220kV 电力电缆线路合闸操作过电压分析

220kV电力电缆线路合闸操作过电压分析摘要：220kV电缆线路的过电压，主要由开断和关合线路断路器引起的，在高压电网中切除空载电缆线路过电压已被限制，关合（重合）电缆线路过电压是确定绝缘水平的主要矛盾，进行关合电缆线路过电压分析，并研究其过电压的限制措施，工程实际设计施工中，考虑防范措施，降低操作过电压水平，对电缆线路稳定安全运行至关重要。关键词：220kV；电力电缆；操作过电压；引言随着国民经济的发展，电网规模的扩大，电力传输技术也在不断进步，可用的线路走廊日趋紧张，电缆线路因占地面积小，对环境影响小，逐渐取代架空线路，成为城市地区电力能源运输的主要渠道。目前，220kV电缆线路已在众多省会城市被更多地使用，因此，电力电缆作为电力传输的载体，在电力系统输变电过程中作为重要的电力设备，直接影响电网的安全性和可靠性。高压电缆通常是封闭的小型结构，通常埋在地下，一旦发生故障，故障点的位置和维修就会面临很大的困难。工作经验表明，除机械损伤外，电缆故障主要与过电压和电缆系统本身的绝缘材料和结构密切相关。与此同时，对于220kV高压电缆，接地电容比较大，特别是对于长距离电缆线路，关闭空载线路运行过电压不能忽视电缆的安全稳定运行。因此，进行关合电缆线路过电压分析，对电缆的稳定运行和故障分析具有十分重要的作用。1电缆线路中存在的过电压问题过电压是指电力系统在一定条件下出现超过规定值的电压故障。过电压的原因多种多样，通常分为外过电压和内过电压。外过电压也称为大气过电压，这通常是由于大气中电子对设备放电造成的。过电压可达数百万伏特，可能对电力系统中的设备产生重大不利影响。可能会严重破坏电气设备的绝缘，导致短路故障。内过电压通常由系统的运行方式引起，对于220kV电缆线路引起的过电压，主要由开断和关合线路断路器引起的，电力系统工作人员需要高度重视避免操作过电压问题，采取措施确保电缆线路的稳定安全运行。2电缆线路过电压分析220kV电缆线路相当于一个容性负载。在断路器开断工频电容电流过零熄弧后，便会有一个接近幅值的相电压被残留在线路上。若此时断路器触头发生重燃，相当于一次合闸，使线路重新获得能量。电压波的振荡反射，使过电压按重燃次数依次递增。开断220kV电缆线路过电压具有明显的随机性。断路器触头的重燃、重燃后电弧熄灭的角度和断路器的同期性能等都是随机容量，因而使这种过电压难以进行定量计算，大多需要借助实测统计。过电压的大小尚与母线电容量、出线回路数、线路长度、电源阻抗等因素有关。但是，只要断路器不发生重燃，这种过电压将不会超过2倍，且这种过电压幅值符合正态分布规律，一般不会危及电缆绝缘，造成事故。关合（重合）空载电缆线路时，电压波行至终端产生反射，形成接近2倍末端电压的过电压。它由工频分量和逐渐衰减的高次谐波分量迭加而成。线路重合时，由于电源电势较高和线路上存在着残余电压，将使这种过电压更高，会危及电缆绝缘，引起短路事故。影响过电压的数值的主要因素如下：⑴工频暂态过电压是关合电缆线路过电压的强制分量，所以影响工频暂态过电压的诸因素也是影响关合（重合）空载电缆线路过电压的因素。合闸相角:合闸时，电源电压与线路残余电压极性相反，尤其在合闸相角接近为0时，过电压将最大。线路残余电压:断路器开断线路，电容电流过零熄弧时，滞留在线路上的电荷形成残余电压。其值与断路器开断性能和线路泄漏状况有关。