（高电压与绝缘技术专业论文）特高压输电线路过电压的计算分析.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 特高压输电具有远距离、大容量、低损耗的优势，是实现能源优化配置的有 效途径，能够取得良好的社会经济综合效益。同时，发展特高压电网，可以推动 我国电力技术创新和电工制造业的技术升级。特高压电网的建设势在必行。 1 0 0 0 k v 交流特高压系统并不是5 0 0 k v 和7 5 0 k v 输电系统的简单延伸，研究 其过电压的发生机理和抑制方法，对发展特高压输电技术具有重要的使用价值。 工频过电压作为内部过电压的一种，在特高压系统中有着重要影响。它主要 包括空载线路电容效应，不对称故障以及甩负荷过电压。本文针对我国的第一条 特高压交流输电试验示范工程晋东南南阳荆门进行了仿真分析，研究了其在各 种工况下的工频过电压以及抑制措施。 操作过电压是决定系统绝缘水平和设备的绝缘选择的重要因素之一，以典型 的特高压线路参数为基础，本文仿真计算了特高压系统几种典型的操作过电压， 主要包括正常空载线路合闸过电压、单相自动重合闸、单相接地故障过电压、故 障分闸过电压。分析了不同运行方式、不同并联补偿度以及合闸电阻等对系统的 影响，计算确定了合闸电阻的通流容量、分合闸电阻的配置方案等。 同塔双回线路一回运行，一回检修时，会在检修线路上产生感应电压、电流。 本文简要阐述了感应电压、电流的机理，以日本的特高压双回线路为具体实例， 对其进行了较全面地仿真，研究了线路长度、并联电抗器、接地刀闸接入电阻等 因素对其值的影响，为特高压输电工程的建设提供了理论依据。 超特高压输电线路的故障9 0 以上为单相接地故障，其中又有7 0 以上为 瞬时性故障。为提高系统稳定性和供电可靠性，单相自动重合闸技术在超特高 压线路上获得广泛应用。特高压输电线路较长，运行电压高，潜供电弧的熄灭是 一个技术难题。如果潜供电弧不能及时熄灭，将使断路器重合于弧光接地故障， 造成重合闸失败。国内外针对潜供电弧的产生机理和熄灭方法已开展了大量的研 究工作，本论文对相关成果作了系统性总结，并结合我国的特高压线路建设提出 了一些参考性建议；对相关成果作了系统性总结，并结合我国的特高压线路建设 提出了一些参考性建议。 关键词：特高压；工频过电压；操作过电压；同塔双回；潜供电弧 n i 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t u l t r ah i g hv o l t a g ep o w e rt r a n s m i s s i o nh a si t sa d v a n t a g e si nl o n gd i s t a n c e ，l a r g e c a p a c i t ya n dl o wl o s s i ti s a l le f f e c t i v ea p p r o a c hf o ro p t i m i z i n ge n e r g yr e s o u r c e s d i s t r i b u t i o na n dh a sc o m p r e h e n s i v eb e n e f i tf o rt h es o c i e t ya n de c o n o m y a tt h es a m e t i m e ，t h ed e v e l o p m e n to fu h vp o w e rg r i dc a np r o m o t et h et e c h n i c a lu p g r a d eo f i n n o v a t i v ee l e c t r i c a lt e c h n o l o g ya n dm a n u f a c t u r e t h ec o n s t r u c t i o no fu h vp o w e r g r i di si m p e r a t i v eu n d e rt h es i t u a t i o n t h ei n v e s t i g a t i o n so fm e c h a n i s ma n dr e s t r a i n i n gm e t h o do fu h vp o w e r s y s t e m so v e r v o l t a g eh a v el a r g et e c h n i c a lb e n e f i tf o rt h eu h v sd e v e l o p m e n t f r e q u e n c yo v e r v o l t a g e ，a so n eo fi n n e ro v e r v o l t a g e s ，p l a y sal a r g er o l ei nu h v p o w e rs y s t e m i tm a i n l yi n c l u d e st h ev o l t a g ec a u