韓淑燕

【摘 要】我國(guó)1000kV特高壓輸電線路采用單相重合閘的操作方式，以提高系統(tǒng)供電可靠性和運(yùn)行穩(wěn)定性。輸電線路因發(fā)生單相故障而切斷后，非故障相通過靜電和電磁耦合向故障點(diǎn)供電，產(chǎn)生的電流稱為潛供電流，形成的接地弧光則稱為潛供電弧。本文主要闡述其抑制的幾種方法。

【關(guān)鍵詞】特高壓；輸電線路；潛供電??；抑制方法

潛供電弧的熄滅時(shí)間主要取決于潛供電流的大小，有必要采取措施盡可能降低潛供電流的數(shù)值，以改善其自熄特性，這是提高單相自動(dòng)重合閘成功率的關(guān)鍵。

超特高壓電網(wǎng)線路一側(cè)或者兩側(cè)普遍設(shè)置了并聯(lián)電抗器，其目的是抑制內(nèi)部過電壓。由于長(zhǎng)線的電容效應(yīng)，會(huì)在線路末端產(chǎn)生工頻電壓升高，而操作過電壓就是在工頻電壓升高的基礎(chǔ)上產(chǎn)生?？站€線路末端的工頻電壓最高，在此處裝設(shè)并聯(lián)電抗器，其電感能補(bǔ)償線路的對(duì)地電容，減小流經(jīng)線路的電容電流，削弱輸電線路的電容效應(yīng)，降壓效果最為顯著。并聯(lián)電抗器的作用不僅是限制工頻電壓升高，吸收線路上的容性無功功率，涉及到系統(tǒng)穩(wěn)定，無功平衡，調(diào)相調(diào)壓，自勵(lì)磁及非全相狀態(tài)下的諧振等方面，也能補(bǔ)償潛供電流。由于并聯(lián)電抗器的存在增加了對(duì)地的分流通道，電抗器的容量越大，則分流越大，潛供電流就越小。本文就特高壓輸電線路潛供電弧的抑制提供以下四種方法：

1.并聯(lián)電抗器加中性點(diǎn)小電抗補(bǔ)償

并聯(lián)電抗器在我國(guó)、前蘇聯(lián)等國(guó)家超高壓輸電線路以及前蘇聯(lián)的特高壓線路上獲得了大量應(yīng)用，它能夠補(bǔ)償線路的對(duì)地充電功率，削弱輸電線路的電容效應(yīng)，有效抑制工頻與操作過電壓。

在并聯(lián)電抗器中性點(diǎn)裝設(shè)小電抗圖，能同時(shí)補(bǔ)償線路相間電容和對(duì)地電容圖，限制潛供電流和恢復(fù)電壓的靜電禍合分量，加速潛供電弧的熄滅。小電抗中性點(diǎn)絕緣要求較高，常安裝MOA進(jìn)行保護(hù)。對(duì)于以上兩種接線方式都能起到補(bǔ)償線路相間電容和對(duì)地電容的作用，相比較而言，小電抗圖中性點(diǎn)接小電抗的方式更簡(jiǎn)單明了，經(jīng)濟(jì)性更佳.所以本文采用小電抗圖的接線方式.理想情況下，當(dāng)相間接近全補(bǔ)償時(shí)，相間阻抗接近無窮大，相間聯(lián)系被隔斷，當(dāng)故障相兩側(cè)斷開后，潛供電流的橫分量近似為O，縱分量也被有效限制，而且跨過故障點(diǎn)的恢復(fù)電壓也會(huì)很低，潛供電弧會(huì)很快熄滅。

