高海拔地区超高压输电系统的电气设计

高海拔地区超高压输电系统的电气设计第1页高海拔地区超高压输电系统的电气设计前 言本次设计的题目是《高海拔地区超高压输电系统的电气设计》 ，目的是通过本设计使我们进一步掌握系统设计规划的方法， 初步掌握了解超高压输电线路的特性和设计内容， 初步掌握了解在高海拔地区超高压输电系统的运行特性和绝缘设计方法， 作为一种方案选择，也将初步了解现代输电技术——超高压输电技术的基本知识。本次设计内容较宽，能使我们全面、系统、综合地运用各门学科知识。高海拔地区超高压输电系统的电气设计第2页第一章 网络方案设计电力网按职能可分为输电网络和配电网络，本次设计主要为输电网络。输电网络的主要任务是：将大容量发电厂的电能可靠而经济地输送到负荷集中地区。它通常由电力系统中电压等级最高的一级或两级电力线路组成， 系统中的区域发电厂（经升压站），和枢纽变通过输电网络相互联结。对输电网络接线方式的要求主要是：应有足够的可靠性， 要满足电力系统运行稳定性的要求， 要有助于实现系统的经济调度，要具有对运行方式变更和系统发展的适应性等。 用与连接远离负荷中心地区的大型发电厂的输电干线和向缺乏电源的负荷集中地区供电的输电干线常采用双回路或多回路，位于负荷中心地区的大型发电厂和枢纽变一般通过环形网络互相联结。网络的电压等级要与系统和规模相适应。§1-1 电力平衡及接线方案初步讨论一、对电源及变电站接线方案的规划电力系统的接线方式对于保证安全、优质和经济地向用电户供电具有非常重要的作用。电力网的接线方式通常按供电可靠性分为无备用和有备用两类。无备用接线的网络较简单，常用于农村电网中。有备用接线是指用电户可以从两个或两个以上方向取得电源的接线方式，其接线方式主要有：环网、双回路、双电源。双回路具有简单、运行方便、供电可靠、电压质量高的特点，但设备费用增加很多；环网是由一个或多个电源点和一个或多个负荷点通过线路连接而成的，它的供电可靠性很高，比较经济，但在运行调度和保护配置上要复杂些；双电源的供电可靠性则相当于两个电源的环网。高海拔地区超高压输电系统的电气设计第3页在进行接线方式规划时要从全网出发， 合理布局，消除薄弱环节，加强受端主干网络，增强抗事故干扰能力，使结构简化，降低网损，并注意以下几点：(1)网络发展应与电源发展配套，与下一级电压网络相协调，适应各地区电力负荷发展的需要，并对电源和负荷的变化有一定的适应能力；(2)电压质量符合标准；(3)系统运行安全稳定、调度灵活；(4)节约资金。在本次设计中，由于 2013年，A区将增水电容量300MW，故水电厂S1或S2将扩建，连接其的变电站 B1、B4也相应的要进行扩建；在 B区将增加增加火电容量（B7附近）3300MW，该区内的火电厂 F5要进行扩建，而变电站 B7也相应进行扩建；C区的火电厂F4的容量将增加到1000MW，则相应的变电站 B8、B9要进行扩建。下面就讨论各电源及变电站的接线方案。1、电源F4的输电方案火电厂F4位于负荷较少的C区，与之紧密相联的变电站有B7、B8、B9，其中B7是将三个区联系起来的枢纽变，且在C区有火电厂F3、在B区有水电厂S3，考虑三处电源的连接，则F4与B7、B8、B9的接线方式可有下列两种：高海拔地区超高压输电系统的电气设计第4页讨论：方案(1)是将F4与B7用双回路连接，与B8、B9不连接，若F4与B7因故断掉一回线，则通过F4向B7输送的电能就不能全部送出，最严重的两回线因故断线的话，则 F4的电能就不能送出，可靠性、安全性、灵活性将大大下降。方案(2)是将F4与B7、B8、B9分别用单回线相连，形成环网结构。若 F4与B7因故断线，则F4的电能可通过B8和B9向外供电，可靠性、安全性、灵活性均优于方案(1)，虽然此方案的线路较方案(1)长，但长得不多且对于供电要求的各方面都优于方案(1)，故选用方案(2)接线方式。2、电源F5的输电方案电源5位于B区，与之相邻的有枢纽变B7、B12B1至B12，它距离负荷中F心A区较近，故要求供电可靠性要高，其接线方案有以下两种：高海拔地区超高压输电系统的电气设计第5页讨论：方案(1)是将B7与F5相连并与500kV站B12相连，则与B7相连的有F3、F4

、F5三个电厂，而

B7又是将

C区、B区的电能输往负荷中心

A区的枢纽变，由于输送电量较大，就使得 B7至负荷中心的回路数增加或采用导线截面较大的导线，以致工程投资将会增加，倘若

B7至

B12线路发生故障，则A区的电能将会大幅度的下降，严重时可能会使电网瓦解。方案(2)是将F5并与B12相连，将F5接入500kV输电线，使接入B7的电源减少，而B12成为500kV变电站的枢纽变，这样C区的电能通过F3→B8→F4→B9→S3→B12和F5→B12送入A区，即便是B7至B12或B7至B4线路发生故障，F5电能仍能经500kV输电线送入A区；而F5至B12线路发生故障，其余F3、F4电能经220kV枢纽变B7送入A区。这样即满足了对A区的供电，又是供电可靠性、安全性、灵活性等增强。因此这个方案是可取的。方案(3)是将F5与B12、B7同时相连，形成一个三角环网，它虽然是方高海拔地区超高压输电系统的电气设计第6页案(2)得到了补充，但形成了220kV与500kV的环网，也造成不必要的资金浪费，故不采用。4、电源S3的输电方案水电厂S3位于负荷较少的 C区，与之紧密相联的变电站有 B7、B9，其中B7是将三个区联系起来的枢纽变，且与B7相连的有F3、F4、F5三个电厂，而B7又是将C区、B区的电能输往负荷中心A区的枢纽变，若将电厂S3再与B7相连，将增加B7的负担，故将S3接入500kV输电线，完善500kV输电网，同时避免因枢纽变B7发生故障，同时甩掉大量电源，造成电网的瓦解。综上所述，可得本次设计选用得输电方案。高海拔地区超高压输电系统的电气设计第7页D3S5 B10S2S1F3F6B1L64B3B11D2BDB8F1B5L3L13L9F2L8L1F4B7B6L11L4F5B12L10B13L12L5L2B9L7

A区B区图 例B2S3水、火电厂或等值电源S4C区500kV变电站或换流站200kV变电站已建500kV线路已建200kV线路待规划线路由上图可知：1、电源分布特点：在A区有两个火电厂 F1、F2，三个水电厂S1、S2、S5以及三个等值电源D1、D2、D3，其总的最大装机容量为3008.75MW；电网B区有火电厂F5，装机容量可达1200MW；电网C区将新建火电厂F4，加上原有的火电厂F3、F6，装机容量可达2000MW。此外，在电网的西南部还有两个大型水电站S3、S4，其装机容量为 2520MW。2、 负荷分布特点：高海拔地区超高压输电系统的电气设计第8页表一、2003年水平负荷预计表

