750kv线路并联电抗器接入对过电压的影响

750kv线路并联电抗器接入对过电压的影响

0线路继电保护与串联电抗器的动作配合关系由于750kv线路的泄漏，绝缘体的泄漏非常小。过载导致绝缘体断裂，更换绝缘体的经济损失非常大。从技术、经济等因素上考虑,对于750kV输电系统,允许过电压倍数必须限制在一定的数值范围内。而绝缘允许的电压升高的数值与所加电压的持续时间、动作特性等因素直接相关,因此,750kV线路继电保护与相关设备的动作必须考虑限制过电压。并联电抗器能有效抑制工频和暂态过电压,而且并联电抗器中性点经小电抗接地,有利于加速潜供电弧熄灭,提高自动重合闸成功率。本文针对750kV输电线路可能出现的过电压问题,分析研究了并联电抗器对线路过电压以及运行等问题的影响与作用。探讨了并联电抗器在750kV输电线路上的运行方式,同时结合输电线路继电保护的动作特性,提出了750kV输电线路继电保护与并联电抗器的动作配合关系。这不仅有利于750kV输电线路的可靠运行操作,同时更经济有效地抑制了750kV输电线路的过电压。1线路下双端电源供电分析750kV输电线路距离长,由分布参数特性可知,空载长线电容效应将引起线路电压升高。尤其对于单端电源供电的空载长线上发生不对称接地故障时,短路电流的互感效应将使得健全相电压更加升高。式中:U,E分别为故障后健全相电压和故障前正常运行时的相电势;K(n)为不对称故障引起的电压升高系数;Kp为电容效应引起的工频电压升高系数。750kV线路两端继电保护、自动重合闸以不同时刻动作时,都将不可避免地产生单端电源供电情况,从而出现危及线路绝缘的过电压。由描述输电线路波过程的微分方程可得双端电源供电情况下的沿线电压表达式为:式中:U1,U2分别为线路两端的电压;γ为线路传播常数;l为线路长度;x为线路上任一点距线路末端的距离。分析计算可知,双端电源供电的空载长线中点电压最高。以无损线路简化分析,由式(2)可得中点电压的大小为:式中:β为线路相位移系数;P为线路传输功率;Pn为线路自然功率。可见,当线路在空载运行状态下线路中点电压达到最大值。当导线波长达到βl=πr(l=3000km)时线路将发生谐振现象,线路中点电压趋于无穷大。在一般线路长度情况下,双端电源供电的空载线路沿线电压升高并不严重,而单端电源供电时的电压升高却不能忽视。并联电抗器可将单端电源供电时的线路末端电压限制在允许范围之内。750kV线路保护的跳合闸操作往往产生很高的操作过电压与工频过电压的叠加。因此,为确保过电压不危及系统绝缘,应保证单端电源供电时并联电抗器在投入状态。2增设电抗器影响750kV长线路的工频过电压只有在线路轻负载或空载时才出现。事实上,当线路传送负荷时,工频电压升高问题就不突出了。输电线路自身的容性无功功率为:式中:UL为线电压;L1,C1分别为单位长导线的正序电感和电容。当线路上传输有功功率P时,必然在线路感抗上消耗无功功率,其大小为:由式(4)、式(5)可知,当线路传送自然功率时,P=Pn,则QL=QC。即线路分布电容产生的无功功率正好被线路感抗所消耗。若线路上接有并联电抗器,则电抗器成为线路的无功负载,导致线路传送功率时沿线电压降低严重,从而限制了输电线路传输功率的能力。以无损线路为例进行分析,假设输电线路上无并联电抗器补偿且线路传输功率为自然功率Pn。若保持系统运行方式不变,在线路末端接入并联电抗器,则线路传输功率P将减小,分析计算可得:式中:KSR为并联电抗器补偿度。由式(6)计算可得并联电抗器补偿对线路传输功率的影响,当KSR分别为60%,70%,80%,90%时,相应P/Pn分别为0.684,0.632,0.579,0.527。