s e db yl o n gl i n e sc a p a c i t a n c ee f f e c t ， o v e r v o l t a g ec a u s e db ya s y m m e t r i cf a u l t ，a n do v e r v o l t a g ec a u s e db ys h e d d i n gl o a d t h i sp a p e rd i s c u s s e st h ef r e q u e n c yo v e r v o l t a g ea n di t sr e t r a i n i n gm e t h o dt h r o u g h d i g i t a ls i m u l a t i o nb a s e do no u rc o u n t r y sf i r s tu h va cd e m o n s t r a t ep r o j e c tw h i c h g o e sf r o mj i nd o n g n a n t oj i n g m e nv i an a n y a n g s w i t c h i n go v e r v o l t a g ei sam a i nf a c t o rf o rd e t e r m i n i n gp o w e rs y s t e m si n s u l a t i o n l e v e l t h i s p a p e r d i s c u s s e ss e v e r a l t y p i c a ls w i t c h i n go v e r v o l t a g ei n c l u d i n g o v e r v o l t a g ec a u s e db ys w i t c h i n go nl i n ew i t hn ol o a d o v e r v o l t a g ec a u s e db ys i n g l e p h a s ea u t o - r e c l o s i n g ，o v e r v o l t a g ec a u s e db ys i n g l ep h a s eg r o u n d i n gf a u l t ，o v e r v o l t a g e c a u s e db ys w i t c h i n go f ft r a n s m i s s i o nl i n e t h ef a c t o r ss u c ha so p e r a t i o nm o d e ，s h u n t r e a c t o rc o m p e n s a t i o nd e g r e e ，s w i t c h i n go nr e s i s t o ra r ea n a l y z e d t h es w i t c h i n go n r e s i s t o r sm a x i m u mt h e r m a lc a p a c i t ya n di t sd i s t r i b u t i o ns c h e m ea l ef i x e do nt h r o u g h c a l c u l a t i o n t h e r ee x i s t ss e r i o u si n d u c e dv o l t a g ea n dc u r r e n to nt h em a i n t e n a n c el i n ew h i l e t h eo t h e rc i r c u i tt r a n s m i s s i o nl i n ei so no p e r a t i o nf o rt h ed o u b l ec i r c u i t so nt h es a m e t o w e r t h i sp a p e re l u c i d a t e dt h em e c h a n i s mo fi n d u c e dv o l t a g ea n dc u r r e n t t a k e j a p a n su h vd o u b l ec i r c u i t so nt h es a m et o w e r a sa ne x a m p l e ，i ta l s oi n v e s t i g a t et h e l i n e sl e n g t h ，s h u n tr e a c t o r s ，g r o u n d i n gs w i t c h sr e s i s t a n c e i ne h va n du h v p o w e rs y s t e m ，m o r et h a n9 0p e r c e n to ff a u l ta r es i n g l ep h a s e g r o u n d i n