单位：MW·小时A区B区C区合计Pmax32206537934666Pmin22864575233266Pcp25885246183732Tmax6000～70006000～70006000～70006000～7000由上表可知，电网的负荷集中在 A区。在丰小方式下，A区的电源功率大于负荷功率，能够满足 A区负荷的需求，但在枯大方式下， A区的电源功率小于负荷功率，则须从其它区域送入功率，以满足 A区负荷的需求。在 B区和C区的负荷则要小很多，而这两个区域的发电厂所发出的电能除供本区负荷外，还要将剩余电能通过输电线送往A区。二、对电力平衡的分析要求：初步估计典型运行方式下的潮流分布，确定各线路在各种运行方式下的PMAX。1、原理(1)电力平衡方程式：PGPLDPSPL备用容量ΣδΣ+PL——系统最大发电负（PLD+P荷）式中：PG————所有发电厂发出的有功功率的总和， 一般火电厂取额定装机容量PGN，水电厂在丰水期取 PGN，在枯水期取60%PGNPLDΣ————综合最大负荷，已考虑同时系数PS∑————厂用电负荷PL————网损高海拔地区超高压输电系统的电气设计第9页一般取12.5%PLDΣ=PδΣ+PL而备用容量=负荷备用+事故备用+检修备用+国民经济备用由于国民经济备用是为满足农业生产的超计划增长对电力的需求而设置的备用，本次设计中不予考虑。检修备用在设计时一般不考虑一台机检修，另一台运行的情况；检修备用与事故备用可用一台机兼用，故本次设计中不考虑检修备用。所以 备用容量=负荷备用+事故备用负荷备用=（2-5%）PLDΣ事故备用=（5-10%）PLDΣ或运行中最大一台机的容量。(2)计算时运行方式的选取系统中典型的运行方式有四种：丰大、丰小、枯大、枯小。2、对本设计采用平衡法进行计算：①平衡区域A区：（等值电源点不考虑运行方式的变化）发电容量：PG丰大=PF1+PF2+PS1+PS2+PS5+PD1+PD2+PD3=200+626+510+470+1100-240+213.75+129=3008.75MWPG丰小=PF1+PF2+PS1+PS2+PS5+PD1+PD2+PD3=200+626+510+470+1100-240+213.75+129=3008.75MWPG枯大=PF1+PF2+(PS1+PS2+PS5)×60%+PD1+PD2+PD3=200+626+(510+470+1100)×60%-240+213.75+129=2176.75MWPG枯大=PF1+PF2+(PS1+PS2+PS5)×60%+PD1+PD2+PD3=200+626+(510+470+1100)×60%-240+213.75+129高海拔地区超高压输电系统的电气设计第10页=2176.75MW备用容量：丰大、枯大 P备=12%PLDΣ=3220×12%=386.4MW丰小、枯小P备=12%PLDΣ=2286×12%=274.32MW发电负荷：丰大、枯大 PF=3220×(1+0.125)=3622.5MW丰小、枯小PF=2286×(1+0.125)=2571.75MW②平衡区域B区：发电容量：丰大、枯大、丰小、枯小 PG=PF5=1200MW备用容量：丰大、枯大 P备=12%PLDΣ=653×12%=78.36MW丰小、枯小 P备=12%PLDΣ=457×12%=54.84MW发电负荷：丰大、枯大 PF=653×(1+0.125)=734.625MW丰小、枯小PF=457×(1+0.125)=514.125MW③平衡区域C区：发电容量：丰大、丰小 PG=PF3+PF4+PF6+PS3+PS4=400+1000+600+1320+1200=4520MW枯大、枯小PG=PF3+PF4+PF6+(PS3+PS4)×60%=400+1000+600+(1320+1200)×60%=3512MW备用容量：丰大、枯大 P备=12%PLDΣ=793×12%=95.16MW丰小、枯小 P备=12%PLDΣ=523×12%=62.76MW发电负荷：丰大、枯大 PF=793×(1+0.125)=892.125MW丰小、枯小PF=523×(1+0.125)=588.375MW④电力平衡表：高海拔地区超高压输电系统的电气设计第11页平衡区域运行方式发电容量发电负荷备用容量线路功率A区丰大3008.753622.5386.4-1000.15丰小3008.752571.75274.32162.68枯大2176.753622.5386.4-1832.15枯小2176.752571.75274.32-669.32B区丰大1200734.62578.36387.015丰小1200514.12554.84631.035枯大1200734.62578.36387.015枯小1200514.12554.84631.035C区丰大4520892.12595.163532.715丰小4520588.37562.763868.865枯大3512892.12595.162524.715枯小3512588.37562.762860.8653、计算各线路的 Pmax计算原则：按同型、功率与距离成反比；（MVA转MW取cosΦ=0.9）⑴确定L3和L6的Pmax对B8：PL6：PL3=(1/L6)：(1/L3)丰大、枯大时 PL6+PL3=2×120×0.9=216PL6：PL3=(1/20)：(1/109)解得：PL3=33.49MW；PL6=182.51MW丰小、枯小时 PL6+PL3=216×0.7=151.2PL6：PL3=(1/20)：(1/109)解得：PL3=23.44MW；PL6=127.76MW则：PL3max=33.49MW；L6max=182.51MW（丰大、枯大）P

线路名称L1、L9、L10L1、L9、L10L4、L8、L2、L13高海拔地区超高压输电系统的电气设计第12页⑵确定L5和L7的Pmax对B9：PL5：PL7=(1/L5)：(1/L7)丰大、枯大时 PL5+PL7=2×120×0.9=216PL5：PL7=(1/122)：(1/50)解得：PL5=62.79MW；PL7=153.21MW丰小、枯小时 PL5+PL7=216×0.7=151.2PL5：PL7=(1/122)：(1/50)解得：PL5=43.95MW；PL7=107.25MW则：PL5max=62.79MW；PL7max=153.21MW （丰大、枯大）⑶确定L4的PmaxPL4=PF4-PL3-PL5丰大、枯大时 PL4=1000-33.49-62.79=903.72MW丰小、枯小时 PL4=1000-23.44-43.95=932.61MW则：PL4max=932.61MW （丰小、枯小）⑷确定L8的PmaxPL8=PF3-PL6丰大、枯大时 PL8=400-182.51=217.49MW丰小、枯小时 PL8=400-127.76=272.24MW则：PL8max=272.24MW （丰小、枯小）⑸确定L9和L11的Pmax对B7：PL9+PL11=PL4+PL8-PB7丰大、枯大时 PL9+PL11=903.72+217.49-162=959.21MW丰小、枯小时 PL9+PL11=932.61+272.24-113.4=1091.45MW则：丰大、枯大时 PL9+PL11=959.21MW高海拔地区超高压输电系统的电气设计第13页PL9：PL11=(1/L9)：(1/L11)PL9：PL11=(1/120)：(1/15)解得：PL9=106.58MW；PL11=852.63MW则：丰小、枯小时 PL9+PL11=1091.45MWPL9：PL11=(1/120)：(1/15)解得：PL9=121.27MW；PL11=970.18MW则：PL9max=121.27MW；L11max=970.18MW（丰小、枯小）P⑹确定L1和L10的Pmax根据B区、C区平衡的结果：PL1+PL10=PA-PB-PC-PL9丰大时PL1+PL10=-1000.15-387.015-3532.715-52.02=-4971.9MW丰小时PL1+PL10=162.68-631.035-3868.865-83.08=-4420.3MW枯大时PL1+PL10=-1832.15-387.015-2524.715-52.02=-4795.9MW枯小时PL1+PL10=-669.32-631.035-2860.865-83.08=-4244.3MW则：|PL1max

