500 k V同桿線路強耦合破壞性分析及改進方案

季 亮，王靈貴，李 琪，張海濤，晁紅軍

（國網河南省電力公司檢修公司，洛陽 471000）

隨著電網容量的不斷增加，電網開始解環運行，出現了大量同桿雙回線路對終端變電站輸電的方式，形成了帶弱饋的同桿線路輸電系統［1］。并聯電抗器可以吸收電網中容性無功，改善長輸線路上的電壓分布，當采用電抗器中性點經小電抗接地裝置時，還可用小電抗器補償線路相間及相地電容，以加速潛供電流自動熄滅，便于采用單相快速重合閘。憑借以上諸多優勢，并聯電抗器在超高壓線路中的應用極為廣泛，但是并聯電抗器是一把雙刃劍，如果參數配置不當，尤其是在同桿雙回高壓線路應用中，電抗器與線路電容配合會發生諧振，造成很高的感應電壓，從而對設備造成破壞性的沖擊。本文通過對某500 k V同桿線路送電時感應電壓破壞高壓設備的事故計算分析，闡述同桿線路強耦合性的破壞性以及如何消除強耦合的影響。

1 事故案例原因分析

1.1 線路參數條件

某500 k V變電站A回與B回線路為全線同桿線路，導線型號為LGJ-4×400，線路長度89.6 km，A回線路M側裝有120 Mvar線路高抗，中性點小電抗500Ω。根據線路專業提供參數，A回正序容性電納為B＝3.855×10－4S，折算為電抗后X＝2 594Ω，120 Mvar高抗的正序電抗為X＝2 521Ω，補償度F＝102.8%，接近全補償，此時容易發生諧振，且小電抗對諧振過電壓實際上已失去抑制作用。

1.2 事故發生經過

1.2.1 A回線路M側事故經過

A回線路高抗由檢修轉運行的操作中，操作人員拉開接地刀閘時，發現地刀半空中有較大扯弧，A、C相拉開，B相拉開至一半后停止，操作人員發現B相電機燒壞，此時聽見A回高抗中性點小電抗附近聲音異常，聽到較大的持續的電流轟鳴聲。此時A回線路高抗A、B保護RCS917中性點過流I段、過流II段動作，高抗ZK壓力釋放動作，保護裝置RCS974報警，半個小時后，A回線路高抗ZK輕瓦斯、重瓦斯相繼動作，最后網調下令將A回線路由熱備用轉檢修，最后經檢查發現中性點小電抗器燒毀。

1.2.2 A回線路N側事故經過

M側電抗器加入運行后，N側變電站后臺報：A回過電壓保護動作，經檢查兩套保護均動作，同時后臺顯示線路相電壓為：Ua：258.40 k V，Ub：165.38 k V，Uc：503.61 k V。此情況匯報網調后，網調強令推上地刀閘，操作人員遠方操作合刀閘失敗，如強行合閘可能對高壓設備造成損壞，可能造成地刀閘動、靜出頭燒毀。為降低線電壓，網調下令將B回線路停運，操作完畢后，開始A回線路充電，合上開關后，A回線路主保護動作跳開開關，現場聽到爆炸聲，經檢查發現A回線路避雷器C相被擊穿，避雷器泄露電流及動作計數器完全炸毀，C相三節避雷器壓力釋放裝置均動作。

2 計算校驗

根據線路專業提供的線路參數，我們對A回、B回線路進行了初步電壓、電流計算，工頻諧振計算和潛供電流恢復電壓計算。

2.1 A回線路帶120 Mvar高抗計算結果

計算條件：考慮A回接有120 Mvar并聯高抗，中性點小電抗500Ω。A回、B回線路在N-1方式下線路潮流約100 MW，A回、B回500 k V電壓水平為529～535 k V。