gf a u l tf r o mw h i c hn e a r l ym o r et h a n7 0p e r c e n ta r ei n s t a n t a n e o u s s i n g l e 山东大学硕士学位论文 p h a s ea u t o r e c l o s i n gi sw i d e l yu s e di ne h va n du h vp o w e rs y s t e mf o rt h es a k eo f a d v a n c i n gp o w e rs y s t e m ss t a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t y s e c o n d a r ya r cc u r r e n t se x t i n c t i o n i sal a r g ep r o b l e mi nu h v p o w e rs y s t e mo w i n gt ot h el i n e sl o n gd i s t a n c ea n dh i 曲 v o l t a g e c i r c u i tb r e a k sw i l lb es w i t c h e do nt h ea r cg r o u n df a u l tr e s u l t i n gi nt h e r e c l o s i n gf a i l u r ei ft h es e c o n d a r ya r cc a n n o tb ee x t i n c t e di nt i m e t h i sp a p e rs u m su p t h er e l a t i v ef r u i t f u lr e s e a r c hr e s u l t sa n dg i v e ss o m er e f e r e n t i a ls u g g e s t i o n s k e yw o r d s - u l t r ah i g hv o l t a g e ；f r e q u e n c yo v e r v o l t a g e ；s w i t c h i n go v e r v o l t a g e ； d o u b l ec i r c u i t so nt h es a m et o w e r ；s e c o n d a r ya r e v 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本 文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 窆! 堕垒： e l期：! 星二竺，汐 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他 复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：避导师签名：瘳廷日期：! ：2 二二一夕 山东大学硕士学位论文 1 1 引言 第1 章绪论 中国电网是伴随着电力工业的发展而不断扩展的，目前东北、华北、华东、 华中、西北和南方电网均已形成5 0 0 k v 主干网架，西电东送、南北互供、全国 联网的格局正在形成【1 1 。 我国用电负荷与发电能源分布很不均衡，东部地区负荷多而能源少，西北西 南地区能源多而负荷少。在能源中心建立大火电、水电基地，远距离、大容量将 电能输送到负荷中心是解决该矛盾的较好途径。这就需要建立全国能源传输通 道，进行“西电东送、南北互供、全国联网 ，在全国范围内实现能源优化配置。 远距离、大容量输电的需求带动了特高压输电技术的研究。 由于西电东送和南北互供等大容量、远距离送电的要求，内部过电压及潜供 电流问题在我国显得更加突出。电力系统的内部过电压指由于电力系统故障和 或开关操作而引起的电网中电磁能量的转化，从而造成瞬时或持续时间较长的高 于电网额定允许电压并对电气装置可能造成威胁的电压升高。内部过电压是电力 系统中的一种电磁暂态现象。内部过电压分为操作过电压和瞬时过电压两大类。 操作过电压是由断路器及刀闸操作和系统故障引起的暂态过度过程既包括断路 器的正常操作，也包括各种分闸的故障及其清除过程引起的过电压。 操作过电压具有幅值高、存在高频振荡、阻尼较强以及持续时间短等特点。 其对电器设备绝缘和保护装置的影响主要取决于其幅值、波形和持续时间。操作 过电压的波头陡度一般低于雷电过电压。 暂时过电压分为工频过电压和谐振过电压。电力系统中由于出现串、并联谐 振而产生的过电压称为谐振过电压，电力系统中的电感，包括线性电感、非线性 电感和周期性变化的电感，当系统发生故障或操作时，这些电感可能与串联或并 联的电容产生谐振从而引发谐振过电压。工频过电压的频率为工频或接近工频， 工频过电压产生的主要原因包括空载长线路的电容效应、不对称接地故障引起的 正常相电压升高、负荷突变等，它和系统结构、容量、参数及运行方式有关。