+PL10max

|=4971.9MW

（丰大）PL1：PL10=(1/L1)：(1/L10)PL1：PL10=(1/115)：(1/100)解得：PL10=2659.39MW；L1=2312.51MW（丰大）P则：PL10max=2659.39MW；PL1max=2312.51MW （丰大）⑺确定L13的PmaxPL13=PF6丰大、枯大、丰小、枯小时 PL6=600MW则：PL13max=600MW （丰大、枯大）⑻确定L2的Pmax根据C区平衡的结果：PL2=PC-PL4-PL8-PL13高海拔地区超高压输电系统的电气设计第14页丰大时：PL2=3532.715-903.72-217.49-600=1811.51MW丰小时：PL2=3868.865-932.61-272.24-600=2064.02MW枯大时：PL2=2524.715-903.72-217.49-600=803.51MW枯小时：PL2=2860.865-932.61-272.24-600=1056.02MW则PL2max=2064.02MW （枯大）⑼确定L12的PmaxPL12=PF5丰大、枯大、丰小、枯小时 PL5=1200MW则：PL12max=1200MW （丰大、枯大）⑽线路的Pmax统计表线路名称线路长度（KM）Pmax（MW）Pmax的运行方式L11152312.51丰大L21202064.02枯大L310933.49丰大、枯大L4149932.61丰小、枯小L512262.79丰大、枯大L620182.51丰大、枯大L750153.21丰大、枯大L8130272.24丰小、枯小L9120121.27丰小、枯小L101002659.39丰大L1115970.18丰小、枯小L12181200丰大、枯大L1386600丰大、枯大三、输电方案的初步设计1、线路电压等级的选择高海拔地区超高压输电系统的电气设计第15页公式：UNL1的UNL2的UN

0.62P故可得：11030.62 2312.51115=480.88kV1 103 1150.62 2064.02 120=470.26kV1031200.6233.49109L3的UN

1 103 109

=57.38kVL4的UNL5的UNL6的UNL7的UNL8的UNL9的UNL10的UNL11的UNL12的UNL13的UN

0.62932.61149=347.76kV11031490.6262.791221103122=82.63kV0.62182.5120=59.83kV1103200.62153.2150110350=85.42kV0.62272.24130=176.98kV11031300.6212.27120=113.5kV11031200.622659.39100=491.69kV11031000.62970.1815=119.74kV1103150.62120018110318=145.67kV0.6260086=217.98kV110386参照上例计算结果，对 L1、L2、L10、L4、L8取标准值，L3、L5、L7、L9、L11、L13按计算本应取为110kV电压等级，但考虑到其在该系统中的重要性及可靠性，取为220kV电压等级，而L12因实际接入系统需要取为 500kV电压等级。则各条线路的电压等级如下表：高海拔地区超高压输电系统的电气设计第16页线路名称 电压等级（kV）L1、L2、L10、L12、L13 500L3—L11 2202、初步确定自然功率 Pn根据静稳极限，对于普通型导线，当L<150km时，一般取P/Pn=1.5，L>150km时，取P/Pn=1.2，各线路均采用普通型导线，则有：L1：Pn=2312.51/1.5=1541.67MWL2：Pn=2064.02/1.5=1376.01MWL3：Pn=33.49/1.5=22.33MWL4：Pn=932.61/1.5=621.74MWL5：Pn=62.79/1.5=41.86MWL6：Pn=182.51/1.5=121.67MWL7：Pn=153.21/1.5=102.14MWL8：Pn=272.24/1.5=181.49MWL9：Pn=121.27/1.5=80.8MWL10：Pn=2659.35/1.5=1772.9MWL11：Pn=970.18/1.5=646.79MWL12：Pn=1200/1.5=800MWL13：Pn=600/1.5=400MW3、确定回路数及每回上的 Pn对于单根普通导线 Pn值，220kV为125MW，500kV为1250MW，则：L1：n=1541.67/1250=1.2取n=2，每回Pn=770.83MWL2：Pn=1376.01/1250=1.1取n=1，每回Pn=1376.11MWL3：Pn=22.33/125=0.18取n=1，每回Pn=22.33MW高海拔地区超高压输电系统的电气设计第17页L4：Pn=621.74/125=4.97取n=4，每回Pn=155.44MWL5：Pn=41.86/125=0.33取n=1，每回Pn=41.86MWL6：Pn=121.67/125=0.97取n=1，每回Pn=121.67MWL7：Pn=102.14/125=0.82取n=1，每回Pn=102.14MWL8：Pn=181.49/125=1.45取n=2，每回Pn=90.69MWL9：Pn=80.8/125=0.65取n=1，每回Pn=80.8MWL10：Pn=1772.9/1250=1.4取n=2，每回Pn=886.45MWL11：Pn=646.79/125=5.1取n=4，每回Pn=161.7MWL12：Pn=800/1250=0.64取n=1，每回Pn=800MWL13：Pn=400/1250=0.32取n=1，每回Pn=400MW4、确定导线的截面与初选型号①导线截面的选择：按经济电流密度选择S

