潛供電流和恢復電壓的工程計算及其限制措施分析

何盛

（擎能設計有限公司，廣東 韶關 512000）

潛供電流和恢復電壓的工程計算及其限制措施分析

何盛

（擎能設計有限公司，廣東 韶關 512000）

為使在500kV及以上超特高壓輸電線路瞬時性故障后單相自動重合閘重合成功，必須有效限制潛供電流和恢復電壓。本文以湖南500kV湘西至永州線路為例，進行了潛供電流和恢復電壓的理論分析計算，并提出了合理的限制措施，同時利用BPA軟件進行了仿真計算。

潛供電流；恢復電壓；工程計算；BPA

引言

超高壓輸電線路中，經常采用單相重合閘的方式。當輸電線路發生單相故障時，只切除線路故障相，線路轉入非全相運行。然后進行單相重合閘，若為瞬時性故障，重合閘成功，線路恢復三相正常運行狀態。當然熄弧越快對重合閘成功越有利，然而在非全相運行期間，兩運行相通過電容耦合在故障點形成電流；運行相通過負荷電流時，因相間存在互感，在故障相線路中感應電動勢，同樣在故障點形成電流。這兩部分電流之和稱為潛供電流。為了使得單相重合成功，要求潛供電流較小，并且熄弧時恢復電壓也較低。

1 潛供電流的分析

架空線輸電線路存在對地電容和線間電容，如圖1所示。線間電容CM可變換成等效星形電容，如圖2。輸電線路正序、負序電容輸電線路零序電容為C0，為輸電線路長度，CM為線路線間電容。

圖1 正常運行工況下輸電線路等值電路圖

圖2 正常運行工況下輸電線路等值電路圖（將CM進行角—星變換后）

當線路A相接地兩側A相斷開后，電路化簡為圖3所示。因B、C相間電容對潛供電流Iqg.c無影響，繼而電路化簡為圖4，根據電路原理，可將圖4化簡為一個等效有源支路，如圖5所示。

圖3 模擬A相跳閘后線路等值電路圖

圖4 模擬A相跳閘后簡化線路等值電路圖1

圖5 模擬A相跳閘后簡化等效有源支路圖

產生潛供電流的另一原因是兩個非故障相有負荷電流，通過與故障相的電感耦合引起。圖6示出了相間電感耦合形成潛供電流示意圖，為兩非故障等效負荷電流，該負荷電流通過相間電感耦合在故障線段中感應出電動勢、，通過故障線對地電容在故障處建立相應電流。顯然，電感耦合引起的潛供電流是上述兩部分電流之差。與負荷電流大小、故障點位置有關。總的潛供電流通常情況下，比小得多，因此，在工程理論計算中，可將忽略，一般認為潛供電流產生及流向示意圖見圖6。

圖6 潛供電流產生及流向示意圖

2 潛供電流的限制措施

為了提高超高壓電網線路故障單相自動重合閘的成功率，必須采取一定的措施，以加快潛供電弧的熄滅。在超高壓輸電系統中，主要有以下限制措施：

2.1 使用快速接地開關（HSGS——High Spead Ground Switch）

這種方法是在故障相線路兩側斷路器跳開后，先快速合上故障線路兩側的HSGS，將接地點的潛供電流轉移到電阻很小的兩側閉合的接地開關上，從而減小流經故障接地點潛供電流，促使故障接地點潛供電弧熄滅；然后打開HSGS，利用開關的滅弧能力將其電弧強迫熄滅；最后，再重合故障相線路。

2.2 使用高壓并聯電抗器及中性點小電抗

圖7 電抗器中性點接小電抗等值回路圖

在裝有高壓并聯電抗器的線路上，加裝高壓并聯電抗器中性點小電抗，該方法在我國超特高壓電網使用較為廣泛。本文選取實例也是采用的此種措施實現限制潛供電流和恢復電壓。在高壓并聯電抗器中性點加裝小電抗后，可以補償相間電容，并部分補償互感分量，降低潛供電流的幅值。高壓并聯電抗器中性點接小電抗等值回路圖見圖7。

根據DL/T5014-2010《330kV～750kV變電站無功補償裝置技術規定》及《電力工程電氣設計手冊（電氣一次部分）》可知，超特高壓電網輸電線路的充電功率應按就地補償的原則采用高、低壓并聯電抗器予以補償。高壓并聯電抗器的補償度kl一般取40%～80%。80%～100%補償度是一相開斷或兩相開斷的諧振區，應避免采用。

式中：QL——并聯電抗器的容量，MVA；

QC——線路的充電功率，MVA；

中性點小電抗值從抑制工頻傳遞諧振過電壓角度出發可按式（6）：

式中：X0——中性點小電抗的電抗值，Ω；

XL——并聯電抗器的正序電抗值，Ω；

X12——線路相間容抗值，Ω；

中性點小電抗值從補償相間電容角度出發可按式（7）：

式中：XL0——并聯電抗器的零序電抗值，Ω；XL=XL0對單相電抗器，XL=XL0，對三相三柱是電抗器，

3 實例計算分析

500kV湘西～永州線路是湖南湘西電力外送重要500kV線路之一，線路始于500kV湘西站，止于湘南500kV永州站。線路為單回路架設，導線截面2 400/50，水平排列方式，子導線分裂間距450mm，線路長度約245.4km。地線型號一根為OPGW，另一根為GJ-80。全線采用了兩個全換位。線路序參數表見表1。

表1 500kV湘西站～永州站線路序參數表

圖8 500kV湘西～永州線路示意圖

顯然，根據以上計算結果可知，500kV湘西～永州線路潛供電流幅值為47.4A,遠大于電力標準DL/T5222-2005《導體和電器選擇設計技術規定》中潛供電流應小于15～20A的要求，因此為了保證單相重合閘的成功需裝設線路高抗。