一 般工频过电压幅值不高，但持续时间较长。工频过电压在特高压系统中有重要影 山东大学硕士学位论文 响：它的大小直接影响操作过电压的幅值；它是决定避雷器额定电压的重要 依据，进而影响系统的过电压保护水平；可能危及设备及系统的安全运行。本 文主要讨论工频过电压及其抑制措施。 潜供电流是单相重合闸过程中产生的一种电磁暂态现象。在特高压系统中普 遍采用单向自动重合闸消除单相瞬时性故障，当线路由于雷击闪络等原因发生单 相瞬时接地，故障相线路两侧断路器分闸后，由于健全相与故障相的电容和互感 耦合，弧道中仍然流过一定的感应电流，称为潜供电流。潜供电流是影响单相重 合闸成功率的重要因素。3 3 0 k v 及以上等级的系统电压高、线路长、输送容量大， 使得潜供电弧持续燃烧时间较长，有时甚至不能自熄，造成重合闸失败，因此需 要采取措施限制潜供电流及其恢复电压。 中国目前尚无特高压过电压的标准，在反复计算和比较，并吸取其他国家的 经验，特高压内部过电压限值暂取下列值： ( 1 ) 工频过电压：限制在1 3 p u 以下，在个别情况下线路侧可短时( 持续 时间不大于o 3 s ) 允许在1 4 p u 以下； ( 2 ) 相对地统计操作过电压：对于变电站、开关站设备应限制在1 6 p u 以 下。对于长线路的线路杆塔部分限制在1 7 p u 以下。 ( 3 ) 相间统计操作过电压：对于变电站、开关站设备应限制在2 6 p u 以下。 对于长线路的线路杆塔部分限制在2 8 p u 以下。 其中：1 o p u ；掣k v 表1 1 各国特高压系统过电压水平 国别前苏联日本意大利 最高工作电压( k v ) 1 2 0 01 1 0 01 0 5 0 工频过电压( p u ) 1 4 1 4 1 3 5 操作过电压( p u ) 1 6 1 81 6 1 7 1 7 从表1 - 1 中可以看出我国的过电压限制目标与其他国家基本相当，考虑到我 国单段特高压输电距离可能较长以及高海拔影响，若能合理地将我国的特高压过 电压限制在这个水平内，将有利于特高压系统的建设，提高特高压的可靠性。 2 山东大学硕士学位论文 1 2 国内外研究水平和发展趋势 从六十年代中期开始，随着电力系统的不断发展，为了适应大容量远距离输 电的需要，前苏联( 俄罗斯) 、美国、意大利、日本等国相继进行特高压输电技术 的开发研究。这些国家的研究计划和试验项目中均包括了系统内部过电压与绝缘 配合，并且取得了很多有价值的研究成果。 对于特高压输电系统，工频过电压显得尤为重要。这是因为特高压输电线路 担负远距离输电任务，随着输送距离的增长，线路的充电功率相当可观，工频电 压升高相对较大，持续时间较长的工频电压升高对于决定特高压系统电气设备的 绝缘水平将起重要的作用。由于并联电抗器的电感能补偿线路的对地电容、减小 流经线路的电容电流，削弱了电容效应，所以采用并联电抗器是限制特高压输电 线工频过电压最主要的手段。根据系统情况，适当的选择电抗器的容量及不同的 安装位置，不但可以降低线路的充电功率，也可以有效的将工频电压升高限制在 允许的限度之内。此外，一般工频电压升高常常会加剧操作时的过电压，因而并 联电抗器也有利于抑制操作过电压。 由于特高压输电系统存在着许多电容、电感元件以及各种补偿设备，故在系 统内部电容、电感参数配合不当时就会产生危险的谐振过电压。在电力系统设计 中，必须考虑各种可能的接线方式和操作方式，力求避免形成不利的谐振回路。 特高压输电线路上常见的操作过电压有切除空载线路过电压、合闸过电压等。操 作过电压的能量来源于系统本身，其过电压的幅值与系统的额定电压大致存在一 定的倍数关系，且随着系统额定电压的提高而增长。对于特高压系统，如果仍按 2 2 0 k v 及以下系统的3 4 倍额定电压的操作过电压考虑，势必导致设备绝缘费用 的迅速增加，进一步影响到设备的造价、工程的投资等经济指标。因此，特高压 系统中采取哪些措施将操作过电压限制在一定水平之下，成为国内外学者研究的 热点课题。 限制操作过电压的措施各不相同。对于跳闸过电压，避免断路器触头发生重 燃是限制跳闸过电压的根本措施，因此改善断路器结构，提高触头间介质的恢复 强度和灭弧能力能有效限制跳闸过电压。除此以外，给断路器加装用于限制跳闸 过电压的并联电阻也可有效限制跳闸过电压。对于线路侧接有电磁式电压互感器 的情况，由于线路开断瞬间线路电容上的残余电荷可通过互感器放电，因此跳闸 3 山东大学硕士学位论文 过电压可得到有效限制。随着断路器制造水平和灭弧能力的提高，跳闸过电压得 到了有效的抑制，于是合闸空载线路过电压就成为特高压系统绝缘的主要矛盾， 尤其是重合过电压则是选择特高压输电线绝缘水平的决定性因素。限制合闸过电 压的措施很多，首先是降低工频电压升高，可通过线路上接入并联电抗器来达到 该目的。另外，对于双端电源供电的输电线路而言，让电源容量较大的一侧先进 行合闸操作，也是降低工频电压升高的有效措施。再者，削弱合闸前线路残余电 压、给断路器加装合闸电阻、采用磁吹避雷器等都是抑制合闸过电压的有效手段。 简而言之，断路器的操作是大部分操作过电压的起因，因此操作过电压与继电保 护的动作特性是密切相关的。