工頻過電壓

首先對(duì)相同系統(tǒng)條件下，長(zhǎng)400 km 特高壓輸電線路分別采用單回架設(shè)、同塔雙回架設(shè)及單/雙回混合架設(shè)(分別用S、D及S&D 表示)3 種類型的工頻過電壓進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)果列于表3。其中單/雙回混合比例為1:1。另外，當(dāng)線路采用D和S&D架設(shè)時(shí)，研究了雙回運(yùn)行和單回運(yùn)行(分別用LD和LS 表示)2種方式，其中LS方式下，考慮了停運(yùn)線路兩側(cè)接地刀閘懸空和接地(分別用LS-H 和LS-G表示)2種情況。

1）單回架設(shè)、同塔雙回架設(shè)及同塔雙回與單回混合架設(shè)3 種線路類型之間，線路零序電抗與正序電抗之比X0/X1 存在差異，使得同一線路長(zhǎng)度的3種線路在單相接地甩負(fù)荷時(shí)，線路側(cè)工頻過電壓數(shù)值存在差異，而無故障甩負(fù)荷母線側(cè)和線路側(cè)以及單相接地甩負(fù)荷母線側(cè)過電壓差別較小。

2）對(duì)于同塔雙回線路，單回運(yùn)行時(shí)，甩負(fù)荷引起的工頻過電壓比雙回運(yùn)行方式更為嚴(yán)重；單回運(yùn)行方式下，停運(yùn)線路兩側(cè)接地刀閘接地對(duì)工頻過電壓的抑制作用明顯。同塔雙回與單回混合架設(shè)的線路，停運(yùn)線路兩側(cè)接地刀閘接地對(duì)工頻過電壓抑制效果應(yīng)與單雙回混合比例有關(guān)，在1:1 情況下，幾乎沒有抑制作用。

負(fù)荷時(shí)線路側(cè)工頻過電壓研究結(jié)果可以看出：

1）相同系統(tǒng)條件下，各長(zhǎng)度的3種架設(shè)方式的線路中，同塔雙回線路的工頻過電壓水平最低，單回架設(shè)的線路過電壓水平比其高0.1pu 左右。

2）單/雙回混合架設(shè)的線路過電壓水平隨同塔雙回所占的比例增大而減小，當(dāng)同塔雙回所占比例50%時(shí)，過電壓水平與全線單回架設(shè)時(shí)相當(dāng)；當(dāng)同塔雙回線所占比例>50%時(shí)，過電壓水平比單回架設(shè)方式低，但仍高于同塔雙回架設(shè)方式，如所占比例為83.3%時(shí)，過電壓水平比其高0.05pu左右?？紤]到后續(xù)特高壓工程中，同塔雙回線路類型應(yīng)用較多，此后本文將重點(diǎn)針對(duì)特高壓同塔雙回輸電系統(tǒng)的工頻過電壓特性開展研究 。

1）串補(bǔ)對(duì)電源電勢(shì)、線路輸送潮流的影響。

特高壓線路裝設(shè)串補(bǔ)后，補(bǔ)償了線路部分電抗，相當(dāng)于縮短了線路長(zhǎng)度，一方面，會(huì)使得線路輸送潮流增加，可能帶來工頻過電壓的增加；另一方面，使得在相同輸送潮流下，送電端電源電勢(shì)比無串補(bǔ)時(shí)要低，這對(duì)降低工頻過電壓又是有利的。

2）串補(bǔ)對(duì)接地系數(shù)的影響。

在線路發(fā)生單相接地故障后，若串補(bǔ)不旁路，則線路正序電抗降低，線路增加，從而導(dǎo)致線路單相接地甩負(fù)荷引起的工頻過電壓增加。但事實(shí)上，當(dāng)判斷為單相永久接地故障，線路三相兩側(cè)斷路器跳閘的同時(shí)，會(huì)命令串補(bǔ)旁路開關(guān)閉合，將三相串補(bǔ)旁路，串補(bǔ)只是在旁路開關(guān)合閘的較短時(shí)間內(nèi)(一般小于50ms)，對(duì)單相接地甩負(fù)荷操作過電壓產(chǎn)生了一定的影響，而對(duì)操作過電壓過后的工頻過電壓是不起作用的。

