同塔四回输电线路接地开关设计

同塔四回输电线路接地开关设计

0同塔多回输电线路随着能源的快速发展，电网规模不断扩大，输送能力不断增加，需要在高电压和高相同量下的长距离输送。受实际情况限制,输电走廊占地问题越来越突出,导致同塔多回平行架空线输电线路日益增多。同塔多回架设使得导线间距离很近,导线之间、导线与大地之间存在较强的电磁耦合和静电耦合。当其中部分线路停运时,与运行线路之间存在电磁与静电耦合,产生感应电压和感应电流,500kV及以上电压等级线路同塔架设时,感应电压更高。自2004年国内首条500/220kV同塔四回线路—增莞Ⅱ回投运起,500/220kV同塔多回输电线路在广东电网应用越来越广泛。截止2010年6月,广东境内已有9条500/220kV同塔多回输电线路运行,节约了大量的土地资源,效益显著。但是同塔多回架设输电线路对接地开关提出了更高的要求。根据GB1985—2004《高压交流隔离开关和接地开关》以及DL/T486—2010《交流高压隔离开关和接地开关订货技术条件》规定,接地开关根据开合方式的严酷程度分为A类和B类,额定值按表1给定。而实际运行过程中发现,部分500/220kV同塔多回输电线路的感应电压和感应电流超过了B类规定,需根据实际情况进行计算分析,进行接地开关开合超B类感应电压和感应电流的试验。笔者根据500kV祯宝甲乙线与220kV东莆甲乙线同塔四回输电实际运行工况,计算了220kV东莆甲乙线一回停运时,停电线路的感应电压和感应电流,并对工程实际采用的接地开关进行了超B类试验,检验接地开关能否有效开合相应的感应电压和感应电流。1运算线路内部集中连接根据同塔多回线路的运行情况,当部分线路停运时,运行线路与停运线路各相导线之间的互感和分布电容不一致,在停运线路上产生纵向电动势。当停运线路一端开路时,线路另一端的接地开关在分、合操作过程中,需开断和关合容性电流;当停运线路一端接地时,线路另一端的接地开关在分、合操作过程中,需开断和关合感性电流。1.1各相导线上电压根据广义欧姆定律式(1)中:[I]为各相导线上的电流;[C]为各相导线间的导纳矩阵;[U]为各相导线上的电压。对于停运线路,当其两端不接地时,停运线路三相电流均为零,可以计算出运行线路在停运线路上产生的静电感应电压。当停运线路接地时,停运线路上的三相电压均为零,以此计算出运行线路在停运线路上的静电感应电流。1.2各相导线间抗侧力根据广义欧姆定律式(2)中:[U]为各相导线上的电压;[I]为各相导线上的电流;[Z]为各相导线间的阻抗矩阵。对于停运线路,当其两端不接地时,停运线路三相电流均为零,可以计算出运行线路在停运线路上产生的电磁感应电压。当停运线路接地时,停运线路上的三相电压均为零,以此计算出运行线路在停运线路上的电磁感应电流。222线路运移特性分析由于同塔多回输电各相导线之间作用复杂,且线路相序及架设方式多样,对回路感应电压和感应电流采用理论公式计算较为困难。电磁暂态仿真程序(ATP/EMTP)在过电压计算、系统仿真等方面应用广泛,被认为电磁暂态计算标准程序。笔者采用ATP/EMTP对500kV祯宝甲乙线与220kV东莆甲乙线同塔四回输电实际运行工况进行计算,讨论不同运行工况下,停运线路感应电压、感应电流的大小。500kV祯宝甲乙线全长135.8km,其中约有9.4km与220kV东莆甲乙线采用同塔四回架设。220kV东莆甲乙线架设及相序布置示意图见图1,500/220kV同塔四回输电线路塔型见图2。220kV东莆甲乙线导线主要采用2×LGJ-400/50型钢芯铝绞线和2×JL/LBIA-400/35型铝包钢芯绞线,子导线直径、20℃直流电阻分别为27.63mm、0.07232Ω/km和26.82mm、0.07177Ω/km,分裂间距均为400mm。普通地线型号为LGJ-95/55型钢芯铝绞线(直径16mm,20℃直流电阻0.2992Ω/km)和LXXGJ-50合金镀层钢绞线(直径9mm,20℃直流电阻3.926Ω/km)。地线采用逐塔接地方式。文对220kV东莆甲乙线的感应电压和感应电流进行了计算,具体结果见表2,计算结果均为三相中的最大值。