在并聯(lián)電抗器中性點(diǎn)裝設(shè)小電抗的補(bǔ)償方法，其主要缺點(diǎn)是：成本較高，中性點(diǎn)絕緣要求高；固定并聯(lián)電抗器加小電抗的靈活性較差，且對(duì)不換位輸電線路的補(bǔ)償效果不明顯。特高壓線路中，潮流變動(dòng)范圍大，當(dāng)使用固定電抗器長(zhǎng)期接入線路時(shí)，會(huì)造成較大的附加功率損耗，并降低線路電壓。因此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，在特高壓線路上宜安裝可控電抗器。正常情況下，電抗器運(yùn)行在小容量以至空載狀態(tài)；突發(fā)故障時(shí)，線路側(cè)的電抗器瞬間高速響應(yīng)，運(yùn)行到高補(bǔ)償度狀態(tài)。為避免造成小電抗和主電抗過高的絕緣要求，中性點(diǎn)小電抗宜不可控。

鑒于目前技術(shù)水平所限，即使在我國(guó)現(xiàn)行的超高壓線路上也沒有成功使用可控并聯(lián)電抗器的經(jīng)驗(yàn)，因此，我國(guó)的特高壓輸電線路近期內(nèi)仍將采用固定式高抗。不少學(xué)者提出的可控電抗器的三種可能結(jié)構(gòu)方案：高漏抗變壓器型、磁閥型、多并聯(lián)電抗支路型，這為將來研制特高壓等級(jí)的可控電抗器提供了重要參考依據(jù)。

2.選擇開關(guān)式并聯(lián)電抗器組

1978年美國(guó)學(xué)者B.R.sherling等人提出采用選擇開關(guān)式并聯(lián)電抗器組來抑制潛供電流的理論，并在此基礎(chǔ)上給出了確定電抗器電感值的優(yōu)化方法。帶開關(guān)式并聯(lián)電抗器組的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

此后，B.R.sherfing等人對(duì)此方法進(jìn)行了一系列改進(jìn)，分析了線路兩端都安裝、都不安裝以及單端安裝并聯(lián)電抗器加中性點(diǎn)小電抗時(shí)，在線路上再加裝選擇開關(guān)式并聯(lián)電抗器組的情況，并給出了相應(yīng)的電抗器優(yōu)化取值及開關(guān)狀態(tài)。該方法主要針對(duì)不換位或不完全換位線路，其各相對(duì)地電容及相間電容不相等。該方法應(yīng)用美國(guó)一條不換位的750kV線路為模型，仿真分析取得了很好的效果。

該方法的主要缺點(diǎn)是使用開關(guān)較多，且對(duì)開斷能力要求較高，控制較復(fù)雜；當(dāng)開關(guān)發(fā)生故障而未能開斷時(shí)，還可能引起劇烈的系統(tǒng)震蕩，因此，每個(gè)開關(guān)都需要額外的繼電保護(hù)措施，成本較高，限制了該方法的實(shí)際應(yīng)用。同時(shí)，該方案在設(shè)計(jì)時(shí)僅限于單回輸電線路，對(duì)于雙回輸電線路并不適用。

該方案從提出至今，尚沒有在國(guó)內(nèi)外的輸電線路上獲得工程實(shí)用，但對(duì)我國(guó)特高壓輸電線路潛供電弧熄滅方案的設(shè)計(jì)思路，具有重要借鑒價(jià)值。

3.串聯(lián)電容器補(bǔ)償輸電線路的潛供電流

串聯(lián)電容補(bǔ)償已被廣泛應(yīng)用于各國(guó)超高壓遠(yuǎn)距離大容量輸電線路上，可顯著提高線路傳輸能力，減少輸電線路的回?cái)?shù)，在經(jīng)濟(jì)上以及減少輸電線路對(duì)環(huán)境電磁污染等方面體現(xiàn)出較大的優(yōu)勢(shì)。

占潛供電流絕大部分的靜電感應(yīng)分量與線路長(zhǎng)度成正比，串聯(lián)電容的存在使其值大大減小，從而可加速潛供電弧的熄滅。但是，在單相接地短路故障中，電容器上的殘余電荷可能通過故障點(diǎn)及高抗組成的回路放電，從而在穩(wěn)態(tài)的潛供電流上疊加一個(gè)相當(dāng)大的低頻暫態(tài)分量。該暫態(tài)分量衰減較慢，使得電流過零次數(shù)減少，影響潛供電流的自滅，對(duì)單相自動(dòng)重合閘不利；單相瞬時(shí)性故障消失后，恢復(fù)電壓上也將疊加電容器的殘壓，影響單相重合閘的成功。

