特高压输电系统过电压研究及仿真(3)

2019-08-31 16:05

高电压技术课题小组论文

(1)单回特高压线路工频过电压主要考虑无故障甩负荷和单相接地甩负荷2 种。由于两相接地引起线路一端三相分闸故障发生概率很小,通常只酌情考虑。

(2)同塔双回特高压线路需分单回运行和双回运行2 种工况进行研究。同塔双回线路单回运行时的工频过电压主要包括运行回路无故障甩负荷和单相、两相接地甩负荷过电压。双回运行时包括1 回甩负荷和2 回甩负荷2 种情况下的工频过电压。其中,1 回甩负荷包括1 回无故障甩负荷、1 回单相接地甩负荷和1 回两相接地甩负荷;2 回甩负荷包括2回无故障甩负荷和接地故障后2 回甩负荷,其中接地故障后2 回甩负荷根据接地故障相不同又分为同名相接地甩负荷和异名相接地甩负荷。由于同塔双回线路1 回两相接地、同名相和异名相接地故障出现概率很小,通常只需要予以酌情考虑即可。工频过电压由于种类繁多,导致计算量大,故有必要对不同种类工频过电压的幅值进行比较,得出幅值较高的工频过电压种类,在研究计算中对其进行重点考虑,使工频过电压计算简化。

3 、不同种类工频过电压幅值比较

3.1 单回特高压线路的工频过电压

无故障甩负荷主要由误操作及继电器误动所致,有一定出现概率;单相接

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地故障则较为常见,占线路故障总数的80%以上。两相接地甩负荷过电压仅由雷电反击造成,在反击耐雷水平为175 kA的500 kV 系统从未出现过反击造成两相接地的故障;计算表明1 000 kV 系统反击耐雷水平超过250 kA,更不可能出现反击造成的两相接地故障,因此可认为两相接地故障几乎不会发生,不应作为研究重点。因此,从出现概率角度出发,应主要考虑无故障甩负荷过电压和单相接地甩负荷过电压。无故障甩负荷与接地甩负荷过电压的区别由接地故障造成。接地故障使健全相电压发生变化,单相和两相接地前后健全相工频电压之比可表示为

由式(1)可以看出,从故障点向系统看过去的零/正序阻抗比若大于1,则接地故障会使健全相电压升高。从故障点向系统看过去,首先是线路,然后才是电源,可见从故障点向系统看过去的零/正序阻抗比主要受线路阻抗影响。特高压线路零/正序阻抗比约为2.6,远大于1,因此从故障点向系统看过去的零/正序阻抗比一般也大于1,从而使接地甩负荷过电压幅值高于无故障甩负荷过电压。因此从过电压幅值角度考虑,单回特高压线路应重点考虑接地故障后甩负荷过电压。对长度为400 km 的单回线路进行仿真,结果如图4 所示。

由图4 可以看出,接地甩负荷过电压均高于无故障甩负荷过电压幅值。因

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此,单相接地甩负荷过电压是单回线路工频过电压的最主要计算对象。 3.2 同塔双回特高压线路的工频过电压

与单回线路类似,同塔双回线路上1 回两相接地故障和同名相、异名相接地故障也只可能由雷电反击造成,1 000 kV 系统反击耐雷水平超过250 kA,雷电反击导致这3 种故障发生的概率极低,故规程认为酌情考虑上述3 种故障引起的甩负荷过电压即可。因此,在实际工频过电压计算中不应将1 回两相接地和1 回甩负荷过电压、同名相及异名相接地甩负荷引起的过电压作为研究重点。从出现概率的角度排除上述几种过电压之后,同塔双回线路工频过电压还有以下5 种:单回运行方式下的1 回无故障甩负荷和单相接地1 回甩负荷,双回运行方式下的1 回无故障甩负荷、单相接地1 回甩负荷以及2 回无故障甩负荷,如表1 所示。

表1 特高压双回线路上出现概率较大的工频过电压种类

表1 中各种过电压可按故障种类或运行方式分为几类,本文以同一类过电压的比较为切入点,对表1 中各种工频过电压进行分类比较。 (1)相同运行方式下不同种类工频过电压的比较。

从原理上考虑,与单回线路类似,不对称接地对健全相电压的提升作用会造成同塔双回线路单相接地甩负荷过电压的幅值高于相同运行方式下无故障甩负荷过电压,幅值比较如图5 所示。

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以长度为400 km 的双回线路为例进行仿真。计算3 种无故障甩负荷过电压幅值,计算中考虑电源正序阻抗及零/正序阻抗比的变化,结果如图6 所示。

由式(1)可知,单相接地甩负荷过电压随系统零/正序阻抗比的增大而增

大。系统零/正序阻抗比由线路和电源2 部分决定,由于线路零/正序阻抗比一般不变,系统零/正序阻抗比主要受电源零/正序阻抗比的影响。电源零/正序阻抗比越小,则系统零/正序阻抗比越小,过电压越低。考虑极端情况,电源零/正序阻抗比最小为0.4,此时单相接地甩负荷过电压最小。由图6 曲线可知,即使电源零/正序阻抗比低至0.4 时,单相接地甩负荷过电压仍大于无故障甩负荷过电压。事实上,电源零/正序阻抗比很低至0.4,对于电源零/正序阻抗比很小的点对点线路,其等值电源零/正序阻抗比一般也在1 左右,此时,单相接地单回甩负荷过电压更高于单回无故障甩负荷过电压。

(2)不同运行方式下同类工频过电压的比较。

2 种方式甩负荷前后线路结构的差异决定了2种过电压幅值的相对大小。如图7(a)所示,单回运行时,运行的回路在甩负荷后仅与首端电源连在一起。但双回运行时(如图7(b)所示),甩负荷的回路不仅与首端电源相连,还通过另一回线路与末端电源相连,相当于2 个并联的电源与甩负荷后的空载线路相连,其电源的等值阻抗小于单回运行方式,故双回运行方式下单回甩负荷考虑电源阻抗的电容效应也较弱。同时,对于单相接地1 回甩负荷,由于电源阻抗较小,双回运行方式下不对称接地故障对健全相电压的抬升幅度不如单回运行方式,导致其过电压偏低。其工频过电压的相对大小关系如图8 所示。

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计算不同电源正序阻抗时,不同运行方式下1回无故障甩负荷和单相接地1 回甩负荷引起的工频过电压幅值,仿真结果如图9 所示。

由图9 可以看出,对于1 回无故障甩负荷过电压和单相接地1 回甩负荷过电压,双回运行方式时的幅值均小于单回运行方式。 (3)3 种无故障甩负荷过电压的比较。

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