由于计算时,考虑到系统最严苛运行情况及对部分参数进行了等效,计算结果会略高于系统实际运行情况。3接地开关测试对比电力行业标准DL/T486—2010,发现220kV东莆甲乙线在方式2情况下,其静电感应电压和电磁感应电流超过了B类规定,因此需要验证运行中500kV东莞站220kVJW6-252/J50型接地开关能否满足开合表2方式2规定的超B类感应电压、感应电流能力。3.1试验过程中接地开关的运行维护和试验结束前试验工况时根据DL/T486-2010《高压交流隔离开关和接地开关》规定,对于每一个静电和电磁感应电流关合和开断应进行10次关合、开断操作循环。分闸操作应继合闸操作之后进行,两次操作之间应有足够的时延,使得任何瞬态电流得以消失。在整个试验程序进行中,接地开关不应进行检修和调整。试验过程中接地开关应成功地完成试验且没有过度的机械和电气损伤。在操作过程中,允许接地开关向外喷射火焰和金属微粒,但不应降低接地开关的绝缘水平并保证不会危害操作人员或附近其他人员的安全。试验结束后接地开关的机械性能和绝缘与试验前的状况基本相同。接地开关应能够承受其额定峰值耐受电流和额定短时耐受电流。只要符合接地开关预期的操作寿命和维修规范,允许有机械磨损和电弧烧蚀的痕迹。3.2静电感应电流愈合试验试验样品照片和试验主回路见图3、4。电磁感应电流开合试验中,电源容量为0.64MV·A,电压2.7kV,电流0.237kA,频率50Hz。通过调频装置,保证在接地开关两端施加236.9A电磁感应电流和2.7kV电磁感应电压,考核试品能否有效开合电磁感应电压和电流。静电感应电流开合试验中,电源容量为18MV·A,电压6.0kV,电流3kA,频率50Hz。通过调整变压器保证在接地开关两端施加33.0kV静电感应电压、2.1A静电感应电流,来考核试品能否有效开合静电感应电压和电流。3.3试验过程及分析1)分合闸时间测试。试验前后分别对接地开关的分、合闸时间进行测量。试品合闸时间为450.50ms,试品分闸时间为525.15ms。厂家技术条件要求接地开关分、合闸时间为(600±200)ms,因此分合闸时间满足要求。2)分合闸拉弧现象。在接地开关开合静电感应和电磁感应电流过程中,产生了不同程度的拉弧现象。其中开断电磁感应电压2.7kV、电磁感应电流236.9A过程中,拉弧现象较为明显,具体见图5。3)触头烧蚀情况分析。通过试验前后动主触头和引弧杆进行对比,可以看出,拉弧过程对触头的烧蚀情况。试验前动主触头和引弧杆见图6,试验后动主触头和引弧杆见图7、8。由于接地开关开合次数的增加,图8中引弧杆表面出现了一定程度的烧蚀。引弧杆表面存在电弧燃烧运动之后残留的痕迹。根据DL/T486—2010规定,只要符合接地开关预期的操作寿命和维修规范,允许有机械磨损和电弧烧蚀的痕迹。进行静电感应电流开合试验时,触头间拉弧长度较电磁感应电流短,在进行完10次静电感应电流2.1A和静电感应电压33kV后,没有发现表面出现烧蚀痕迹。4)试验结论。在试验过程中,未发现开合失败现象;没有出现过度的机械损伤;没有出现明显的外喷火焰和金属微粒;试验前后,接地开关试品能够顺利分合闸;试品无异常。试验结果表明,运行中500kV东莞站220kVJW6-252/J50型接地开关能够满足开合表2规定的超B类感应电压、感应电流的能力。4试验1:接地开关闭合试验1)同塔多回输电线路使得电网更加紧凑,有效节约了输电走廊,但是也对接地开关提出了更高的要求。需要根据线路实际运行情况计算感应电压和感应电流,且需要验证相应接地开关是否具备开合计算感应电压和感应电流的能力。2)500kV祯宝甲乙线与220kV东莆甲乙线同塔四回架设,当500kV祯宝甲乙线一回停运、另一回输送3600MW,220kV东莆甲乙线一回停运、另一回正常运行情况下,220kV停运线路的感应电压和感应电流超过了标准规定的接地开关能够开合的B类感应电压、电流的要求。3)对500kV东莞站220kVJW6-252/J50型接地开关进行了开合超B类感应电压、电流的试验。试验前后,该型接地开关分、合闸时间一致,且满足厂家提供的技术要求范围。进行静电感应电流开合试验时,触头间拉弧长度较电磁感应电流短,在进行完10次静电感应电流2.