330 kV空載線路非同期合閘過電壓的研究

王國林

（國網德陽供電公司，四川 德陽618000）

眾所周知，330 kV及以上電壓等級的斷路器均為三相獨立操作機構，當不用檢同期裝置時，這種斷路器合閘總存在一定程度的三相不同期[1-2]，進而形成瞬時的三相不對稱回路，這種非對稱性在中性點非直接接地或中性點絕緣系統中顯得更為嚴重[3]。電力系統三相之間存在互感與電容的耦合作用，在未合閘相上感應出與已合閘相極性相同的電壓，待未合相合閘時可能出現反極性合閘的情況，產生更高幅值的操作過電壓[4]。因此，研究三相分相操作機構的斷路器非同期合330 kV空載線路過電壓的影響因素，對架空線路絕緣設計非常必要。

1 330 kV空載線路參數、模型與部件參數

ATP-EMTP是電力系統中高電壓等級的電力網絡仿真應用最廣泛的程序，軟件中傳輸線的模型都是通過現場測試證實的[5]。文章研究的330 kV空載線路參數和基于ATP-EMTP的模型同文獻[6]，仿真模型中具體部件參數如上圖1所示。

圖1 仿真模型中具體部件參數

2 不同影響因素在非同期合閘條件下的仿真結果

以下仿真非同期合閘條件下合閘電阻、合閘電阻接入時間、合閘相位和殘余電荷各自單獨作用下對A相操作過電壓波形與最大幅值的影響。非同期合閘是指文獻[1]中圖2三相合閘時控開關S1-A、S1-B、S1-C的閉合有時間差，一般取B相合閘時間落后A相5 ms和C相合閘時間落后A相2 ms。因此，設置時控開關S1-A、S1-B和S1-C的閉合時間分別為200、205和202 ms。

2.1 不同合閘電阻

考慮合閘電阻接入時間為10 ms，設置時控開關S1-A、S1-B和S1-C的合閘時間分別為200、205和202 ms，時控開關S2-A、S2-B和S2-C的合閘時間分別為210、215和212 ms。合閘電阻分別為0、200、400、600Ω下的最大過電壓值如圖2所示。

圖2 不同合閘電阻下的最大過電壓值

從圖2可知，當接入的合閘電阻為200Ω時，母線上（點2）操作過電壓的最大幅值從不加合閘電阻的566.8 kV下降到413.2 kV，降了27.10%；線路末端（點4）操作過電壓的最大幅值從不加合閘電阻的695.0 kV下降到503.1 kV，下降了27.61%。根據曲線走勢，應選擇適當的合閘電阻以降低操作過電壓。

2.2 不同合閘電阻接入時間

為研究相同合閘電阻在不同接入時間的影響，設置時控開關S1-A、S1-B和S1-C的合閘時間分別為200、205和202 ms，時控開關S2-A、S2-B和S2-C的合閘時間分別為205、210和207 ms，210、215和212 ms，220、225和222 ms。合閘電阻200Ω時接入時間分別為5、10、20 ms下的最大過電壓值如圖3所示?？芍耗妇€上操作過電壓的最大幅值從不接合閘電阻（接入時間為0 ms）的566.8 kV下降到合閘電阻接入時間20 ms的413.1 kV，下降了27.12%；線路末端操作過電壓的最大幅值從不接合閘電阻的695 kV下降到合閘電阻接入時間20 ms的504 kV，下降了27.48%。根據曲線趨勢，應選擇恰當的合閘電阻接入時間來降低操作過電壓。

圖3 合閘電阻（200Ω）不同接入時間下的最大過電壓值

2.3 不同合閘相位

時控開關S1-A、S1-B和S1-C的合閘時間分別為200、205和202 ms的情況下，分別設置電源初相φa=0°、45°、90°、225°、270°時進行仿真，用于研究不同合閘相位對非同期合閘過電壓的影響。圖4給出了不同合閘相位下的最大過電壓值。在非同期合閘條件下，母線操作過電壓的最大幅值從合閘相位為0°的566.8 kV上升到合閘相位為45°時的600.5 kV和下降到合閘相位為90°時的518.7 kV，分別提高了5.95%和降低了8.49%；線路末端操作過電壓的最大幅值可從合閘相位為0°的695.0 kV上升到合閘相位為45°時的821.5 kV和下降到合閘相位為90°時的623.4 kV，分別提高了18.20%和降低了10.30%。根據曲線走勢，非同期合閘時可不考慮合閘相位的影響，因為ABC三相之間有固定相位差120°。

圖4 不同合閘相位下的最大過電壓值

2.4 不同線路殘余電荷

時控開關S1-A、S1-B和S1-C的合閘時間分別為200、205和202 ms的情況下，分別設置A相直流電源所加電壓分別為0.2Uphm，0.5Uphm，1.0Uphm和-0.2Uphm，-0.5Uphm，-1.0Uphm來研究不同線路殘余電荷對非同期合閘過電壓的影響，同時B相和C相的殘余電荷都為A相電壓的一半且極性相反。圖5給出了不同殘余電荷下的最大過電壓值。從圖5可知：當A相殘余帶電荷-1.0Uphm，B相和C相都為0.5Uphm時，線路末端的操作過電壓的最大幅值從695.0 kV上升到907.0 kV，上升了30.50%。根據曲線趨勢，架空線帶同極性殘余電荷時，可以減小操作過電壓的最大幅值。但線路ABC三相不可能同時都帶同極性殘余電荷，所以空線路合閘前應該將線路三相殘余電荷均釋放掉。

圖5 不同殘余電荷下的最大過電壓值

3 結論

通過本文的研究，可得如下結論。

合閘電阻、合閘電阻接入時間、合閘相位、殘余電荷對三相非同期合空載線路的操作過電壓影響并不相同。斷路器并聯的合閘電阻、合閘電阻接入的時間和空載線路上的殘余電荷對操作過電壓影響較大，合閘時電源的相位對操作過電壓影響很小。

斷路器三相不同時合閘比同時合閘的操作過電壓的最大幅值大。參照文獻[1]的數據，當合閘電阻為200Ω，接入時間為10 ms時，母線上不同期合閘的操作過電壓的最大值413.2 kV比同期合閘的操作過電壓的最大值為395.8 kV高出4.40%；線路末端不同期合閘的操作過電壓的最大值503.6 kV比同期合閘的操作過電壓的最大值為435.0 kV高出15.77%。

應利用檢同期裝置，將適當的合閘電阻以恰當的時間并聯接入斷路器對不帶殘余電荷的空載線路充電，以保證空載線路最大過電壓值能降至最低。