通过研究特高压输电线过电压、保护与自动装置的 动作配合关系，进而有效抑制操作过电压己成为重点研究的课题。 对于过电压的计算，因为电力系统中的电磁暂态过程往往是很复杂的，所以 解析方法只适用于过电压的原理分析和简单情况下的计算。按照电网实际工程条 件计算过电压，则必须借助于模拟方法和数值计算方法。最早分析系统内部过电 压的传统方法是使用模拟装置，即内部过电压模拟装置，或称瞬态网络分析仪 ( t n a ) 。模拟装置的优点在于能够形象地深入了解现象的发展过程，但由于受到 设备的限制，很难改变系统的接线和调节元件的特性。随着计算机的发展和广泛 应用，网格法( 可用等值线段来代替储能的集中参数元件电感和电容) ，以及贝杰 龙( b e r g e r o n ) 特征线方法在工程计算中被大量采用。电力系统过电压的数值计算 方法也由此迅速发展起来。以b e r g e r o n 特征线方法为基础，经过h w d o m m e l 等人的研究和完善，并经过许多的共同努力而完成的电磁暂态计算程序e m t p ， 己经成为国际上普遍采用的大型计算程序。该程序应用数值计算方法研究电力系 统过电压等电磁暂态过程，在通用性、灵活性、计算精度和功能等方面均可以满 足在电网实际条件下计算各种类型过电压的工程要求。 1 3 本文的主要研究内容 本文在总结以往研究工作的基础上，致力于建立层次分明的、可靠的、精确 的电磁暂态仿真模型，分析计算线路在正常和故障情况下的过电压等情况，主要 内容如下： ( 1 ) 以我国特高压示范工程为基础，分析计算了空载线路引起的电容效应 及其过电压，甩负荷引起的过电压，线路故障引起的过电压等工频过电压，分析 4 山东大学硕士学位论文 了不同并联电抗器补偿度，并联电抗器的安装位置以及其故障点的位置对其值的 影响。 ( 2 ) 针对空载线路的合闸( 重合闸) 过电压及分闸过电压，本文仿真分析系 统参数和并联电抗器补偿度等因素对过电压倍数的影响，并给出了不同分合闸电 阻值和避雷器配置方案对操作过电压抑制的效果。 ( 3 ) 电力需求的增加，为减少输电线路走廊、降低单位容量线路造价、提高 线路输送能力，同塔双回、大容量的特高压输电系统成为必然。本文简要阐述了 感应电压、电流产生的机理，针对特高压线路的具体实例，对其进行了较全面地 仿真，研究了杆塔结构、并联电抗器、接地刀闸接地电阻等因素对其值的影响， 为特高压输电工程的建设提供了理论依据。 ( 4 ) 本文详细归纳总结了特高压熄灭潜供电弧的几种方法，分析了各种方法 的优缺点以及应用范围，为特高压输电线路熄灭潜供电弧提供参考和依据。 5 山东大学硕士学位论文 第2 章特高压线路工频过电压 2 1 引言 特高压系统具有远距离，大容量，低损耗的送电能力，具有显著的经济效益 和社会效益。建立特高压电网将有助于实现更大范围内的资源优化配置，是我国 电网发展的必然趋势。 电力系统过电压是发展特高压电网必须研究的课题，也是特高压电网绝缘水 平的决定因素。工频过电压作为内部过电压的一种，在特高压系统中有着重要影 响。它主要包括空载线路电容效应，不对称故障以及甩负荷过电压。本文针对我 国的第一条特高压交流输电试验示范工程晋东南南阳荆门进行了仿真分析，研 究了其在各种工况下的工频过电压以及抑制措施。 输电线路主要参数 a ) 晋东南南阳荆门单回百万伏级输电示范工程，总长度为6 4 0 k m ，其中晋 东南南阳线路长度为3 5 0 k m ，南阳晋门长度为2 9 0 k m 。 b ) 输电线路的杆塔结构参数结构采用源自中国电力工程顾问集团公司在 2 0 0 5 年提出的交流1 0 0 0 k v 特高压线路工程草案，杆塔形状和尺寸如下图2 1 所 示，线路采用均匀换位。输电线路充电功率近似为：3 8 0 5 2 m v a r 1 0 0 k m 。 c ) 电源侧电压为1 0 7 8 k v ，电源端阻抗参数值为：z o = 6 7 5 + j 3 4 q ， z l = 6 7 5 4 - 3 4 q 。 d ) 输电线路两端和中间安装避雷器，其参数采用日本特高压系统中c 型金 属氧化物避雷器的参数，雷电流为2 0 k a 和1 0 k a 时的雷电冲击残压分别为 1 6 2 0 k v 和1 5 5 0 k v 。 e ) 输电线路传输的功率为：s = 2 3 0 0 m v a 。 f ) 电压基值为：下1 1 0 0 4 2 ：8 9 8 k v 。( 文中所有表格中值为标么值) 6 山东大学硕士学位论文 圈2 - 1 特高压线路杆塔结构 单回特高压输电系统结构图如图2 2 所示： 十! 二十，! 斗 晋东南 南m 荆f 图2 - 2 单回特高压输电线路结构图 2 2 空t 线路的电軎效应 主要研究内容： a ) 分析计算空载线路未并联电抗器时沿线的电压分布。 b ) 分析计算并联电抗器安装在不同地点时的沿线电压分布。 c ) 分析计算不同并联电抗器补偿度下的沿线电压分布。 