P3JUNcos式中：S——导线截面面积（mm2）P——输送功率（kW）UN——线路额定电压（kV）J——经济电流密度（A/mm2）。对于Tmax=5000以上小时的，取J=0.9A/mm2cosΦ——功率因数。取 cosΦ=0.9L1：S2312.51103=3296.71mm230.95000.9采用四分裂导线，可取线型为LGJQ-4×600；L2：S2064.02103=2942.63mm230.95000.9采用四分裂导线，可取线型为LGJQ-4×600；高海拔地区超高压输电系统的电气设计第18页L3：S33.49103=108.51mm230.92200.9取线型为LGJQ-240；L4：S932.61103=3021.65mm230.92200.9从前可知，L4有四回，线型考虑为 220kV线路，故采用双分裂导线，取线型为LGJQ-2×400；L5：S62.79103=203.43mm230.92200.9与L3相同，取线型为LGJQ-240；L6：S182.51103=591.33mm230.92200.9取线型为LGJQ-400；L7：S153.21103=496.4mm230.92200.9与L6相同，取线型为LGJQ-400；L8：S272.24103=882.06mm230.92200.9与L6相同，取线型为LGJQ-400；L9：S121.27103=393.9mm230.92200.9取线型为LGJQ-400；L10：S2659.35103=3791.16mm230.95000.9采用四分裂导线，可取线型为LGJQ-4×600；L11：S970.181030.9=3143.4mm230.9220L11有四回，线型考虑为 220kV线路，故采用双分裂导线，取线型为LGJQ-2×400；高海拔地区超高压输电系统的电气设计第19页L12：S1200103=1710.72mm230.95000.9采用四分裂导线，取线型为LGJQ-4×400；L13：S600103=855.36mm230.95000.9采用四分裂导线，取线型为LGJQ-4×400；②按导线长期允许电流校核：W 3UNImaxP Wcos 3UNImaxcos式中：Imax——导线持续容许电流（kA）UN——线路额定电压（kV）P——极限输送功率（MW）cosΦ——功率因数，取为 0.9L1：P350041.090.9=3398.18MW>2312.51MWL2：P350041.090.9=3398.18MW>2064.02MWL3：P32200.610.9=209.19MW>33.49MWL4：P322040.8450.9=1159.1MW>932.64MWL5：P32200.610.9=209.19MW>62.79MWL6：P32200.8450.9=289.8MW>182.51MWL7：P32200.8450.9=289.8MW>153.21MWL8：P32200.8450.9=289.8MW>272.24MWL9：P32200.8450.9=289.8MW>121.27MWL10：P350041.090.9=3398.18MW>2659.35MWL11：P322040.8450.9=1159.1MW>970.18MW高海拔地区超高压输电系统的电气设计第20页L12： P 3 500 0.845 0.9=2634.4MW>1200MWL13： P 3 500 0.845 0.9=2634.4MW>600MW从以上的结果可看出，所选导线截面均满足热容许电流要求（ L8导线截面近似等于热容许电流要求）。③按电晕校验导线截面：超高压线路的导线截面选择，电晕条件往往成为必须考虑的重要指标。导线电晕效应主要表现为增加送电线路的电能损失， 使绝缘老化及对附近通讯设施的干扰。输电线路运行电压高于导线的电晕临界电压时，就会出现电晕现象。电晕现象往往是限制导线截面积不能过小的主要原因， 所选导线的电晕临界电压应大于其最高工作电压。对220kV导线直径不小于21.3mm，500kV导线面积不小于1200mm2且海拔高度不超过1000m，可不必验算电晕。本次设计的各线路为高海拔地区，海拔高度超过1000m，故需对线路做电晕校核。电晕校核要求导线表面的最大场强Em≤0.9E0、Em≤EP（EP为无线电干扰的电场强度）。500kV线路电场强度限制条件0.9Eo为31.2kV/cm，无线电干扰水平Ep为28.8kV/cm。本次设计中具体的电晕校核在后面导线截面积的选择计算中做讨论。计算线路结果表线路名Pn（MW）/条回路数Pn（MW）/每回线型L11541.672770.842×LGJQ-4×600L21376.0111376.01LGJQ-4×600L322.33122.33LGJQ-240高海拔地区超高压输电系统的电气设计第21页L621.744155.444×LGJQ-2×4004L541.86141.86LGJQ-240L121.671121.67LGJQ-4006L7102.141102.14LGJQ-400L181.491181.49LGJQ-4008L980.8180.8LGJQ-400L1772.92886.452×LGJQ-4×60010L11646.794161.74×LGJQ-2×400L8001800LGJQ-4×40012L134001400LGJQ-4×400第二章 输电系统设计§2—1 概述一、输电线路在电力系统中的作用及其重要性输电线路是电力系统中不可缺少的重要环节，这个问题在前面介绍，下面再作一些补充。众所周知，输电设施把电力系统联系为一体，使系统中分散的电源点向任何用电单位供电，这对系统的发电成本和供电可靠性都有作深远的影响。分散的电力系统，适当容量的互联输电，可使这些系统联成一个整体来运行，形成更大的电力网，实现优势互补，增大系统容量。这对互联的各系统都有利，并可在系统中采用大容量的发电机，以降低发电成本。系统互联后，通过经济调度和合理安排运行方式，让效率高的发电机承担系统基载，开停迅速或效率低的发电机承担系统调峰任务。在计划停电或事故情况下，可通过输电线路，调整系统的供电方式。从而减少系统的备用发电容量，节约投资成本；可采用大机组发电，降低发高海拔地区超高压输电系统的电气设计第22页电成本；可大大提高供电可靠性；系统的稳定也得到加强。总之，系统互联是使最有效地利用任何地区或区域内的设备成为可能的协调手段。二、设计原则。1、线路尽量短，地形起伏不太大；2、避免对重要雷达设施的干扰；3、避免过多地穿越森林、城镇、工业区；4、对铁搭、弱电线路交叉跨越应尽量避免，不要太多。5、避免通过重冰区，重污区，交通方便。6、在保证安全、可靠的前提下，应可能减少投资，提高效益。三、设计内容1、导线结构设计；2、过电压分析计算及其防护措施讨论；3、潜供电流计算及补偿设备的确定；4、线路绝缘结构的优化；5、线路绝缘配合讨论。§2—2 导线结构设计（选取L2作为设计对象）一、设计原则按经济电流密度要求，减小不均匀系数 K0，为了降低电晕水平，以减少对无线电的干扰，在电压等级提高的同时，增大导线直径，而不增大导线的面积，可采用分离导线。在多数情况下，单根导线的截面积高海拔地区超高压输电系统的电气设计第23页大于经济电流密度要求的截面。有鉴于此，采用“扩径”导线。当增加线路传输长度时，随着其传输功率超过自然功率而使得其附加损耗增大，因此，最适宜的传输功率应接近于线路的自然功率，在这种情况下，线路上的电荷与电流的相互关系如下式所示：I=qv式中：q——线路单位长度的电荷——沿线路的电磁波传播速度。近似光速则，对于单导线线路的电荷为：q 2 0r0Eper式中： r 0 ——导线半径E per——导线表面允许场强由上面两个公式可得： r0

I2 0vEper由此可见：导线半径与电流成正比。另一方面，导线中的电流密度为：II20vEperJr2r0S式中：μ——导线截面有效材料填充系数——导线截面如果μ不变，由于电流密度与导线半径成反比而减少，因此，当电流增大时，导线截面的利用效率就减少，由于在经济电流密度情况下，电流传输的消耗达到最小，所以用增大导线半径来增加电流在经济上是不合理的。导线电荷与相电压 Uφ及工作电容C的关系：q=cUφ；I=qu=vCUφ高海拔地区超高压输电系统的电气设计第24页由上式可看出，无论是增大工作电压或增大线路工作电容，都可以使电流增大，这样对于较长的单导线线路（当 μ为常数时），用任何一种方式法来增大传输容量都可能将恶化其传输经济指标， 由以上公式可得导线半径为：r0CU20Eper由此可见，随着工作电容或工作电压增加而要求成比例地增大导线半径和电流密度J传输能量之间的矛盾用两种办法来解决。第一种：采用扩径导线单导线线路的自然功率：P0 3UI 6 0vr0EperU 0.05r0EperU它不能满足网络建设要求，故这种结构的导线在线路上不被采用。第二种：按限制电晕放电的要求和按经济电流密度输送能量的要求，可采用分裂导线。q 2 0nr0Eper/k0I20nvr0Eper/k0vuu/zJI/SI/nr0220vEper/r0k0p0.05nur0Eper/k03vcu23u2/Z0式中：K0——分裂子导线场强不均匀分布系数，它等于导线表表面积最大场强与平均场强之比，平均场强为：Ecp