3）串補(bǔ)對(duì)沿線電壓分布的影響。

對(duì)于加裝串補(bǔ)的線路一般采取串補(bǔ)位于高抗線路側(cè)的布置方式，以改善串補(bǔ)線路的沿線電壓分布特性。當(dāng)線路發(fā)生甩負(fù)荷后，將形成線路空載，此時(shí)容性無功流過串補(bǔ)，因此串補(bǔ)對(duì)線路側(cè)電壓有降低作用，但容性電流較小，作用并不明顯。綜上所述，串補(bǔ)主要影響線路輸送潮流和甩負(fù)荷前電源電勢(shì)，從而影響甩負(fù)荷引起的工頻過電壓水平。

特高壓電網(wǎng)工頻過電壓主要考慮無接地三相甩負(fù)荷和單相接地三相甩負(fù)荷2種工頻過電壓。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、電源容量、輸電潮流、線路參數(shù)及線路高抗補(bǔ)償情況是影響系統(tǒng)工頻過電壓的關(guān)鍵因素。

根據(jù)我國特高壓電網(wǎng)的規(guī)劃，在特高壓交流輸電通道中單段線路的長(zhǎng)度差別較大，從幾十公里到上百公里都有可能存在，且由于海拔和線路走廊的要求，有些特高壓線路將會(huì)采用同塔雙回和單回混合架設(shè)的方式；由于線路送端電源性質(zhì)的不同，特高壓系統(tǒng)有“廠對(duì)網(wǎng)”結(jié)構(gòu)(送電端為電廠)和“網(wǎng)對(duì)網(wǎng)”結(jié)構(gòu)(送電端為電網(wǎng))之分。上述情況可能導(dǎo)致不同特高壓系統(tǒng)工頻過電壓水平存在較大差異 。

工頻過電壓（power frequency overvoltage）系統(tǒng)中在操作或接地故障時(shí)發(fā)生的頻率等于工頻（50 Hz）或接近工頻的高于系統(tǒng)最高工作電壓的過電壓。當(dāng)系統(tǒng)操作、接地跳閘后的數(shù)百毫秒之內(nèi)，由于發(fā)電機(jī)中磁鏈不可能突變，發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的慣性作用，使發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)保持不變，這段時(shí)間內(nèi)的工頻過電壓稱為暫時(shí)工頻過電壓。隨著時(shí)間的增加，發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生作用，使發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)有所下降并趨于穩(wěn)定，這時(shí)的工頻過電壓稱為穩(wěn)態(tài)工頻過電壓。產(chǎn)生工頻過電壓的主要原因是：空載長(zhǎng)線路的電容效應(yīng)，不對(duì)稱接地引起的正序、負(fù)序和零序電壓分量作用，系統(tǒng)突然甩負(fù)荷使發(fā)電機(jī)加速旋轉(zhuǎn)等。限制工頻過電壓應(yīng)針對(duì)具體情況采取專門的措施，常用的方法有：采用并聯(lián)電抗器補(bǔ)償空載長(zhǎng)線的電容效應(yīng)，選擇合理的系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式，對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行快速電壓調(diào)整控制等等。

一般當(dāng)輸電距離超過 600 km 時(shí)，考慮在線路中間設(shè)立開關(guān)站，表示成2300 km、2350 km…。而對(duì)于該類線路，需考慮如下線路運(yùn)行方式。

方式1：全線雙回運(yùn)行，用“LD-LD”表示；

方式2：全線單回運(yùn)行，用“LS-LS”表示；

方式3：前段線路s1 雙回運(yùn)行，后段線路s2 單回運(yùn)行，用“LD-LS”表示；

方式4：前段線路s1 單回運(yùn)行，后段線路s2 雙回運(yùn)行，用“LS-LD”表示。

以長(zhǎng)2300 km、2400 km 的特高壓同塔雙回線路為例，研究線路中間設(shè)立開關(guān)站對(duì)系統(tǒng)工頻過電壓的影響，長(zhǎng)600 km 單段線路的工頻過電壓情況。高抗補(bǔ)償度均按87%考慮。