计算及仿真结果： 表i - 1 未安装并联电抗器时空载电容效应引起的工频过电压 空载线路沿线电压分布 晋东南一南阳 南阳荆仃 l 2 l 4 ，ll - 4 l ll - 3 4 l l l = 4 “， l - i 4 1 2 l - 2 j 4 12 l - 3 4 1 2 l = 4 4 12 1 1 7 9 基 ：尸 ，j ， 一7 f 图2 - 3 空载线路沿线电压分布 孽一 一萨fiirtli_f11i 山东大学硕士学位论文 表2 - 2 线路酋端( 肾东南侧) 安装并联电抗器时空载电容效应引起的 _ ：频过电压 首端安装并联电抗嚣时沿线电分布 晋东南南阳 南阳- 荆门 补偿度 l - i 4 1l - 2 4 ，【l = 3 4 1 ll = 4 4 l l l - l 4 12l = 2 4 12 l - 3 4 ，2l - 4 4 ，z 6 0 1i b 5l3 1 6l3 4 4l3 4 6 9 0 l0 9 9l2 1 012 5 4 12 8 i1 2 9 913 0 9 10 8 l12 9 4 12 7 01 2 8 8l2 9 8 首女m 安端并联电批辑：晋东商_ l 封陌 酗2 4 不同并联补偿度下首端安装并联电抗器时线路电压分布 表2 - 3 线路中间( 南阳侧) 安装并联电抗器时空载电容效应引起的工频过电艇 线路中间宣装井联电抗器时枯境电拖丹布 补偿度晋东南- 南阳南阳荆门 l - i e l l l = 2 h ， l = 0 4 l il - 1 4 4 1 l l = l 4 lz l = 2 4 l i l - 3 m2l = 4 4 l 2 6 0 10 5 8 1 0 7 8 1 0 8 9 1 0 9 0l 1 1 4 1 1 3 0 1 1 4 0l l l 0 9 9 2 1 0 3 0 i - - ；j 一一。1 一 “l l ；篓裂碰 j ，十一一 图2 - 5 不同并联补偿度下中间安装并联电抗器时线路电压分布 ， 蓦 山东大学硕士学位论文 表2 4 线路末端( 荆门侧) 安装并联电抗器时空载电容赦应引趋的工频过电压 线路末端安装并联电扰嚣时沿线电压分布 偿度 晋东南南阳l晋东南。甫用 l = i 4 1 ，il = 2 4 1 - i 7 1 i 叫l = i 4 1 ：ll - 。2 4 1 小，：i 7 ： i * o i1 ”l 1 0 9 1 1 0 9 2 l 1 6 1 o ”i 10 5 4 l 1 ”8 1 i 1 ”5 1 l1 ”l ”lo ”l ”l o ” i ”l 10 1 01 0 0 10 9 8 5 f “”l0 , 9 3 7 | “”0 8 6 8 w 女目* # e n ；m 日- m f l 。一一1 一 嚣嚣菇磊 、1 1 、 “、 图2 - 6 不同并联补偿度下末端安装并联电抗器时线路电压分布 表2 - 5 线路首末两端( 晋东南，荆门侧) 同时安装并联电抗器时空载电容效应 引起的工频过电压 首末端安装并联电抗器时沿线电压分布 晋东南南阳晋东南南阳 补偿度 l - i 4 1 ll - 2 4 l ll - 3 4 l ll h i 4 1 ll = i 4 1 2l = 2 4 1 2l 3 4 1 2l = 4 4 1 ： 1 0 3 0 l “0 5 6l 1 0 7 2 i “0 7 7j1 ”l ”l 1 4 l 1 童 t _ 口# _ m m = ；：毳；e 霪 一 。 、。 图2 - 7 不同并联补偿度下首末端同时安装并联电抗器时线路电压分布 表2 4 5 线路首末两端及中间同时安装并联电抗器时空载电容效应引起的工频过电压 山东大学硕士学位论文 苗束靖及中间同时安装并联电抗嚣时沿线电压分布 晋东南南阳 晋东南南阳 朴偿度 l = u 4 i ll = 2 4 1 l - 3 4 l l - 4 t 4 1 l l = i 4 12l = 2 1 4 12l = 3 4 12l - 4 1 4 12 图2 - 8 不同并联补偿度下首末端及中间同时安装并联电抗器时线路电压分布 分析： ”空载线路因为电容效应而产生的电压升高较为严重，线路末端电压最高， 从线路末端到电源侧，沿线电压逐渐减小。 2 ) 安装并联电抗器后能有效抑制空载线路的电容效应。随着并联电抗器补 偿度的增大，线路上同一点处的电压逐渐减小。 3 ) 并联电抗器的安装位置影响沿线电压的分布：安装点的位置电压改善较 为明显，离并联电抗器安装点越远，电压改善效果越小。当在线路首端( 表2 - 2 ) 安装并联电抗器时，从电源侧道线路末端，电压逐渐增大，末端电压仍然最高。 当在线路中间安装并联电抗器时( 表2 3 ) ，线路中间的电压较小，两端电压较高。 当在线路末端安装并联电抗器时( 表2 _ 4 ) ，线路末端的电压较小，首端和中间电 压较高，不同补偿度下，沿线电压最高点出现的位置不同。 4 ) 当线路首末端同时安装并联电抗器时( 表2 - 5 ) ，线路中间电压晟高，两 侧电压较低。与表2 - 3 、表2 4 相比，同一补偿度下沿线的电压偏高。线路首末两 端及中间同时安装并联电抗器时( 表2 6 ) ，沿线电压改善效果并不明显。 综合以上几种方法的比较考虑，在线路末端安装并联电抗器对于抑制空载线 山东大学硕士学位论文 路的电容效应能够取得较好的效果。