q2 0nr0n——子导线根数——线路波阻抗高海拔地区超高压输电系统的电气设计第25页——导线截面有效材料填充系数。（真空中为4π×10-7H/m）ε0——真空中的介电常数为8.85×10-12F/m2r0——导线半径。ν——vI其中L00.921lg(d/a)106H/mL0C0C012.71012F/mlg(d/a)由上述公式可看出，在不改变分裂子导线半径 r0的情况下，用增加分裂子导线根数 n的办法可使导线电荷、线路电流及其自然功率任意增加。同时，电流密度保持不变而通过选择导线型式可得到 j的值。分裂子导线可以在空间任意布置，相分裂导线的极端布置方案是按圆周和在一个平面内布置。二、高海拔、高电压等级的导线是根据电晕条件来选择的。三、按解电位方程的结果选择相导线和相间导线相互分布位置。电位方程：[α][q]=[u][α]—3n×3n电位系数方阵[q] —子导线的电荷列矩阵[u] —子导线对地电位矩阵1、每相子导线布置方式取两种方案：a 图（方案一）导线圆周布置 b 图（方案二）导线竖直布置高海拔地区超高压输电系统的电气设计第26页方案一：a图按圆周布置方案二：b图竖直布置2、通过解电位方程对上述两种方案进行选择。自电位系数：式中：r——子导线半径（mm）互1ln2h1112r0221ln2h22r0331ln2h22r0441ln2h12r0互电位系数：1214

1ln2h1'220d121ln2h1'420d141ln2h24'242 0 d24设q1=q2=q3=q4，d=40cm，h1=10cm∵IP/cosP/cos1376.01/0.9=1765.47A3U3UN3500qI=1765.47/（4×3×108）=1.471×10-6（c）nvc查手册可得子导线半径： r0=16.6mm。高海拔地区超高压输电系统的电气设计第27页对于方案一，由上述公式可得：11 44331234

12 3.14 8.85 1012 3.14 8.85 1012 3.14 8.85 10

12ln2101.281011（m/F）0.016612ln2(100.4)1.281011（m/F）0.016612ln200.47.081010（m/F）0.4120.420.410（m/F）13243.148.851012ln26.451020.41423

12 3.14 8.851012 3.14 8.8510

1212

20.420.410（m/F）ln7.04100.4220.820.41010（m/F）ln7.110.42各子导线的对地电位为：u1 11q1 12q2 13q3 14q41.471×104×(12.8+7.08+6.45+7.04)=490.9kVu2 21q1 22q2 23q3 24q4=1.471×104×(12.8+7.11+6.45+7.04)=491.3kVu3 31q1 32q2 33q3 34q4=1.471×104×(12.8+7.08+6.45+7.04)=490.9kVu4 11q1 12q2 13q3 14q41.471×104×(12.8+7.08+6.45+7.11)=491.9kV对于方案二由上面的公式可以得出：113.1411012ln2101.281011（m/F）28.850.0166高海拔地区超高压输电系统的电气设计223344121314232434

第28页23.1411012ln2(100.4)1.281011（m/F）8.850.016623.1411012ln210.81.291011（m/F）8.850.016623.1411012ln211.21.291011（m/F）8.850.0166343.1411012ln200.47.081010（m/F）28.850.423.1411012ln20.85.861010（m/F）8.850.823.1411012ln21.25.171010（m/F）8.851.223.1411012ln21.27.151010（m/F）8.850.423.1411012ln21.65.931010（m/F）8.850.823.1411012ln227.21010（m/F）8.850.4竖直布置时各子导线对地电压为：u1 11q1 12q2 13q3 14q4=1.471×104×(12.8+7.08+5.86+5.17)=454.7kVu2 21q1 22q2 23q3 24q4=1.471×104×(12.8+7.08+7.15+5.93)=484.8kVu3 31q1 32q2 33q3 34q44=1.471×10×(12.8+5.86+7.15+7.2)=485.6kVu4 11q1 12q2 13q3 14q4= 1.471×104×(13+5.17+5.93+7.2)=460.4kV高海拔地区超高压输电系统的电气设计第29页综合以上两种导线布置的方式得出下表：各子导线对地电位U1（kV）U2（kV）U3（kV）U4（kV）方案一（a）490.9491.3490.9491.9方案二（b）454.7484.8485.6460.4由上表可见，方案一中各子导线对地电位基本上相同 （子导线间最大电位差为：1.15kV），差值很小，可忽略不计，各导线电场分布均匀，场强不均匀系数K较小。而方案二中，各子导线对地电位很不均匀，最大与最小电位差达到38.26kV，特别是1、4子导线与2、3子导线出现很高的电位差，引起场强分布不均匀，电场强度不均匀系数 K较大。通过上述的比较，对四分裂导线的布置形势，决定选取方案一，即：圆周布置方式。四、确定分裂导线的分裂间距 d对LGJQ—4×600型导线，查手册可得：子导线的计算外径为：33.2mm，计算半径r=16.6mm。1、计算导线表面电晕起始电场强度 E0E0 30.3m 1/2(10.3/ r)式中：m——导线表面积粗糙系数，粗糙系数取 0.9；ζ——相对空气密度，0.00289p；273t（对于标准大气条件P=101325Pa和t=20°C，ζ=1；本次设计考虑高海拔地区空气密度及湿度降低，取ζ=0.87）r——导线计算半径（mm）。E0 30.3 0.9 0.871/2(1 0.3/ 1.66)=31.358kV/cm高海拔地区超高压输电系统的电气设计第30页2、计算分裂导线表面平均电场强度Ecp及不均匀系数K0Ecp q/2 0r0n式中：q——子导线上的单位长度电荷；n——分裂导线根数；r0——子导线半径；ε0——真空介电常数，取8.85×10-12F/m线路电流：IP/cosP1376.013U3UNcos31765.47A5000.9qI1765.6025.89106（库/米）U(3108)则：Ecp5.8910615.95kV/cm3.148.8510120.016642若已知：K012n1r0dnd——500kV线路取标准分裂间距取40cm；r0——子导线半径取16.6mm；可求出K0123.1431.1950.40.016643、由不均匀系数K0计算子导线表面最大允许场强 Eper当导线按正多边行排列时，在离分裂导线中心线最远的一点， 电场强度达到最大值：Eper