重合闸:永久性故障的健全相工频过电压比瞬时接地时要高。所以，不成功的重合闸过电压幅值高于成功的重合闸过电压。单相重合闸与关合空载长线相同，因为故障相在跳闸后残余电压很小。断路器同期性能:三相动作不同期时，因为相间耦合，会使后合闸相上的残余电压增加10%-30%。3电缆线路过电压的抑制措施限制开断电缆线路过电压的主要措施是采用不重燃或重燃率较低的断路器，如六氟化硫断路器，我国220kV及以下电网，六氟化硫断路器已经大面积普及，在开断220kV电缆线路时重燃率较低。另一个主要措施是在断路器加装分闸并联电阻，并联电阻在开断过程中短时接人回路，可以泄放残留电荷、降低恢复电压，从而避免重燃或降低重燃过电压。由于在超高压电网中切除空载电缆线路过电压已被限制，关合电缆线路过电压成为确定绝缘水平的主要矛盾。在工程设计中应对此类过电压的分布进行预测。预测时的条件可考虑:线路断路器合闸前，电源母线电压为电网最高工作电压:成功的三相重合闸前，线路受端曾发生单相接地故障:非成功的三相重合闸时，线路受端有单相接地故障。限制关合(空载电缆线路过电压的措施如下：降低工频暂态过电压:限制工频暂态过电压的措施，也是限制关合空载长线过电压的措施。削弱线路残余电压:采用单相重合闸能够避免残余电压的影响;线路上若装有电磁式电压互感器，残余电荷可在0.04s以内基本泄入大地;断路器若装有数千欧中值分闸并联电阻，会在开断过程中给残余电荷提供个泄漏途径;采用同期性能好的断路器，可减少相间耦合电压。在进行合闸前，将线路两端的接地开关闭合，以降低线路的残余电位，以降低合闸过电压水平。同步合闸:合闸过电压随着合闸相角的增大而减小，因此在进行合闸操作时，应尽量保证合闸相角接近90°，以降低合闸过电压。通过自动控制装置，实现断路器的断口间无电压合闸，使暂态过程降低到最微弱的程度，这种措施费用昂贵一般不采用。⑷采用带合闸电阻的断路器:这是限制合闸过电压的主要也是最有效的措施，合闸过程是先合辅助触头后合主触头。两个阶段对阻值的要求是不同的。在合辅助触头时的第一阶段，电阻对振荡起阻尼作用，使过渡过程中的过电压最大值有所降低，电阻阻值越大，过电压就越小，所以希望选用较大的阻值；合闸的第二阶段，将电阻短接，使线路直接与电源相连，完成合闸操作。在第二阶段，电阻阻值越大，过电压也越大，所以希望选用较小的阻值。统筹考虑在某一适当的电阻下可将合闸过电压限制到最低。装设合闸电阻后，电阻消耗了合闸的高频能量，平滑了波形，显著降低了合闸过电压。⑸采用磁吹避雷器或氧化锌避雷器做为后备保护。合闸过电压往往延续数个半波，对于有间隙的避雷器，可能会多次动作，应注意校验其通流容量。结束语在高压电网中切除空载电缆线路过电压已被限制，关合电缆线路过电压成为确定绝缘水平的主要矛盾，为了减轻操作过电压对电气设备绝缘的影响，延长电缆的使用寿命，提出了合闸过电压防范措施，可有效地抑制操作过电压，防止送电过程中可能发生的绝缘击穿现象。建议工程设计施工时，对于220kV电缆线路可考虑以上防范措施，实际操作中在合闸操作之前，尽可能合上线路两端的接地开关，以降低电缆线路的残余电位，降低操作过电压水平。参考文献陈文坚.配电线路过电压保护探讨[J].科技风,2020(12):181.郑一鸣，刘石，刘浩军，曹俊平，李晨，蒋鹏，杨勇.220kV电力电缆线路合闸操作过电压分析[J].高压电器,2020,56(04):153-15