對(duì)于線路中間安裝開關(guān)站的遠(yuǎn)距離輸電線路，當(dāng)串聯(lián)補(bǔ)償布置于并聯(lián)電抗器線路側(cè)時(shí)，非故障線段中故障相的串聯(lián)補(bǔ)償電容器，將通過開關(guān)站的電氣聯(lián)系經(jīng)接地點(diǎn)向潛供電弧放電，即使在故障段電容被旁路的情況下，仍然有低頻分量在潛供電流中存在，這時(shí)需要綜合優(yōu)化串、并聯(lián)補(bǔ)償方案。

串聯(lián)補(bǔ)償電容器的使用還會(huì)帶來一系列的其它問題，如過電壓、次同步諧振以及對(duì)斷路器暫態(tài)恢復(fù)電壓的影響等問題。國(guó)外1000kV及以上電壓等級(jí)并無安裝串聯(lián)補(bǔ)償電容器的經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)的特高壓輸電線路是否需要安裝串聯(lián)補(bǔ)償，還需結(jié)合上述論據(jù)，由設(shè)計(jì)和使用單位科學(xué)研究后才能確定。

4.快速接地開關(guān)

快速接地開關(guān)是熄滅潛供電弧的一種經(jīng)濟(jì)有效的方法。在日本、韓國(guó)的超高壓線路以及日本的特高壓電網(wǎng)中，由于線路較短，未安裝高壓并聯(lián)電抗器，無法采用中性點(diǎn)小電抗；而且線路不換位，即使采用小電抗，效果并不好；因此，HSGS得到了廣泛應(yīng)用。線路發(fā)生單相接地故障后，兩端斷路器斷開，線路通過HSGS快速接地，故障相兩端的對(duì)地電容被短路，與故障點(diǎn)構(gòu)成分流支路，使得故障點(diǎn)的潛供電流和電壓大大降低。HSGS的實(shí)質(zhì)是將故障點(diǎn)的開放性電弧轉(zhuǎn)化為開關(guān)內(nèi)的壓縮性電弧，其熄滅不受風(fēng)速以及天氣的影響。僅從熄滅潛供電弧的效果來看，快速接地開關(guān)要比并聯(lián)電抗器加中性點(diǎn)小電抗更有效。當(dāng)前日本的快速接地開關(guān)大多采用強(qiáng)化型的壓氣式分?jǐn)嘞到y(tǒng)以及油壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)，以滿足開斷大電流和快速動(dòng)作的需要。

但快速接地開關(guān)的使用也會(huì)帶來很多問題。對(duì)于帶串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的線路，當(dāng)某些位置發(fā)生故障時(shí)，閉合兩端的快速接地開關(guān)，則補(bǔ)償電容和線路電感之間可能會(huì)引起串聯(lián)諧振，使?jié)摴╇娏鞣岛艽螅y以熄滅。在雙回輸電線路中，兩相同時(shí)故障的比例增加，線路兩端HSGS的不同期閉合，使通過HSGS的直流分量增加，電流過零次數(shù)減少，影響故障清除時(shí)間。對(duì)于采用HSGS的系統(tǒng)，HSGS的接地電阻與短路點(diǎn)接地電阻的比值決定了HSGS的分流作用，接地電阻對(duì)潛供電流的影響很大，需要對(duì)潛供電弧的模型進(jìn)行準(zhǔn)確分析。當(dāng)土壤電阻率增大時(shí)，潛供電流有所上升，此時(shí)HSGS的作用受到影響。

此外，快速接地開關(guān)的保護(hù)和控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，也在一定程度上限制了其推廣應(yīng)用。當(dāng)線路已經(jīng)安裝了并聯(lián)電抗器之后，安裝HSGS的費(fèi)用比單純加中性點(diǎn)小電抗的費(fèi)用要高很多。

【參考文獻(xiàn)】

[1]楊芳.高壓輸電線路的潛供電流特性與對(duì)策研究[D].廣西大學(xué)，2006.