K0Ecp则求出

Eper

1.19515.95

19.06kV/cm根据

500kV电晕校核条件要求：导线表面的最大场强

Em≤0.9E0，500kV

线路电场强度限制条件

0.9Eo为

31.2kV/cm。则Eper

19.06kV/cm<31.2kV/cm，满足电晕条件校核要求。高海拔地区超高压输电系统的电气设计第31页4、计算各相中相邻子导线的分裂间距 d式中：K012n1r0dnd——分裂间距（cm）r 0——导线半径（cm）当K0=1.195，取子导线的分裂间距 d=40cm时，是满足要求的。§2—3 潜供电流计算一、潜供电流的概念潜供电流又称为二次电流，是指在故障相被切除后，接地故障未消除之前，故障点流过的电流，如图（2-3-1）当A相接地故障被切除，B、C两相仍通过负荷电流，保持工作电压；故障相A仍然有电流流过。高海拔地区超高压输电系统的电气设计第32页电弧瞬时熄灭后，由于C12的电场及磁场耦合作用存在，有传递电压（恢复电压UN），增加了A相灭弧的困难，从而使自动重合闸不易成功，故在超高压系统中应对Ij加以限制，以提高供电的可靠性。潜供电流由纵分量、横分量两个分量组成，由B、C相负载电流传递过来的电磁感应电势（通过M）是纵向的，即是串接在A相孤立导线内，称为纵分量，如图（2-3-2）所示：由相间电容C12耦合而产生的称为横分量，如图（ 2-3-3）所示：EECAAi′iIjIjCC′″EC0EB0222-3-2纵分量图 2-3-3横分量图二、计算方法1、工程计算对于单相自动重合闸停电间隔时间（灭弧时间） ：高海拔地区超高压输电系统的电气设计第33页t＜0.25（0.1Ij+1 ）S当t＜0.75S，则Ij应限制在20A以下，由于纵分量所占比例不大，在工程中只计算横分量即可：Ij=|E B+EC|WC12=EAWC12二、潜供电流特点潜供电流的沿线分布：a）对无补偿线路：对有补偿线路：四、潜供电流的具体计算本设计采用工程计算的方法进行潜供电流的计算：高海拔地区超高压输电系统的电气设计第34页Ij EB ECWC12 EAWC12式中：C12——单位长度的相间工作电容为了计算相间工作电容，分裂导线可用半径为 rθ的单导线来代替。如图2-3-7所示：r rpn nr0/rp式中：rp——通过子导线轴心的分裂半径，取为 30 2/2cmr0——子导线半径n=4则：r 15 2 44 1.66/15 2 15.87cm平均相间工作电容：C122032D1lnr0D)2][1(D)2]3[1(2HH式中：D——相间距离，取11m——导线距离地面高度取10m则设计中的C12为：C122013.09PF/m32111ln0.158711)2][1(11)2]3[1(2010高海拔地区超高压输电系统的电气设计第35页每公里长线路的潜供电流：IjUAWC1250010325013.091012100103=118.6A/100km3本设计的线路长度为 120km。故Ij=1.2×118.6=142.32A 。由此可见，潜供电流 Ij=142.32A＞20A，应考虑采取补偿措施来限制潜供电流。五、限制潜供电流的措施1、为了限制横分量，在线路上接一组 联结的高电压的电抗器（简称高抗），利用高抗补偿电容 C12（或接一组中性点不接地的 Y联接的电抗器）。如图2-3-8：当X=X/3时，二者作用是等效的。P′PS2、为了限制纵分量，在线路两端各接一组 Y0联接中性点接地的电抗器，以补偿对地电容C0/2 。如图2-3-9高海拔地区超高压输电系统的电气设计第36页3、在实际工作中，采用一组中性点经小电流电抗器

XN接地的

Y联结的电抗器。如图2-3-104、潜供电流的补偿。高海拔地区超高压输电系统的电气设计第37页图中：C0——线路对地电容P——并联电抗器电感k——补偿电抗器电感上图为单相自动重合闸潜供电流时计算潜供电流和恢复电压的替换接线图，可画简为 2-3-12图。如下：线路单相重合时：高海拔地区超高压输电系统的电气设计第38页Ij

U/2（XK//XP）XP/2//XcmBk打开，在并联电抗器组的中性点接入一台补偿电抗器Lk，2(XL+3XP)时，Ij=0，但此时可能会发生线路谐振，故一般线当XL=XL路不必补偿到零，而只虚补偿到允许范围内即可。即采取欠补偿方式。（1）并联电抗器LP的值本线路长度为120km，不属于长线路，取补偿度为 75%，恢复电压：t1LPC0 2CmK02/275%，2fN314，0277.93CmB/2fN6.42106/3142.04108F/kmCm—三相总对地电容C0—C/3=6.8PF/m又由前面算出：Cm=20.4PF/mLP11=2.26（H）0C02Cm277.9326.8220.41012120103则：XP=2πfLP=2×3.14×50×2.26=709.64 （Ω）取标准为：XP=1000Ω（2）补偿电抗器LK=的值将中性点有小电抗 XN的并联 电抗器XP化为具有相同电抗 XP和相对地电抗XP0的接线，如图2-3-13：高海拔地区超高压输电系统的电气设计第39页由图可得LK和XP，XP和XP0的关系如下：XP0=XP/3..........................................（1）XP=（3XPXN+XP）/XN...........................（2）2......................................（3）XP0=XP+3XN联接（1）、（2）、（3）式可得。XNXP2XP；3XP则：XP=6XP=6×1000=6000ΩXN=10002/（6000-3000）=333.33Ω即：XK=4000Ω取标准：XK=4000Ω（3）补偿后的潜供电流由前面的图可知在接地处由相间电容生产的容性潜供电流 （潜供电流高海拔地区超高压输电系统的电气设计第40页的横分量）被线路切除相并联电抗器的电感电流所补偿， 故补偿后的潜供电流可认为是这两个电流的向量和。IJ500103/3500103/3XPXKXcm式中：XP=1000 Ω X K=400 Ω=（2π×50×20.4×10-12×1.2×105）-1=1417ΩcmIJ500103/3500103/3=6.11A10004001417即：补偿后的潜供电流Ij为6.11A小于20A。由此可见，选用的并联电抗器XP=1000Ω，补偿电抗器XK=400Ω，可将潜供电流限制在20A以下，达到设计要求。§2—4 超高压系统过电压的分析计算及防护措施电力系统过电压是危害电力系统的安全运行的主要因素之一， 系统的过电压来自两个方向：一是由外界的因素引起的过电压； 二是系统内部引起的过电压。根据产生的原因条件的不同，其中内过电压包括：①工频过电压②操作过电压③谐振过电压。外过电压则是指雷电过电压，一般说来，系统如满足内部过电压的要求，也就满足了外部过电压的要求， 故本设计重点讨论内部过电压。一、内过电压及其保护㈠工频过电压高海拔地区超高压输电系统的电气设计第41页工频电压升高本身对系统中正常绝缘的电气设备一般是没有危险的， 但在超高压远距离输电确定绝缘水平时，起着重要的作用。因为：①工频电压升高的大小将直接影响操作过电压的幅值；②工频电压升高的大小将影响保护电器工作条件和保护效果；③工频电压升高持续时间长，对设备绝缘及其运行性能有重大影响。工频过电压产生的原因主要是：①长线电容效应②甩负荷引起的电压升高③非对称接地故障引起的过电压。1、长线电容效应1.1长线电容效应一条无损长线，任意一点的电压电流方程：如图：已知首端U1、I1EIxIx+diXLXdtXSU1duUCXdtXxX XUX