又可算得500kV湘西站～永州站線路充電功率：

由于線路兩側均裝設一組高壓并聯電抗器，每組高壓并聯電抗器可按線路充電功率的一半進行補償，為了避免諧振過電壓，高抗補償度宜取40%～80%，同時綜合考慮到高抗產品生產序列性，500kV湘西～永州線路兩側各裝設一組120MVar（由3臺單相40MVar電抗器組成）是較為合理。

根據式（5）可算得高抗補償度kl＝75.1%。

∵所裝設電抗器為單相電抗器

∴根據式（7）

綜上所述，為了有效限制500kV湘西～永州線路的潛供電流和恢復電壓，推薦線路兩側分別裝設有1組120MVar高抗（3臺單相40MVar電抗器），此外，依據類似500kV線路實際運行經驗，同時考慮到中性點小電抗產品序列性，推薦中性點小電抗選擇900Ω。

4 BPA軟件仿真計算分析

本文利用BPA暫態穩定程序來計算潛供電流和恢復電壓。

4.1 填寫潮流數據.dat文件數據

首先，以工程設計水平年網架和運行方式為基礎，填寫潮流數據.dat文件。

1）填寫定義母線節點B卡，主要填寫內容包括卡片類型，節點名稱、基準電壓。

湘西站、永州站500kV母線對應的潮流.dat文件所填數據為：

B 湘西 500.

B 永州 500.

2）填寫線路數據卡L卡，主要填寫內容包括線路兩側母線名稱、基準電壓、正序電阻、電抗、電納表么值；500kV高抗卡L+卡，主要填寫內容包括線路兩側母線名稱、基準電壓、高抗容量。

對應的潮流.dat文件所填數據為：

L 湘西 500.永州 500.1000178 002563 131342 246

L+湘西 500.永州 500.120.120.

4.2 填寫穩定數據.swi文件數據

對應潮流文件中線路數據L卡，穩定數據中需要填寫線路零序參數卡L0卡，主要填寫內容包括線路兩側母線名稱、基準電壓、零序電阻、電抗、電納表么值；高抗零序卡L0+，主要填寫內容包括線路兩側母線名稱、基準電壓、線路兩側高抗的等值零序電抗表么值。

其對應的穩定.swi文件所填數據：

LO 湘西 500.永州 500..023514.07935 .747 .747

LO+ 湘西 500.永州 500.2.088 2.088

4.3 潛供電流和恢復電壓的計算

通過使用BPA程序計算500kV湘西～永州線路線路潛供電流和恢復電壓結果見表2、表3。

表2 500kV湘西～永州線路線路潛供電流和恢復電壓結果（未裝設高壓并聯電抗器）

表2中未裝設高抗時，軟件計算結果與理論計算潛供電流結果相差約1A，主要原因是工程理論計算時，忽略了非故障相與故障相間電感耦合所提供的潛供電流電磁分量。

表3 500kV湘西～永州線路線路潛供電流和恢復電壓結果（線路兩側裝設高壓并聯電抗器）

由以上計算結果可知：線路兩側未裝設高抗時，軟件計算結果與理論計算潛供電流結果基本一致，線路兩側裝設中性點小電抗為900Ω的120MVar高抗后，潛供電流和恢復電壓均得到明顯下降，潛供電流限制到約12A，滿足電力標準DL/T5222-2005《導體和電器選擇設計技術規定》中潛供電流應小于15～20A的要求。顯然，加裝合適的并聯電抗器中性點接小電抗對減小潛供電流和降低恢復電壓效果是十分理想的。

5 結論

本文在闡述潛供電流和恢復電壓產生機理的基礎上,以500kV湘西至永州超高壓線路為例進行工程理論計算，得到未裝設線路高抗前，500kV湘西至永州超高壓線路的潛供電流和恢復電壓分別為47.4A和53.4kV，潛供電弧無法自熄滅。于是通過計算，推薦該條線路兩側分別裝一組中性點小電抗為900Ω的120MVar線路高抗，以達到限制潛供電流和恢復電壓的目的。同時為了驗證工程理論計算的正確性，本文利用BPA仿真軟件進行校驗計算,計算結果表明，未裝設線路高抗前，線路潛供電流和恢復電壓的仿真計算與工程理論計算結果基本一致，裝設線路高抗后，線路潛供電流和恢復電壓均可限制到電力標準允許范圍內，從而進一步驗證了理論計算方法的正確性。本文的分析結論可為潛供電流、恢復電壓的計算及高抗的選擇提供理論參考依據，對今后超特高壓輸電線路的設計具有一定的借鑒意義。

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Engineering Calculation Of Secondary Current and Recovery Voltage and Analysis of Its Restrictive Measures

HE Sheng
(Qingneng design Co.Ltd,Shaoguan 512000,Guangdong)

After the 500kV and above EHV and UHV transmission line transient fault,in order to make the single-phase automatic be reclosed successfully,the secondary current must be effectively limited and the voltage must be recovered.Taking the Hunan 500kV Xiangxi-Yongzhou route as an example,this paper carries out the theoretical analysis and calculation for the secondary arc current and recovery voltage,and puts forward the reasonable limitation measures,while using BPA software for the simulation calculation.

secondary current；recovery voltage；engineering calculation；BPA

TM7

A

1671-5004（2017）02-0017-04

2017-1-4

何盛（1986～），女，漢族，湖南長沙人，大學本科，韶關市擎能設計有限公司注冊電氣工程師，從事電力工程系統設計工作。