B回正常運行、A回開斷感應電流及感應電壓如表1所示。A回正常運行、B回開斷感應電流及感應電壓如表2所示。

表1 B回正常運行，A回開斷感應電流及感應電壓

表2 A回正常運行、B回開斷感應電流及感應電壓

根據計算結果，在B回正常運行，A回兩側斷開工況下，A回線路兩端容性電壓最高值達8 886.38 k V，過高說明發生了諧振；感性電流、感性電壓、容性電流數值均在合理水平范圍內。這里未考慮電抗器和變壓器飽和特性的影響，也未考慮避雷器的限壓作用，計及這些影響，過電壓會有一定程度的降低，但仍在較高水平。

在A回線路正常運行，B回兩側斷開工況下，斷開線路感應電流、感性電壓、容性電流、容性電壓數值均在合理水平范圍內。

2.2 工頻諧振計算結果

A回線路帶高抗條件下，兩側工頻諧振過電壓電壓最大值達到2446k V左右，過高，說明發生了諧振。如表3所示。

表3 I頻諧振計算結果

2.3 潛供電流與恢復電壓計算結果

A回線路兩側恢復電壓最大值達到402.77 k V左右，水平較高，電弧不能自動熄滅，潛供電流計算結果在合理水平范圍內。如表4所示。A回線路兩側恢復電壓最大值為61.42 k V，潛供電流最大值為20.47 A，電弧能夠在1 s以內自動熄滅，可采用單相自動重合閘。如表5所示。

表4 A回線路潛供電流與恢復電壓計算結果

表5 B回線路潛供電流與恢復電壓計算結果

2.4 不同小電抗值對計算結果的影響

上述計算均考慮中性點小電抗值為500Ω的情況，同時本論文也校驗計算了不同中性點小電抗阻值情況下的感應電壓和諧振電壓的情況，表6計算結果顯示，改變小電抗阻值對降低感應電壓、工頻諧振電壓無明顯效果［2－5］。

3 改進方案設計

3.1 A回線路不帶高抗條件計算結果

3.1.1 感應電壓、感應電流計算結果

同桿雙回線路不帶高抗條件下，一回正常運行，另一回線路斷開工況下，在正常運行線路潮流分別為100 MW、1 900 MW時，斷開線路上感性電流、感性電壓、容性電流、容性電壓數值均在合理水平范圍內。結果見表7、8、9、10。

表6 M側靜電耦合感應電壓 Ω、k V

表7 B回正常運行、A回開斷感應電流及感應電壓（B回線路潮流100MW的情況下）

表8 A回正常運行、B回開斷感應電流及感應電壓（B回線路潮流100 MW的情況下）

表9 B回正常運行、A回開斷感應電流及感應電壓（B回線路潮流1 900 MW的情況下）

表10 A回正常運行、B回開斷感應電流及感應電壓（B回線路潮流1 900 MW的情況下）

3.1.2 工頻諧振計算結果

根據計算結果，A回線路不帶高抗條件下，兩側工頻諧振過電壓電壓最大值為70 k V左右，說明無工頻諧振問題。如表11所示。

表11 A回線路工頻諧振過電壓

3.2 解決方案設計

在A回線路不并聯高抗的情況下，雖然不會產生諧振過電壓，但是無高抗的情況下也達到改善電力系統無功功率和改善長輸線路上的電壓分布的效果，為了彌補這一不足之處，文給出以下三種解決方案：

（1）A回線路高抗退出運行，M側變電站增加2×60 Mvar低抗；

（2）將A回線路高抗由120 Mvar更換為90 Mvar高抗；

（3）將A回高抗改接入母線。

以上三個方案均可有效解決A回線路存在的問題。

4 結語

由于超高壓同桿雙回輸電線路具有出線走廊窄，占地面積少，投資小，建設速度快，輸送能力強等優點，因此獲得了廣泛的應用［6］。超高壓同桿雙回線路中并聯電抗器的應用，吸收電網容性無功改善輸電線路電壓分布的同時，也會造形成諧振對破壞電力設備。本文描述的破壞性事故在日常電力系統中是十分常見的，為了有效避免類似事故的發生，在線路設計的過程中一定要充分考慮并聯電抗器與線路電阻電容配合的因素，消除強耦合諧振產生的感應高電壓，避免發生電網、人身、設備事故。

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