可见,并联电抗器长期接入系统运行对输电线路远距离传输功率的能力影响很大。根据俄罗斯特高压输电系统的经验,这个问题是不容忽视的。综上所述,750kV输电线路需要接入并联电抗器对线路过电压加以抑制。在最大运行方式下,传输功率大,有功损耗增加,而由于接入电抗器,线路电压可能显著降低。如果输电线路长期运行在这种情况下,应当考虑切除电抗器的可能性。因此,并联电抗器在750kV输电线路上的运行方式影响到最大负荷情况下线路的正常工作与限制过电压问题,应在两方面矛盾中根据实际情况做出选择。俄罗斯750kV输电线路的运行经验表明,在750kV线路建设并运行的起始阶段,电源容量较小,传送功率亦较小,因此可采取电抗器长期接入的运行方式;随着750kV系统容量的不断扩大,线路传输功率增大,就需要根据系统的运行状况适时将电抗器从系统中切除。375工抗器的长期给药为保证750kV线路传送大功率的需要,同时,经济有效地发挥并联电抗器抑制过电压的作用,并联电抗器往往并不需要长期投入。但在线路保护跳合闸操作过程中,线路运行方式发生变化,可能导致产生很高的过电压,可利用线路继电保护与并联电抗器的动作配合进一步保证输电系统的安全、可靠运行。3.1路与不带串联电抗器的线路跳闸保护动作要求继电保护动作切除故障线路时往往产生跳闸过电压,断路器在跳闸初期其触头间恢复电压上升速度可能超过绝缘介质恢复强度的上升速度,造成电弧重燃,从而引起电磁振荡,出现跳闸过电压。因此,750kV线路继电保护在切除故障时应充分考虑跳闸操作以及跳闸以后线路运行状态是否会产生系统所不能允许的过电压现象。750kV线路断路器的跳闸操作对断路器触头间的绝缘恢复提出了较高要求。线路末端接有并联电抗器的线路与不带并联电抗器的线路的等效电路如图1所示。设电源电势e(t)=Emcosωt,考虑最严重情况,断路器跳闸瞬间线路电压为Em,则线路带和不带电抗器跳闸后开关触头间的电压分别为:式中:;LR为并联电抗器感抗。设Em=1,线路末端接入并联电抗器,补偿度为80%,以图2所示线路参数为例,计算式(7)、式(8)表示的断路器跳闸初期触头间恢复电压变化过程如图3(a)、图3(b)所示。当线路有并联电抗器补偿时,由于线路电容和并联电抗器所组成的回路产生了低频振荡,断路器触头间的恢复电压增长很慢,断路器可很容易完成跳闸操作而不会产生电弧重燃造成的过电压现象。综上所述,为了解决大负荷运行方式下保证线路正常工作与限制过电压所需措施之间的矛盾,应使并联电抗器在一端断路器跳闸时快速接入线路,这有利于抑制跳闸过电压,改善断路器的工作环境,而且省去了断路器跳闸电阻的选择及其制造,保证了继电保护快速跳闸切除故障的目的。因此,在线路保护发跳闸令的同时,发出已被开断的并联电抗器的合闸命令,这就要求电抗器的投入时间应当小于线路断路器跳闸的动作时间(为此必须保证在不影响快速跳闸的基础上,使并联电抗器的断路器采用简化的操作机构以实现该合闸时限的要求)。如果并联电抗器不在本侧安装,则需要利用通道来实现,因此需要考虑通道传送并联电抗器合闸命令的时间与合闸操作的时间之和小于线路断路器的跳闸时间。3.2点小电抗的串联补偿750kV输电线路设计采用紧凑型杆塔,相间距离相对较小,线路电容较大。而且由于电压等级高、输电线路长,因此,单相重合闸过程中二次电弧的燃烧时间长,这就使得单相自动重合闸的成功率大大降低。采用并联电抗器带中性点小电抗的并联补偿方式可以有效补偿线路相间电容,加速潜供电弧的熄灭,降低单相故障断开相恢复电压,保证自动重合闸的成功操作,提高系统供电的连续性和可靠性。