基于ATP-EMTP的330 kV空載線路非同期合閘過(guò)電壓研究

王國(guó)林

( 國(guó)網(wǎng)四川省電力公司德陽(yáng)供電公司，四川 德陽(yáng) 618000 )

0 引言

眾所周知，330 kV及以上電壓等級(jí)的斷路器均為三相獨(dú)立操作機(jī)構(gòu)，當(dāng)不用檢同期裝置時(shí)，這種斷路器合閘總存在一定程度的三相不同期〔1, 2〕，進(jìn)而形成瞬時(shí)的三相不對(duì)稱回路，這種非對(duì)稱性在中性點(diǎn)非直接接地或中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)中顯得更為嚴(yán)重〔3〕。電力系統(tǒng)三相之間存在互感與電容的耦合作用，在未合閘相上感應(yīng)出與已合閘相極性相同的電壓，待未合閘相合閘時(shí)可能出現(xiàn)反極性合閘的情況，產(chǎn)生更高幅值的操作過(guò)電壓〔4〕。因此，研究三相分相操作機(jī)構(gòu)的斷路器非同期合330 kV空載線路過(guò)電壓的影響因素，對(duì)架空線路絕緣設(shè)計(jì)非常必要。

1 330 kV空載線路參數(shù)和仿真模型

1.1 330 kV空載線路參數(shù)

某330 kV空載線路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖1所示〔5〕。具體參數(shù)為：

圖1 330 kV空載線路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

線路參數(shù)：Z1=0.04+j0.318 Ω/km，C1=11.86×10-9F/km，

Z0=0.26+j1.015 Ω/km，C0=7.66×10- 9F/km。

線路長(zhǎng)度：l=280 km。

1.2 ATP-EMTP仿真模型

ATP-EMTP是電力系統(tǒng)中高電壓等級(jí)電力網(wǎng)絡(luò)仿真使用最廣泛的程序，軟件中傳輸線的模型都是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試證實(shí)的〔6〕。圖2和圖3分別為ATP-EMTP仿真模型和仿真參數(shù)設(shè)置。

圖2 合空載線路過(guò)電壓計(jì)算ATP-EMTP仿真模型

圖3 仿真參數(shù)設(shè)置

2 不同影響因素在非同期合閘條件下的仿真結(jié)果

以下仿真非同期合閘條件下合閘電阻、合閘電阻接入時(shí)間、合閘相位和殘余電荷各自單獨(dú)作用下對(duì)A相操作過(guò)電壓波形與最大幅值的影響。非同期合閘是指圖2三相合閘時(shí)控開(kāi)關(guān)S1-A、S1-B、S1-C的閉合有時(shí)間差，一般取B相合閘時(shí)間落后A相5 ms和C相合閘時(shí)間落后A相2 ms。因此，設(shè)置時(shí)控開(kāi)關(guān)S1-A、S1-B和S1-C的閉合時(shí)間分別為200 ms、205 ms和202 ms。

2.1 不同合閘電阻

考慮合閘電阻接入時(shí)間為10 ms，設(shè)置時(shí)控開(kāi)關(guān)S1-A、S1-B和S1-C的合閘時(shí)間分別為200 ms、205 ms和202 ms，時(shí)控開(kāi)關(guān)S2-A、S2-B和S2-C的合閘時(shí)間分別為210 ms、215 ms和212 ms。合閘電阻分別為0、200、400、600 Ω下的最大過(guò)電壓值如圖4所示。

圖4 不同合閘電阻下的最大過(guò)電壓值

從圖4可知，當(dāng)接入的合閘電阻為200 Ω時(shí)，母線上(點(diǎn)2)操作過(guò)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(diǎn)4)操作過(guò)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(jù)曲線走勢(shì)，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)暮祥l電阻以降低操作過(guò)電壓。