同时，并联补偿度的选取应根据实际情况的 无功传输和潜供电弧等因素综合确定。 2 3 甩负荷引起的过电压 当输电线路重负荷运行时，由于某些原因线路末端断路器突然跳闸甩掉负 荷，此时引起严重的工频过电压。 主要研究内容： a ) 分析计算并联电抗嚣安装在不同地点时甩负荷引起的工频过电压。 b ) 分析计算不同并联电抗器补偿度下甩负荷引起的工频过电压。 仿真及计算结果如下； 表 7 线路中问( 南阳侧) 安装并联电抗器时甩负荷引起的工频过电压 圈2 - 9 不同补偿度下线路中间安装并联电抗器时线路电压分布 表2 - 8 线路末端( 荆门侧) 安装并联电抗器时甩负荷引起的工频过电压 补偿m 甩负荷时沿线电压分布 晋东南- 南阳 南m 荆门 l = i 4 ，】 l2 m 】 l - 3 4 ，l l - 4 h ， l - i 4 ，2 , - 2 4 ，2 - 3 4 12l - 4 4 l2 9 0 09 蛇 l o “ 1 10 5 91 0 7 71 , 0 7 910 6 610 4 510 1 80 9 8 4o9 4 3 山东大学硕士学位论文 一h _ _-_ 一 l = ：；：然 p ；l 、 、 。 囤2 - 1 0 不同补偿度下线路末端安装并联电抗器时线路电压分布 表2 - 9 线路首末两端( 晋东南，荆门侧) 同时安装并联电抗器时甩负荷引起的 工频过电压 补偿度 甩负荷时沿线电压分布 晋东南南阳 晋东南南阳 l = i 4 1 1l = 2 4 l ll = 3 4 j l l = 4 4 l ll - 1 1 4 1 2l = 2 4 1 2l = 3 f 4 2l = z w 4 2 1 0 “10 5 8 l 0 8 8 1 1 1 5 * a 自* $ ：* m m ”5 r r ； + 叶_ _ 、! i 气、。弋 土一 一；j 气_ 图2 - 1 1 ：不同补偿度下线路首末端同时安装并联电抗器时线路电压分布 裹2 - l o 线路首束两端及中间同时安装并联电抗器，甩负荷时引起的工期过电压 补偿度 甩负荷时沿线电压分布 晋表南南阳 晋东南南阳 l = i 4 1 ll = 2 4 1 1l = 3 4 l ll = 4 4 1 1 l = i 4 i2l - = 2 4 f2 l = 3 4 1 2 l = 州f 2 9 0 1 0 0 10 5 710 8 6 ，卣脚 山东大学硕士学位论文 漪拽电压分布；瞢末商一甫暇 ，一 一h l 、 圈2 - 1 2 ；不同补偿度下线路首末端及中间同时安装并联电抗器时线路电压分布 分析： 1 ) 比较表2 - 3 和表2 - 7 ，表2 - 4 和表2 8 ，表2 5 和表2 9 ，表2 6 和表2 1 0 。相同 条件下，甩负荷引起的工频过电压比空载电容效应引起的工频过电压更为严重。 2 ) 比较表2 - 7 ，表2 8 和表2 9 可知，线路末端安装并联电抗器时，抑制甩负 荷引起的工频电压升高效果最好。 3 ) 当线路首末两端及中间同时安装并联电抗器时( 表2 1 0 ) ，与表2 8 相比， 效果并不是很列显。同一条件下，沿线有些电压相对较高，有些电压相对较低。 综上比较所述，在线路末端安装并联电抗器仍然是抑制甩负荷引起的工频电 压升高的最佳选择。 2 4 线路教障引起的过电压 不对称短路是电力系统中最常见的故障形式，当发生单相或两相接地故障时 ( 特高压线路主要考虑单相接地故障) ，健全相上的电压会升高。 主要研究内容： a ) 分析i , t 算故障点出现在不同位置时引起的r 频过电压。 b ) 分析计算并联电抗器安装在不同地点时线路故障引起的工频过电压。 c ) 分析计算不同并联电抗器补偿度下线路故障引起的工频过电压。 计算结果： 表2 - 1 i 线路中间( 南阡侧) 安装并联电抗器时线路故障引起的丁频过电压( 补偿度9 0 ) 山东大学硕士学位论文 线路故障时沿线电压分布 故障点距线路 晋东南南目南阳荆门 首瑞的距离 l = 1 4 1 l l = 2 4 l j1 - - 3 4 l l l 一4 4 1 1l = i 4 1 2 l ；2 4 1 2l t 3 j 4 ，i l = 4 1 4 1 2 l ；i 4 1 i l0 9 410 7 4 1 1 2 l 1 1 3 2 l 2 h ，10 7 61 1 3 71 1 1 61 1 6 51 1 7 8 l - 3 j 4 1 i 1 0 6 3 l l l 6 1 1 6 01 1 3 9 1 1 9 1 12 0 3l2 0 8 l - 4 4 1 【 1 1 5 0 1 1 8 01 2 0 2 型l 羔篡二 一 l ，f 一 。