750kV线路短路容量较大,线路发生不对称故障后,流过并联电抗器中性点小电抗的零序电流可能很大。因此,小电抗的制造应保证其有足够的热稳定性。否则,当线路发生故障,线路保护发出合闸并联电抗器的命令后,可能在未切除故障之前损坏并联电抗器中性点电抗。如果小电抗制造不能满足热稳定要求,则在保护跳闸之前合并联电抗器时,短接中性点小电抗,只有确认线路断路器跳开后,再投入小电抗以实现抑制潜供电流的作用。同理,在自动重合闸动作之前,也应先短接中性点小电抗,以防止合闸于永久性故障的情况。3.3控制合闸电压线路自动重合闸时,由于线路上存在着残余电压,所以重合闸过电压非常严重。设线路残压为-U0,以图1(a)、图1(b)近似分析并联电抗器对合闸过电压的抑制作用,分别如下:式中:ω为工频角速度;自由分量显然,。因此,线路接有并联电抗器,抑制了单端电源供电状态下的工频电压升高,从而也有效抑制了重合过电压。重合过电压问题是选择超高压及以上输电系统绝缘水平的决定性因素,因此,应严格确保重合过电压在允许范围内。为此,特高压线路的断路器采用并联电阻以抑制合闸过电压,其近似等效电路如图4所示。合闸时,触头K2先闭合;经1.5个～2个工频周期,触头K1再闭合,从而有效抑制了合闸过电压。然而断路器并联电阻阻值不同,其抑制过电压的效果也不同。几kΩ(中值)的并联电阻可限制跳闸过电压;几百Ω(低值)的并联电阻可限制合闸过电压。由前文分析可知,由于750kV线路接有并联电抗器,可以有效抑制跳闸过电压。因此,并联电阻的大小可按限制合闸过电压的大小来选取。通过并联电抗器以及并联电阻的共同作用,可有效限制重合过电压。3.47合并联电抗器,确保线路正常运行并联电抗器在抑制过电压的同时,在大功率传输时却限制了线路输送能力,结合国外750kV线路的运行经验与研究成果,本文探讨了并联电抗器的运行方式,提出了750kV线路保护与并联电抗器动作的配合关系。并联电抗器对跳闸过电压能够很好地抑制,且能有效抑制线路在单端电源供电以及发生不对称故障情况下的工频电压升高,因此当继电保护检测出故障并跳线路断路器的同时,发出合并联电抗器的命令,应该保证并联电抗器的开关合闸时间与合闸命令的通道传输时间之和小于线路断路器的跳闸时间。在继电保护跳闸到重合闸动作之前的间歇阶段,投入并联电抗器中性点小电抗可以有效抑制潜供电流,加速潜供电流的熄灭,提高750kV线路自动重合闸动作成功率。由于重合闸过电压是750kV线路过电压的关键问题,而并联电抗器可以有效抑制重合过电压,因此应在重合时保证并联电抗器在投入状态,重合并确认无故障后,再切除并联电抗器,恢复输电线路的正常运行。理论分析与仿真验证表明正常运行状态下切除并联电抗器不会产生危险的过电压。3.5串联电抗器重合于无故障线路时,市750kV输电线路通常配置有高频距离、高频方向以及分相电流差动等原理的主保护,当线路带并联电抗器重合时,由于并联电抗器对地感抗很大,一般都是全线感抗的若干倍。因此,带并联电抗器重合于无故障线路后,不会引起保护的误动;同时,若带并联电抗器重合于故障线路时,短路电流受并联电抗器的影响很小,因此距离、方向以及纵差保护元件受并联电抗器影响很小。另外,纵差保护的运行及其整定按无并联电抗器补偿考虑,保护计算实现电容电流补偿,并联电抗器投切方案不影响纵差保护的故障判断与跳闸。因此,本文提出的并联电抗器投切方案不会引起上述保护的误动作。4串联电抗器影响并联电抗器能够有效抑制线路的电容效应。考虑到线路突然发生故障操作和处于单侧供电状态,可能产生严重的暂态过电压,为此现有的并联电