可以看出：

1）由于開關(guān)站無負(fù)荷落點(diǎn)，此處實(shí)質(zhì)是線路中間點(diǎn)，各種運(yùn)行方式下，母線側(cè)工頻過電壓水平均高于采用單段線路的情況，出現(xiàn)在開關(guān)站母線上。

2）線路中間設(shè)立開關(guān)站后，在全線雙回及全線單回的對(duì)稱運(yùn)行方式下，變電站或開關(guān)站線路側(cè)工頻過電壓水平與采用單段線路時(shí)基本相當(dāng)。

3）中間有開關(guān)站的特高壓同塔雙回線路前、后兩段線路不對(duì)稱的運(yùn)行方式，增加了線路零序電抗與正序電抗的比值，單相接地甩負(fù)荷工頻過電壓明顯高于采用單段線路的情況。若線路較長(zhǎng)、輸送潮流較重，上述工況下的工頻過電壓?jiǎn)栴}可能更為突出。而實(shí)際上，從運(yùn)行角度考慮，對(duì)于此類線路，當(dāng)出現(xiàn)某段線路中的一回線退出運(yùn)行時(shí)，另一段線路的兩回線均在運(yùn)行狀態(tài)不是必要，因此可以采取全線單回的運(yùn)行的方式，以避免此類不對(duì)稱運(yùn)行方式的出現(xiàn) 。

操作過電壓有如下特點(diǎn)：

(1)持續(xù)時(shí)間比較短。操作過電壓的持續(xù)時(shí)間雖比雷電過電壓長(zhǎng)，但比工頻過電壓短得多，一般在幾毫秒至幾十毫秒。操作過電壓存在于暫態(tài)過渡過程之中，當(dāng)同時(shí)又存在工頻電壓升高時(shí)，操作過電壓表現(xiàn)為在工頻過電壓基礎(chǔ)上迭加暫態(tài)的振蕩過程，可使操作過電壓的幅值達(dá)到更高的數(shù)值。

(2)由于電感中磁場(chǎng)能量與電容中電場(chǎng)能量都來源于系統(tǒng)本身，所以操作過電壓幅值與系統(tǒng)相電壓幅值有一定倍數(shù)關(guān)系。我國有關(guān)規(guī)程中規(guī)定選擇絕緣時(shí)的計(jì)算用操作過電壓大小如表所示。

(3)操作過電壓的幅值與系統(tǒng)的各種因素有關(guān)，且具有強(qiáng)烈的統(tǒng)計(jì)性。在影響操作過電壓的各種因素中，系統(tǒng)的接線與斷路器的特性起著很重要的作用。另外，許多影響操作過電壓的因素，如影響合閘過電壓的合閘相位等等因素有很大的隨機(jī)性，因此操作過電壓的具體幅值也具有很大的隨機(jī)性，但是不同幅值操作過電壓出現(xiàn)的概率服從一定的規(guī)律分布，這就是操作過電壓的統(tǒng)計(jì)特性。一般認(rèn)為操作過電壓幅值近似以正態(tài)分布規(guī)律分布。

(4)各類操作過電壓依據(jù)系統(tǒng)的電壓等級(jí)不同，顯示的重要性也不同。在電壓等級(jí)較低的中性點(diǎn)絕緣的系統(tǒng)中，單相間隙電弧接地過電壓最引人注意。對(duì)于電壓等級(jí)較高的系統(tǒng)，隨著中性點(diǎn)的直接接地，切空載變壓器與空載線路分閘過電壓就較為突出。而在超高壓系統(tǒng)中，空載線路合閘過電壓已成為重要的操作過電壓。

(5)操作過電壓是決定電力系統(tǒng)絕緣水平的依據(jù)之一。系統(tǒng)電壓等級(jí)越高，操作過電壓的幅值隨之也越高，另一方面，由于避雷器性能在高電壓等級(jí)系統(tǒng)中的不斷改善，大氣過電壓保護(hù)的不斷完善，使得操作過電壓對(duì)電力系統(tǒng)絕緣水平的決定作用越來越大。在超高壓系統(tǒng)中，操作過電壓對(duì)某些設(shè)備的絕緣選擇將逐漸起著決定性的作用。