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500 kV惠汕輸電系統(tǒng)內(nèi)過電壓的研究結(jié)果和分析 2
摘 要 惠汕500 kV輸電線路長(zhǎng)268 km，由于取消出線斷路器的合閘電阻，使統(tǒng)計(jì)操作過電壓和線路閃絡(luò)率偏高。為降低統(tǒng)計(jì)操作過電壓和線路閃絡(luò)率，設(shè)計(jì)中在線路中間裝設(shè)一組線路型444 kV MOA(氧化鋅避雷器)，屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)；為限制潛供電流，線路兩側(cè)各裝置一組120 Mvar高抗，但投產(chǎn)前有一組高抗因鐵心接地返回制造廠修理。在只有一組高抗，內(nèi)過電壓和潛供電流比較嚴(yán)重條件下，為確保惠汕線按時(shí)安全投產(chǎn)，通過反復(fù)研究和分析，提出安全措施，使惠汕線順利投產(chǎn)，并為惠汕線和長(zhǎng)線路編制運(yùn)行規(guī)程提供了依據(jù)。
關(guān)鍵詞 輸電 內(nèi)過電壓 研究
1 研究過程及主要結(jié)論
1.1 設(shè)計(jì)階段的研究結(jié)論
1994年，當(dāng)惠汕輸電工程進(jìn)入初步設(shè)計(jì)階段時(shí)，廣東省電力設(shè)計(jì)研究院(下簡(jiǎn)稱“設(shè)計(jì)院”)與原電力部電力科學(xué)研究院(下簡(jiǎn)稱“電科院”)共同開展對(duì)該工程內(nèi)過電壓的計(jì)算研究。該工程踏勘的線路長(zhǎng)293 km，研究的關(guān)鍵問題是：在線路兩側(cè)出線斷路器取消合閘電阻的條件下，如何采取措施把統(tǒng)計(jì)操作過電壓和線路閃絡(luò)率限制在規(guī)程和規(guī)定的范圍內(nèi)，確保輸變電設(shè)備的安全。由于惠汕線是國(guó)內(nèi)當(dāng)前不裝合閘電阻的最長(zhǎng)線路，且需要在線路中間裝設(shè)一組線路型氧化鋅避雷器(屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng))，因此，本工程的內(nèi)過電壓研究比短線路復(fù)雜得多。如果采用常規(guī)的計(jì)算模型，即線路參數(shù)是固定不變的，則統(tǒng)計(jì)操作過電壓和線路閃絡(luò)率均超過規(guī)程的規(guī)定值，因此本研究采用復(fù)雜的J.MAITI模型。這個(gè)模型按桿塔的實(shí)際尺寸、對(duì)地平均距離以及土壤電阻率來進(jìn)行計(jì)算，并考慮線路參數(shù)隨頻率的變化而改變，即顧及線路的高頻特性。這個(gè)精確模型計(jì)算所需時(shí)間較長(zhǎng)，每種運(yùn)行方式需要十幾分鐘(常規(guī)模型幾秒鐘即可計(jì)算一種方式)。精確模型的計(jì)算結(jié)果較之常規(guī)模型可降低統(tǒng)計(jì)操作過電壓10%左右，也相應(yīng)降低線路閃絡(luò)率，也就是說，采用精確模型在運(yùn)行上減少10%的裕度。計(jì)算結(jié)果見電科院和設(shè)計(jì)院于1994年11月編制的《惠州—汕頭500 kV輸電系統(tǒng)內(nèi)過電壓及絕緣配合研究》，該研究的主要結(jié)論為：
a)惠汕線兩側(cè)需各裝1臺(tái)120 Mvar高壓并聯(lián)電抗器(以下簡(jiǎn)稱“高抗”)，中性點(diǎn)小電抗均取值750 Ω。
b)惠汕線地線材料采用GJ-70型鋼絞線是可行的。
c)在線路不采用快速三相重合閘條件下，惠汕線出線斷路器可以取消并聯(lián)合閘電阻。由于取消合閘電阻后線路閃絡(luò)率仍較高，因此，必須在線路揭陽側(cè)加裝一組444 kV氧化鋅避雷器(MOA)。在三組444 kV MOA投運(yùn)后，合空線過電壓與線路閃絡(luò)率均能滿足要求(兩組母線420 kV MOA在合空線時(shí)也投入運(yùn)行)。
d)在操作過電壓下，MOA的最大能耗為允許值的23%；在故障操作過電壓下，MOA的最大能耗為允許值的19.6%。因此，把MOA作為操作過電壓的主保護(hù)，MOA仍有較大的裕度。
e)合汕頭空載變壓器時(shí)，應(yīng)投入該主變低壓側(cè)一組低壓電抗器(45 Mvar)，以防止主變發(fā)生諧振過電壓。
1.2 投產(chǎn)前的補(bǔ)充研究
500 kV惠汕輸變電工程于1997年12月18日投產(chǎn)。投產(chǎn)前設(shè)備測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)汕頭側(cè)高壓并聯(lián)電抗器鐵心接地，該高抗必須返回廠家修理，不能與工程同時(shí)投產(chǎn)。汕頭側(cè)高抗對(duì)惠汕工程安全投產(chǎn)和運(yùn)行調(diào)度有較大影響，且惠汕線實(shí)際長(zhǎng)度為268 km(不是1994年在圖紙上選線的293 km)，因此，500 kV惠汕輸變電工程啟動(dòng)委員會(huì)要求對(duì)該工程內(nèi)過電壓進(jìn)行補(bǔ)充研究。