U1cos

jI1ZsinIX

I2cos

jU1sin

/Z式中：

(L

X)/V其中：V

————

波速；

L

———— 线路长度；

2f高海拔地区超高压输电系统的电气设计第42页Z ———— 波阻抗。已知末端电流电压 I2、U2UXU2cosjI2ZsinIXI2cosjU2sin/Z末端开路：I20U1U2cos（λ=ΩL/v）I1I2U2sin/Z定义一个电压传输系数：K12

U2

/U1

1/cosK1X

UX

/U1

1/cosUX

U1/cos电容电流流过电线造成，称为电容效应（弗兰克效应）对架空线路，α约为0.06/km在本设计中：L0.061207.2K121/cos1考虑实际电网中电源、电势、电抗：U1cosEcosXSsin/Z查表可得500kV线路波阻抗Z=265（对四分裂导线），XS=273Ω（已折算到电源侧的系统阻抗）则：由上可知，实际的末端电压升高为：U2500579.37kV273sin7.2cos7.2/265U579.3750029.37kV高海拔地区超高压输电系统的电气设计第43页由于该线路长度为 120公里，电容效应使电压升高超过了500KV的最高运行电压 550KV；所以有电容效应引起的末端电压升高，是由于线路对地电容的存在而引起的；当电源容量愈小，阻抗愈大，线路末端电压升高更明显，故需采取并联电抗器的措施给予补偿。1.2并联电抗器消弱长线电容效应的作用并联电抗器接入方式如下：①首端补偿：U21EXScosXSsinXPZEU1XSλUZXP②末端补偿：U2XPZEZ（XSX）（XXPZ2）PcosSsin高海拔地区超高压输电系统的电气设计E

第44页U1 UZXS λXP③中间补偿：U2 XPZE XPZcos XSXPsin Z(XScos1 Zsin1)cos2U1UZEXSλ1λ2XP④首末并联补偿：U21E(1ZXS)cos(ZXSXSZ)sinXPXPZ2XP高海拔地区超高压输电系统的电气设计E

第45页U1 UZXS λXP XP⑤有源补偿：U2A1EdE1ZE2j(XScos1Zsin1)Ej(XScos1Zsin1)j(XScos1Zcos1)ZAZj(XScos1Zsin1)ZZZcosXSZsinZcos2(jXL1jZsin1)1UZEUXSλ1λ2Z′由于首末并联补偿和有源补偿两种方式受线路长短影响， 且使投资增大，故不予采用。针对上述补偿方式， XP的计算：①首端补偿：高海拔地区超高压输电系统的电气设计第46页XP1XScos1cosXSsin/Z273cos7.2=1980.03Ω1cos7.2273sin7.2/265②末端补偿：XP2Z2sinZXScosZZcosXSsin2652sin7.2265273cos7.2=2232.66Ω265(1cos7.2)273sin7.2③中间补偿：XP2Z(Zsin1XScos1)cos2ZZcosXSsin265(273cos(0.0660)265sin(0.0660))cos(0.0660)=2118.63Ω265(1cos(0.06120))273sin(0.06120)以上算出的XP值是在完全补偿的情况下，为了降低由于电容效应引起的末端电压升高需并联的电抗值。实际补偿中均采用欠补偿，本设计采用 KL=1.4,即可得实际应补偿的电抗值为：XXX

