地点潜供电弧熄灭；然后打开HSGS，利用开关的灭弧能力将其电弧强迫熄灭；最后，再重合故障相线路。

2.2 使用高压并联电抗器及中性点小电抗

图7 电抗器中性点接小电抗等值回路图

在装有高压并联电抗器的线路上，加装高压并联电抗器中性点小电抗，该方法在我国超特高压电网使用较为广泛。本文选取实例也是采用的此种措施实现限制潜供电流和恢复电压。在高压并联电抗器中性点加装小电抗后，可以补偿相间电容，并部分补偿互感分量，降低潜供电流的幅值。高压并联电抗器中性点接小电抗等值回路图见图7。

根据DL/T5014-2010《330kV～750kV变电站无功补偿装置技术规定》及《电力工程电气设计手册（电气一次部分）》可知，超特高压电网输电线路的充电功率应按就地补偿的原则采用高、低压并联电抗器予以补偿。高压并联电抗器的补偿度kl一般取40%～80%。80%～100%补偿度是一相开断或两相开断的谐振区，应避免采用。

式中：QL——并联电抗器的容量，MVA；

QC——线路的充电功率，MVA；

中性点小电抗值从抑制工频传递谐振过电压角度出发可按式（6）：

式中：X0——中性点小电抗的电抗值，Ω；

XL——并联电抗器的正序电抗值，Ω；

X12——线路相间容抗值，Ω；

中性点小电抗值从补偿相间电容角度出发可按式（7）：

式中：XL0——并联电抗器的零序电抗值，Ω；XL=XL0对单相电抗器，XL=XL0，对三相三柱是电抗器，

3 实例计算分析

500kV湘西～永州线路是湖南湘西电力外送重要500kV线路之一，线路始于500kV湘西站，止于湘南500kV永州站。线路为单回路架设，导线截面2 400/50，水平排列方式，子导线分裂间距450mm，线路长度约245.4km。地线型号一根为OPGW，另一根为GJ-80。全线采用了两个全换位。线路序参数表见表1。

表1 500kV湘西站～永州站线路序参数表

图8 500kV湘西～永州线路示意图

显然，根据以上计算结果可知，500kV湘西～永州线路潜供电流幅值为47.4A,远大于电力标准DL/T5222-2005《导体和电器选择设计技术规定》中潜供电流应小于15～20A的要求，因此为了保证单相重合闸的成功需装设线路高抗。

又可算得500kV湘西站～永州站线路充电功率：

由于线路两侧均装设一组高压并联电抗器，每组高压并联电抗器可按线路充电功率的一半进行补偿，为了避免谐振过电压，高抗补偿度宜取40%～80%，同时综合考虑到高抗产品生产序列性，500kV湘西～永州线路两侧各装设一组120MVar（由3台单相40MVar电抗器组成）是较为合理。

根据式（5）可算得高抗补偿度kl＝75.1%。

∵所装设电抗器为单相电抗器

∴根据式（7）

综上所述，为了有效限制500kV湘西～永州线路的潜供电流和恢复电压，推荐线路两侧分别装设有1组120MVar高抗（3台单相40MVar电抗器），此外，依据类似500kV线路实际运行经验，同时考虑到中性点小电抗产品序列性，推荐中性点小电抗选择900Ω。

4 BPA软件仿真计算分析

本文利用BPA暂态稳定程序来计算潜供电流和恢复电压。

4.1 填写潮流数据.dat文件数据

首先，以工程设计水平年网架和运行方式为基础，填写潮流数据.dat文件。

1）填写定义母线节点B卡，主要填写内容包括卡片类型，节点名称、基准电压。

湘西站、永州站500kV母线对应的潮流.dat文件所填数据为：

B 湘西 500.

B 永州 500.

2）填写线路数据卡L卡，主要填写内容包括线路两侧母线名称、基准电压、正序电阻、电抗、电纳表么值；500kV高抗卡L+卡，主要填写内容包括线路两侧母线名称、基准电压、高抗容量。

对应的潮流.dat文件所填数据为：

L 湘西 500.永州 500.1000178 002563 131342 246

L+湘西 500.永州 500.120.120.

4.2 填写稳定数据.swi文件数据

对应潮流文件中线路数据L卡，稳定数据中需要填写线路零序参数卡L0卡，主要填写内容包括线路两侧母线名称、基准电压、零序电阻、电抗、电纳表么值；高抗零序卡L0+，主要填写内容包括线路两侧母线名称、基准电压、线路两侧高抗的等值零序电抗表么值。

其对应的稳定.swi文件所填数据：

LO 湘西 500.永州 500..023514.07935 .747 .747

LO+ 湘西 500.永州 500.2.088 2.088

4.3 潜供电流和恢复电压的计算

通过使用BPA程序计算500kV湘西～永州线路线路潜供电流和恢复电压结果见表2、表3。

表2 500kV湘西～永州线路线路潜供电流和恢复电压结果（未装设高压并联电抗器）

表2中未装设高抗时，软件计算结果与理论计算潜供电流结果相差约1A，主要原因是工程理论计算时，忽略了非故障相与故障相间电感耦合所提供的潜供电流电磁分量。

表3 500kV湘西～永州线路线路潜供电流和恢复电压结果（线路两侧装设高压并联电抗器）

由以上计算结果可知：线路两侧未装设高抗时，软件计算结果与理论计算潜供电流结果基本一致，线路两侧装设中性点小电抗为900Ω的120MVar高抗后，潜供电流和恢复电压均得到明显下降，潜供电流限制到约12A，满足电力标准DL/T5222-2005《导体和电器选择设计技术规定》中潜供电流应小于15～20A的要求。显然，加装合适的并联电抗器中性点接小电抗对减小潜供电流和降低恢复电压效果是十分理想的。

5 结论

本文在阐述潜供电流和恢复电压产生机理的基础上,以500kV湘西至永州超高压线路为例进行工程理论计算，得到未装设线路高抗前，500kV湘西至永州超高压线路的潜供电流和恢复电压分别为47.4A和53.4kV，潜供电弧无法自熄灭。于是通过计算，推荐该条线路两侧分别装一组中性点小电抗为900Ω的120MVar线路高抗，以达到限制潜供电流和恢复电压的目的。同时为了验证工程理论计算的正确性，本文利用BPA仿真软件进行校验计算,计算结果表明，未装设线路高抗前，线路潜供电流和恢复电压的仿真计算与工程理论计算结果基本一致，装设线路高抗后，线路潜供电流和恢复电压均可限制到电力标准允许范围内，从而进一步验证了理论计算方法的正确性。本文的分析结论可为潜供电流、恢复电压的计算及高抗的选择提供理论参考依据，对今后超特高压输电线路的设计具有一定的借鉴意义。

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Engineering Calculation Of Secondary Current and Recovery Voltage and Analysis of Its Restrictive Measures

HE Sheng
(Qingneng design Co.Ltd,Shaoguan 512000,Guangdong)

After the 500kV and above EHV and UHV transmission line transient fault,in order to make the single-phase automatic be reclosed successfully,the secondary current must be effectively limited and the voltage must be recovered.Taking the Hunan 500kV Xiangxi-Yongzhou route as an example,this paper carries out the theoretical analysis and calculation for the secondary arc current and recovery voltage,and puts forward the reasonable limitation measures,while using BPA software for the simulation calculation.

secondary current；recovery voltage；engineering calculation；BPA

TM7

A

1671-5004（2017）02-0017-04

2017-1-4

何盛（1986～），女，汉族，湖南长沙人，大学本科，韶关市擎能设计有限公司注册电气工程师，从事电力工程系统设计工作。