1997年12月上旬，有關(guān)人員對(duì)線路的參數(shù)進(jìn)行實(shí)測(cè)，啟動(dòng)委員會(huì)又要求按實(shí)測(cè)參數(shù)再進(jìn)行一次過電壓研究，以確保啟動(dòng)的安全。這次研究，我們將母線型避雷器、線路型避雷器、線路中間的避雷器的實(shí)際伏安特性，線路的實(shí)際長(zhǎng)度，汕頭側(cè)高抗無法同步投產(chǎn)等實(shí)際因素都考慮了進(jìn)去，采用實(shí)測(cè)參數(shù)進(jìn)行研究，并采用實(shí)際桿塔尺寸按高頻特性得出的線路參數(shù)進(jìn)行研究。
這兩次補(bǔ)充研究的主要結(jié)論是：
a)在汕頭側(cè)高抗退出運(yùn)行時(shí)，要延長(zhǎng)單相重合閘的重合間隔時(shí)間，建議取1.5 s(0 s發(fā)生單相故障，0.1 s線路兩側(cè)單相開關(guān)跳開，1.5兩側(cè)單相開關(guān)重合)；若線路上有兩臺(tái)高抗運(yùn)行時(shí)，時(shí)間間隔可取為1 s。
b)在汕頭側(cè)合空線時(shí)，合閘前汕頭站500 kV母線電壓不宜超過530 kV，在系統(tǒng)條件允許的情況下，可以進(jìn)一步降低合閘前母線電壓水平。
c)汕頭側(cè)出線斷路器至惠汕線第一基桿塔之間的相間最小凈距離應(yīng)大于4.4 m(在不刮風(fēng)條件下其正常距離為7～8 m，開關(guān)操作時(shí)如遇刮風(fēng)，應(yīng)注意這一距離)。
d)合汕頭空載變壓器時(shí)，合閘前變壓器低壓側(cè)至少要投入一組低壓電抗器，如合閘前汕頭站母線電壓超過535 kV，宜投入兩組或三組低抗，如果汕頭站母線電壓超過550 kV，或空載變壓器低壓側(cè)接有電容器時(shí)，不宜進(jìn)行合空變操作，避免主變發(fā)生諧振。
e)應(yīng)投入過電壓保護(hù)裝置，保護(hù)整定時(shí)間取0.5 s，工頻過電壓倍數(shù)取1.4 p.u.。
f)運(yùn)行時(shí)除按上述要求外，還要參照電科院與設(shè)計(jì)院1994年11月編制的《惠州—汕頭500 kV輸電系統(tǒng)內(nèi)過電壓及絕緣配合研究》、1997年11月編制的《惠州—汕頭500 kV輸電系統(tǒng)內(nèi)過電壓及絕緣配合補(bǔ)充研究之二》等研究報(bào)告的其他要求。
2 對(duì)實(shí)測(cè)參數(shù)及設(shè)備參數(shù)計(jì)算結(jié)果的分析
2.1 實(shí)測(cè)參數(shù)的計(jì)算結(jié)果
1997年12月上旬，有關(guān)人員對(duì)線路參數(shù)進(jìn)行實(shí)測(cè)，其中，正序電容的實(shí)測(cè)值C1=0.015 19 μF／km，按桿塔的實(shí)際排列尺寸及接地方式和土壤電阻率并考慮高頻特性計(jì)算得到的計(jì)算正序電容C1=0.013 17 μF／km，二者相比，實(shí)測(cè)正序電容大15.34%，即是說，268 km的惠汕線，如按實(shí)測(cè)電容計(jì)，其充電功率相當(dāng)于309 km的線路。按實(shí)測(cè)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，可得到下列結(jié)果：
a)在線路中間有MOA條件下惠汕線合空線最大過電壓值達(dá)2.14 p.u.，統(tǒng)計(jì)操作過電壓達(dá)2.06 p.u.，超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)2.0 p.u.，如果沒有中間MOA(裝于揭陽線路側(cè))，則最大過電壓值及統(tǒng)計(jì)操作過電壓值比上述數(shù)值還高。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，則惠汕線兩側(cè)出線斷路器均要裝設(shè)并聯(lián)合閘電阻，否則合空線將不會(huì)成功，但該工程已臨近投產(chǎn)，要裝合閘電阻已不可能。
b)由于實(shí)測(cè)正序電容C1比計(jì)算值大15.34%，，造成相間電容相應(yīng)增大(相間電容Cφ=(C1－C0)／3。在汕頭側(cè)高抗退出運(yùn)行的條件下，潛供電流達(dá)46.6 A，而采用計(jì)算所得的正序電容，所得計(jì)算結(jié)果，潛供電流才29.9 A，二者相比，實(shí)測(cè)參數(shù)的潛供電流大56%，單相重合閘的重合間隔時(shí)間必須延長(zhǎng)，否則重合閘不可能成功。