P12P3

1.4 1980.03 2772.041.4 2232.66 3125.731.4 2118.63 2966.08在上述电抗值补偿情况下，线路的实际末端电压为：①首端补偿：U2EXScosXSsin1XPZ500=520.33kV273cos7.22731sin7.22772.04265②末端补偿：高海拔地区超高压输电系统的电气设计第47页U2EXScosZXS1sinXPXPZ500=521.09kV2732652731cos7.23125.73sin7.23125.73265③中间补偿：U2EXPZXPZcosXSXPsinZXScos1Zsin1cos2500 2966.08 2652966.08 265 cos7.2 273 2966.08 sin7.2 265273cos3.6 265sin3.6 cos3.6=520.68kV由此可见，以上三种方式的补偿效果大致相同，选择电抗器时，应考虑到补偿的可靠性、经济性；第一种补偿方式的补偿电抗大小，不能满足热容量的要求，第二种补偿方式的电抗值太大，经济性差，而第三种方式即能满足热容量的要求，又可满足经济性的要求，故选第三种方式的电抗器。2、甩负荷引起的过电压在输电线路传输重负荷时，线路末端断路器跳闸，突然甩去负荷，造成线路工频电压升高。影响甩负荷引起工频电压升高的主要因素有三种：㈠是线路输送大功率时，发电机的电势必然高于母线电压，甩负荷后，发电机的磁链不能突变，将在短暂时间内维持输出大功率时的暂态电势Ed。跳闸前输送功率愈大，则Ed愈高，计算工频电压所用等值电势愈大，工频电压升高就愈大。㈡是线路末端断路器跳闸后，空线仍由电源充电，线路愈长，电容效应愈显著，工频电压愈高。㈢是原动机的调速器和制动设备有惰性，甩负荷后不能立即收到调速效果，使发电机转速增加，造成电势和频率都上升的结果，于是网络工频电压升高就更严重。现对甩负荷引起的过电压进行分析计算：高海拔地区超高压输电系统的电气设计第48页Ed DLP（甩负荷0.1-1s内，Ed保持恒定值）设甩负荷以前电网工作在额定参数下，母线相电压 U，线路首端电流为I（cosΦ），输送有功功率为 P=3UIcosΦ，甩负荷后，因 Ed′=E，则：Ed12XSQ(XSS)2UPFPF式中：PF————发电机容量对本设计：PF=300×4MWQ=P FtgΦN=300×4×1.078=1293.9MvarSP2Q21764.7MVAXS(0.168/4)(UB2/SB)(SN/UN2)=(0.168/4)×2202/1000)×(1200/5002)=0.0098Ed120.00980.00981764.7)2=1.0213U1293.9(12001200甩负荷引起的工频电压升高为：U=0.0213×500=10.67Kv当电源容量一定，S为常数，无功Q越大（cosΦ↓），Ed′/U愈高；电源容高海拔地区超高压输电系统的电气设计第49页量愈小，Ed′/U愈高。3、非对称接地故障所引起的过电压不对称短路是输电线路中最常见的故障形式，当系统中发生单相或两相不对称对地短路时，非故障相的电压一般来说将会升高，其中单相接地， 非故障相的电压可达较高的数值。单相接地故障时，故障点三相电流和电压是不对称的，为计算非故障相电压升高时方便，可采用对称分量法，通过复合序网络进行分析。对500kV的电力系统，为了降低过电压值，不采取限制短路电流的措施，而是将全部变压器中性点接地，其K值较小（K=X0/X1，X0————零序阻抗，X1————正序阻抗），K=1.5-2.5，这样非故障相电压升高在0.75倍线电压以下。当线路末端发生接地时，故障点非故障相电压上升要比首端接地时高，这是因为从末端看去的K值比之从首端看去的K值要大些。当单相接地发生在近电源处时，系统零序电压可能小于正序电压，即K值可能小于1，此时，故障点非故障相电压可能略低于相电压。产生过电压的根本原因在于电网中性点的电位偏移，即是中性点的电荷积累。4、500kV电网中的工频过电压㈠、运行结构：①部分发电机先经变压器生至 220kV母线，其上有220kV线路至220kV电网，220kV母线经联络变生至 500kV母线与500kV线路相连。②同上，但220kV母线不联500kV线路，即500kV与200kV分开运行。③发电机经变压器升至 500kV。以上三种形式，第二种形式产生的过电压较高，应避免孤立电厂单机远距离输电，本设计采用第三种接线形式，故 500kV线路上产生的过电压高海拔地区超高压输电系统的电气设计第50页较小。㈡、电源容量的影响：建网初期，容量小，阻抗大，加上长线效应有较高的工频过电压，发电机处于高功率因素运行状态，Ed′下降，工频过电压不十分突出，大容量时，不对称接地引起的过电压高。㈢、扰动方式的影响：电网并联运行，线路开路，工频过电压可持续 10至20分钟。二、谐振过电压当系统进行操作（例如断路器的操作或不同期动作）或发生故障（例如不对称接地故障或断线故障）时，系统中的电感、电容元件可形成多种频率的振荡回路。当外加的强迫振荡频率等于振荡系统中的某一自由振荡频率时，就会出现周期性的或准周期性的谐振现象，此时发生谐振的那个谐波电压的幅值和谐波电流的幅值将急剧上升。谐振是一种稳态性质的现象，虽然在某些情况下，谐振现象不能自保持，在发生后经一段短促的时间，会自动消失，但也可稳定存在，直到破坏谐振条件为止。因此谐振过电压的危害性既决定于其幅值的大小，也决定于持续时间的长短。当系统产生谐振时，可能因持续的过电压而危及电器设备的绝缘，也能因持续的过电流而烧毁小容量的电感元件设备，还会影响保护装置的工作条件。电力系统中的有功负荷是阻尼振荡和限制谐振过电压的有利因素，所以通常只有在空载或轻载的情况下才会发生谐振。但对零序回路参数配合不当而形成的谐振，系统的正序有功负荷是不起作用的。电力系统中的电容和电阻元件，一般可认为是线性参数。可是电感元高海拔地区超高压输电系统的电气设计第51页件则不是。由于振荡回路中包含不同特性的电感元件，谐振将有三种不同的类型：①线性谐振：谐振回路由于不带铁芯的电感元件或励磁性接近线性的带铁芯的电感元件和系统中的电容元件组成。在正弦电源作用下，当系统自振频率与电源频率相等或相近时，可能产生线性谐振。②铁磁谐振：谐振回路由带铁芯的电感元件和系统中的电容元件组成。受铁芯饱和的影响，铁芯电感元件的电感参数是非线性的，这种含有非线性电感元件的回路，在满足一定的谐振条件时，可能产生铁磁谐振。③参数谐振：谐振回路由电感参数作周期性变化的电感元件和系统电容元件组成。当参数配合恰当时，通过电感周期的变化，不断向谐振系统输送能量，将会造成参数谐振。因此电网由于运行状态变化，设备电气参数出现不利配合时，有可能发生谐振过电压。带铁心设备回路中操作引起过电压或过电流可能激发起谐振过电压。500kV电网中谐振过电压一般具有工频频率。对于谐振过电压应从参数、规定运行方式等方面采取措施加以避免，或有安全装置来限制其幅值和持续时间。、发电机自励磁过电压：在正常同步运行状态下，水轮发电机（凸极机）的同步电机在直轴与交轴电抗Xd～Xq之间周期地变动。但如果电抗的外电路容抗满足条件Xq<Xo<Xd，且损耗电阻R足够小时，在此电感参数下，同期变化的过程中将不断地经过感抗等于容抗的谐振点，导致同步电机的端电压和电流幅值急剧上升，产生倍数较高的自励磁过电压。在运行中可在电网的大容量侧进行空载线路合闸，而不在孤立的电机侧进行；增加投入发电机的数量，使总的Xd和Xq小于Xc，以破坏自励磁条件。线路安装并联电抗器，补偿了充电功率，则将有助于消除自励磁过电压。高海拔地区超高压输电系统的电气设计第52页2、线路非全相状态下的谐振过电压：在正常或故障操作时因断路器故障，或在单相重合时，输电线路的单相或两相可能出现开断状态。这种状态一直持续到后备断路器断开或断开相重合为止。在线路非全相条件下，当线路上连接有并联电抗器或电力变压器且在一定参数配合下，将导致线性工频谐振，从而在断开相上出现过电压。有时参数间虽不具备线性谐振条件，但因并联电抗器或电力变压器铁芯饱和的影响，在断路器操作的激发下，仍有可能产生以工频基波为主的铁磁谐振过电压，在并联电抗器中性点与大地间接以适当的小电抗器，一般可以有效地限制这种过电压。①线路非全相谐振过电压产生原因：以输电线路末端连接并联电抗器的情况分析：AXC12BCXP0XC0断路器单相、两相开断后的等值电路如示下图：对于单（A）相开断有UAXC0XP0E⑴XC12(XC0XP0)2XC0XP0式中：X————线路零序电抗；C0X————线路相间容抗；C12高海拔地区超高压输电系统的电气设计第53页XP0————单相并联电抗器零序感抗。21XC12XC1221EXC0XP0EXC0XP0a)开断单相 b)开断两相对于两（B、C）相开断有UBUCXC0XP0E⑵XC12(XC0XP0)XC0XP0由⑴、⑵得到显相应的线性谐振条件分别为：单相开断XC0XP0XC12；XC0XP02两相开断XC0XP0XC12XC0XP0因此无论电抗器无论是单相或三相，线路相间等值参数总呈容性，只要线路零序阻抗呈感性，即 XP0<XC0，就有发生这种谐振的可能。超高压线路一般XC0=（1.4～1.5）XC1（XC1线路正序容抗），当并联电抗器的补偿度 K（K=XC1XP0）对单相或三相式，分在66.7～71%和33～36%以上，即可产生这类谐振过电压。②线路非全相谐振过电压的限制措施：避免线路非全相时发生谐振或铁磁谐振过电压的根本方法，这就是改变L、高海拔地区超高压输电系统的电气设计第54页C串联电路的性质，使其成为纯电感，或纯电容的串联电路。采取在并联电抗器中性点与大地之间再串联一个小电抗器（如图 a），而综合电抗器的等值电路（如图b），其等值条件为变换前后正序、零序电抗不变。（按单相并联电抗器进行分析）XL12XP0′XP0

XPda) b)a）Xpd Xp0 3Xp0XL12Xb）Xp03XL12X3

p03Xp0Xpd化简得：XL123Xp0XpdXpdXp0XpdXp0pd式中：X′P0————电抗器中性点加小电抗器的感抗；Xpd————XL12————

等值零序电抗；等值相间电抗。由上式b）看出，电抗器中性点接入小电抗后，对地电抗XPd比原来的X大三倍附加电抗值（3X′P0），因而降低了对地补偿。由于Xpd小于Xp0所以XL1