2.2 不同合閘電阻接入時(shí)間

為研究相同合閘電阻在不同接入時(shí)間的影響，設(shè)置時(shí)控開(kāi)關(guān)S1-A、S1-B和S1-C的合閘時(shí)間分別為200 ms、205 ms和202 ms，時(shí)控開(kāi)關(guān)S2-A、S2-B和S2-C的合閘時(shí)間分別為205 ms、210 ms和207 ms，210 ms、215 ms和212 ms，220 ms、225 ms和222 ms。合閘電阻200Ω時(shí)接入時(shí)間分別為5 ms、10 ms、20 ms下的最大過(guò)電壓值如圖5所示。可知：母線上操作過(guò)電壓的最大幅值從不接合閘電阻(接入時(shí)間為0 ms)的566.8 kV下降到合閘電阻接入時(shí)間20 ms的413.1 kV，下降了27.12 %；線路末端操作過(guò)電壓的最大幅值從不接合閘電阻的695.0 kV下降到合閘電阻接入時(shí)間20 ms的504.0 kV，下降了27.48 %。根據(jù)曲線趨勢(shì)，應(yīng)選擇恰當(dāng)?shù)暮祥l電阻接入時(shí)間來(lái)降低操作過(guò)電壓。

圖5 合閘電阻(200Ω)不同接入時(shí)間下的最大過(guò)電壓值

2.3 不同合閘相位

時(shí)控開(kāi)關(guān)S1-A、S1-B和S1-C的合閘時(shí)間分別為200 ms、205 ms和202 ms的情況下，分別設(shè)置電源初相φa=0°、45°、90°、225°、270°時(shí)進(jìn)行仿真，用于研究不同合閘相位對(duì)非同期合閘過(guò)電壓的影響。圖6給出了不同合閘相位下的最大過(guò)電壓值。在非同期合閘條件下，母線操作過(guò)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(shí)的600.5 kV和下降到合閘相位為90°時(shí)的518.7 kV，分別提高了5.95 %和降低了8.49 %；線路末端操作過(guò)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(shí)的821.5 kV和下降到合閘相位為90°時(shí)的623.4 kV，分別提高了18.20 %和降低了10.30 %。根據(jù)曲線走勢(shì)，非同期合閘時(shí)可不考慮合閘相位的影響，因?yàn)锳BC三相之間有固定相位差120°。

圖6 不同合閘相位下的最大過(guò)電壓值

2.4 不同線路殘余電荷

時(shí)控開(kāi)關(guān)S1-A、S1-B和S1-C的合閘時(shí)間分別為200 ms、205 ms和202 ms的情況下，分別設(shè)置A相直流電源所加電壓分別為0.2 Um(Um為330 kV輸電線路相電壓的峰值)，0.5 Um，Um和-0.2 Um，-0.5 Um，-Um來(lái)研究不同線路殘余電荷對(duì)非同期合閘過(guò)電壓的影響，同時(shí)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7給出了不同殘余電荷下的最大過(guò)電壓值。從圖7可知：當(dāng)A相殘余帶電荷-Um，B相和C相都為0.5 Um時(shí)，線路末端的操作過(guò)電壓的最大幅值從695.0 kV上升到907.0 kV，上升了30.50 %。根據(jù)曲線趨勢(shì)，架空線帶同極性殘余電荷時(shí)，可以減小操作過(guò)電壓的最大幅值。但線路ABC三相不可能同時(shí)都帶同極性殘余電荷，所以空線路合閘前應(yīng)該將線路三相殘余電荷均釋放掉。

圖7 不同殘余電荷下的最大過(guò)電壓值

3 結(jié)論

通過(guò)本文的研究，可得如下結(jié)論：

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

(2)斷路器三相不同時(shí)合閘比同時(shí)合閘的操作過(guò)電壓的最大幅值大。參照文獻(xiàn)〔1〕的數(shù)據(jù)，當(dāng)合閘電阻為200 Ω，接入時(shí)間為10 ms時(shí)，母線上不同期合閘的操作過(guò)電壓的最大值413.2kV比同期合閘的操作過(guò)電壓的最大值為395.8kV高出4.40%；線路末端不同期合閘的操作過(guò)電壓的最大值503.6kV比同期合閘的操作過(guò)電壓的最大值為435.0kV高出15.77%。

因此，應(yīng)利用檢同期裝置，將適當(dāng)?shù)暮祥l電阻以恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間并聯(lián)接入斷路器對(duì)不帶殘余電荷的空載線路充電，以保證空載線路最大過(guò)電壓值能降至最低。