吖7 7 | 兰j2 - 1 3 不同故障点处线路中间安装并联屯抗器时线路电压分布 表2 1 2 线路末端( 荆门侧) 安装并联电抗器时线路故障引起的工频过电压( 补偿度9 0 线路故障时沿线电压分布 故障点距线路 晋东南南阳南阳荆门 首端的距离 l = i 4 i l 1 = 2 4 ，ll = 3 4 l l l - 4 4 l il = i 4 1 2 l - - 或4 1 2 l = 3 1 4 i2l 亡4 4 12 i - - i 4 1 l 1 1 1 5l ，1 2 61 1 2 31 1 0 8l0 8 8l m 5 909 7 9 l - 4 2 4 1 1 1 1 4 8l0 9 6i 0 5 71 0 1 2 l = 3 1 4 1 t l0 7 5 l 1 3 21 1 8 2 1 1 6 61 1 4 4 l l l 3l0 2 7 l - - 4 4 1 i 10 6 81 1 5 61 1 8 51 1 6 21 1 3 010 9 010 4 2 国2 一1 4 不同故障点处线路莱端安装并联电抗器时线路电压分布 山东大学硕士学位论文 表2 - 1 3 线路末端( 荆门侧) 安装并联电抗器时线路故障引起的工频过电压( 补偿度6 0 ) 故障点距线路线路故障时沿线电压分布 首端的距离晋东南- 南阳南阳一荆门 l - l h l ， l = 2 4 1 l1 - 3 4 ，l - = 4 4 1 il = i 4 2 l = 2 4 l2 l = 3 4 ，2l - = 4 4 l 】 l = i 4 i l 1 1 5 31 1 7 91 1 8 81 1 7 2 l - - 2 4 1 l 1 1 3 112 2 4l2 4 2l2 3 5i ，2 1 81 1 5 9 l = 3 4 l l 1 1 1 61 1 9 512 6 4l2 5 712 4 01 1 7 8 l - 一i 4 1 1 1 0 71 1 7 412 2 8l2 8 0l2 7 l12 5 4l2 2 7 ， 一 ；厶，t 。、；、 l ，k ml ，k m 图2 - 15 不同故障点处线路末端安装并鞋电抗器时线路电压分布 表2 - 1 4 线路两端安鞋井联电抗器时线路故障引起的工频过电压( 补偿度9 0 ) 故障点距线路线路故障时沿线电压分布 首端的距离晋东南南阳南阳荆门 l = i 4 i 【l = 2 4 1 l = 3 4 l il - 4 4 l l l - i n l z l = 2 4 l2l - 3 4 l2 - 4 4 1 2 l = i 4 1 1 l1 7 6l2 0 ll2 1 31 2 1 4l2 0 7 l2 4 1 l 1 2 1 912 4 51 2 5 812 5 212 3 5 l = 3 4 l i 11 0 212 7 012 8 3 l - 4 4 1 1 l1 6 8i2 8 9 一。二* 4 ： ，一： ，一，；帅叫= = ：= 二： 。，一中； ： x ， 、i ： “龟i 圈2 一1 6 不同故障点处线路两端安装并联电抗器时线路电压分布 山东大学硕士学位论文 分析： 1 ) 线路故障引起的工频过电压比甩负荷、电容效应引起的工频电压升高更 为严重，电压值更大。 2 ) 故障点的位置对于线路故障引起的工频电压升高，影响很大。 3 ) 比较表2 1 2 ，表2 1 3 可知，并联电抗器能有效抑制线路故障引起的工频 电压升高，且随着电抗器补偿度的增大，抑制效果更为明显。 4 ) 比较表2 1l ，表2 1 2 可知，线路末端安装并联电抗器时，虽能有效抑制线 路末端的工频电压升高，但是此时线路靠近首端处电压值较大。此时线路上应注 意首端的绝缘配合。当在线路中间安装并联电抗器时，情况则相反，此时应注意 线路末端的绝缘配合。 5 ) 对于线路首末两端同时安装并联电抗器时，抑制线路故障引起的工频过 电压，电压改善效果并不明显。 2 5 本章小结 1 ) 并联电抗器能有效抑制特高压输电线路的工频过电压，且随着并联电抗 器补偿度的增大，输电线路的工频过电压值减小。 2 ) 并联电抗器安装在线路末端的抑制效果较安装在线路首端以及首末两端 同时安装好。 1 6 山东大学硕士学位论文 。3 1 引言 第3 章特高压线路操作过电压 在超特高压系统中，操作过电压是决定系统绝缘水平和设备绝缘选择的重 要因素之一。在初期的中性点绝缘的电网中，单相间隙弧光接地引起的过电压最 引人注意。随着线路长度和传输容量的增加，电网额定电压的提高，系统中性点 采用直接接地，开断空载变压器( 切空变) 和开断空载线路( 切空线) 过电压问 题就突出，由于切空变过电压的能量较小，可用避雷器保护，因而切空线过电压 过电压成为高压电网中典型的操作过电压。超特高压远距离输电线路中，空载 长线的电容效应会引起较大的工频过电压升高，在此基础上出线幅值很高的合闸 ( 重合闸) 过电压。 多数国家研究表明，特高压输电过电压水平可限制到1 5 1 6 p u ，比超高压 电网低得多。深度限制操作过电压水平成为解决特高压输电技术的关键课题。一 般研究者认为，对特高压输电必须同时采用开关并联电阻和高性能的z n o 避雷 器，才能将操作过电压限制在1 5 1 6 p u ，只靠单级合闸电阻难以达到。还有人 提出沿特高压线路装设多组z n o 避雷器，即采用每间隔几个挡距装一组避雷器 的方法来限制各种操作过电压。本报告针对空载线路的合闸( 重合闸) 过电压及 分闸过电压，仿真分析系统参数和并联电抗器补偿度等因素对过电压倍数的影 响，并给出了不同分合闸电阻值和避雷器配置方案对过电压抑制的