2.2 對(duì)實(shí)測(cè)參數(shù)的分析
本次惠
汕線實(shí)測(cè)正序電容C1=0.015 19 μF／km，比計(jì)算值大15.34%。查閱省內(nèi)的沙江線實(shí)測(cè)值C1=0.013 77 μF／km，核增線實(shí)測(cè)值C1=0.013 μF／km，蓄羅線實(shí)測(cè)C1=0.013 4 μF／km，羅增線實(shí)測(cè)值C1=0.013 9 μF／km，查閱國(guó)內(nèi)華北電網(wǎng)大同—金山實(shí)測(cè)C1=0.013 17 μF／km，廣西天平線實(shí)測(cè)C1=0.013 59 μF／km，天來線實(shí)測(cè)C1=0.013 59 μF／km，就是說大多數(shù)500 kV線實(shí)測(cè)線路正序電容與計(jì)算值十分相近，實(shí)測(cè)結(jié)果的波速均為290 000 km/s以上(本應(yīng)300 000 km/s，但線路有電阻阻尼)，而惠汕線按實(shí)測(cè)參數(shù)計(jì)，其波速為270 000 km/s(波速v=1／L1 C1)，說明實(shí)測(cè)的正序電容偏大，使波速降低(實(shí)測(cè)正序電感與計(jì)算值相近)。
實(shí)測(cè)電容偏大的原因，有設(shè)備的原因，也有公式換算的原因，如用分布參數(shù)計(jì)算，比用集中參數(shù)計(jì)算可縮小3%～4%的誤差。
由于采用實(shí)測(cè)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算是在投產(chǎn)前幾天進(jìn)行的，為了不影響投產(chǎn)的時(shí)間安排，經(jīng)設(shè)計(jì)院與電科院取得一致意見，又采用計(jì)算參數(shù)進(jìn)行研究。上述投產(chǎn)前兩次補(bǔ)充研究的6條結(jié)論，主要是采用計(jì)算參數(shù)的結(jié)果而得出的。1997年12月18日，惠汕線順利投產(chǎn)的實(shí)踐證明，采用計(jì)算參數(shù)所得的結(jié)果是經(jīng)得起考驗(yàn)的，是有科學(xué)根據(jù)的。當(dāng)然，惠汕線在投產(chǎn)時(shí)由于汕頭側(cè)高抗無法同步投產(chǎn)，投產(chǎn)時(shí)的技術(shù)條件相對(duì)來說比較復(fù)雜和惡劣，能夠一次投產(chǎn)成功，是各方共同努力的結(jié)果，其中，也有電科院有關(guān)專家所作的貢獻(xiàn)。
2.3 線路中間避雷器伏安特性對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響
惠汕線兩側(cè)的線路型氧化鋅避雷器444 kV MOA是西安電瓷廠制造的，而線路中間揭陽側(cè)的線路型氧化鋅避雷器是西安電瓷研究所特制的，因?yàn)榫�路中間避雷器需置于鐵塔之上，由于結(jié)構(gòu)上的原因，該避雷器的伏安特性與兩側(cè)避雷器不能完全一致，中間避雷器在操作沖擊電流2 kA時(shí)的沖擊殘壓為900 kV，而兩側(cè)線路型避雷器在操作沖擊電流2 kA時(shí)的沖擊殘壓為862 kV，中間避雷器殘壓提高4.4%，從而導(dǎo)致線路的過電壓水平和線路閃絡(luò)率相應(yīng)提高。盡管所提高的相對(duì)值不大，但對(duì)取消合閘電阻的長(zhǎng)線路來說，這也是影響過電壓的一個(gè)因素。
3 結(jié)論
500 kV惠汕線是當(dāng)前國(guó)內(nèi)出線斷路器取消合閘電阻的最長(zhǎng)線路。工程于1997年12月18日順利投產(chǎn)，說明了計(jì)算研究工作是正確的和科學(xué)的。
惠汕線在限制內(nèi)在過電壓方面有如下設(shè)計(jì)特點(diǎn)：1)惠汕線是當(dāng)前國(guó)內(nèi)出線斷路器取消合閘電阻最長(zhǎng)的500 kV線路；2)取消合閘電阻后使統(tǒng)計(jì)操作過電壓放線路閃絡(luò)率偏高，為確保合空線的成功和便于運(yùn)行操作，在揭陽側(cè)加裝一組444 kV MOA(氧化鋅避雷器)，屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)；3)為限制潛供電流，線路兩側(cè)各裝置一組120 Mvar高抗，中性點(diǎn)小電抗值為750 Ω；4)計(jì)算研究采用線路參數(shù)隨頻率的變化的精確模型，使過電壓值比常規(guī)模型可降低約10%，因此在運(yùn)行上減少10%的裕度。
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