基于EMTP的330kV架空线路操作 过电压分析与计算

张秀斌 温定筠 王 锋 王 津 江 峰

（1.国网甘肃省电力公司电力科学研究院，兰州 730050；2.国网甘肃省电力公司，兰州 730030）

近年来，输电线路多次发生绝缘子闪络跳闸事故频发，严重影响供电可靠性，同时也造成较大的经济损失。运行数据表明，闪络现象往往伴随着各种过电压现象。国内外对线路过电压、杆塔电位分布、绝缘子电位分布开展过很多研究，但结合中国西北的实际情况，对于高海拔、长距离输电线路的研究尚不多见。本文对西北高海拔地区某330kV 架空输电线路操作过电压进行了分析与计算，为开展各种污秽绝缘子的表面污秽分布与其电位、电场间的关系相关理论仿真和试验分析提供数据，并为探讨线路闪络的原因和研究确定预防输电线路闪络事故的技术方案提供相关参考。

选取发生闪络事故较多的某330kV 电压等级输电线路，利用电磁暂态程序EMTP（Electro- Magnetic Transient Program）对所选取的330kV 电网所属输电线路闪络频发段进行操作过电压的仿真计算，计算输电线路沿线各节点操作过电压，综合考虑高海拔、特殊地形、复杂气象条件等因素，结合长期运行数据得出各种操作方式下输电线路的过电压特性。

1 计算模型和参数

1.1 计算模型建立和初始参数

本文的研究取西北某330kV 输电线路，建立线路的模型，对该线路操作过电压分布计算研究。

图1所示为某330kV 输电线路电气接线，该线路总长 142.256km，分为两段，长度分别为77.408km、64.848km。图1左侧变电站一次侧与750kV 输电系统相接。图2为该线路的简化等值计算电路。

图1 某330kV 输电线路电气接线

图2 330kV 输电线路简化等值电路

1.2 计算初始参数

该330kV 输电线路总长142.256km 采取三段整换位方式，如图3所示。

图3 线路换位方式

输电线路采用的典型杆塔为ZMT1 型，如图4所示，单位为mm。

图4 ZMT1 直线塔结构尺寸

输电线路选用的导线、架空地线型号和结构尺寸见表1。

表1 330kV 架空线路各导线参数

依据该330kV 输电线路实际架设方式和结构，通过EMTP 软件中的LCC 架空线路模块计算得到的线路序参数见表2。

表2 330kV 架空输电线路计算参数

线路输送容量：S=630MW，负荷侧功率因数：cosφ=0.95，B 变电站侧负荷功率为：P+jQ=630+ 98.8MVA。A 变电站的三相短路电流：Id（3）=9.8362kA，单相短路电流Id（1）= 9.4895kA，由此计算得到变电站等值正序阻抗为：19.37 Ω；负序阻抗为：21.49Ω。

线路首末两端分别加装高压并联电抗器，电抗 器型号：BKD-100000/330，额定电压为额定容量为：100Mvar，运行时补偿度为60%。

采用的330kV 断路器合闸电阻为400 Ω，接入时间为10±2ms。合闸三相不同期时间不超过3ms，分闸三相不同期时间不超过5ms。

变电站330kV 侧加装Y10W-330/727 型避雷器，线路侧加装Y10W-312/760 型避雷器。

2 操作过电压计算

2.1 操作过电压计算基准值

操作过电压基准值：

计算中，均以A 变电站作为线路首端，B 变电站作为线路末端。操作过电压计算中给出的所有分 布曲线图均以为基准值。

2.2 操作方式确定

依据该330kV 线路的具体电气接线、初始参数和运行方式，考虑输电线路上可能出现的操作过电压，确定了系统中典型的涉及绝缘配合的几种操作方式：①三相不同期合闸；②单相重合闸的三相不同期合闸；③三相不同期分闸；④单相接地三相不同期分闸。

3 仿真及结果分析

对线路不同期合闸、重合闸等几种可能产生操作过电压的运行方式下的沿线电压分布进行了分析计算，计算结果见表3至表10，操作过电压随线路距离的变化曲线如图5至图12 所示。

表3 三相不同期合闸操作时输电线路沿线 节点的2%统计操作过电压分布

表4 三相不同期合闸操作时输电线路沿线节点的 最大操作过电压

表5 单相重合闸操作时输电线路沿线节点的 2%统计操作过电压

表6 单相重合闸操作时输电线路沿线节点的 最大操作过电压

表7 三相不同期分闸操作时输电线路沿线节点的 2%统计操作过电压

表8 三相不同期分闸操作时输电线路沿线节点的 最大操作过电压

表9 三相断路器带接地故障操作时输电线路沿线 节点的2%统计操作过电压

表10 三相断路器带接地故障操作时输电线路沿线 节点的最大操作过电压

3.1 三相断路器不同期合闸操作

依据三相断路器的合闸性能，三相不同期最大时差为3ms，断路器随机合闸360 相·次，获取其最大2%统计过电压和最大过电压。

1）2%三相不同期合闸操作统计过电压

当线路首端三相断路器进行不同期合闸操作时，输电线路沿线各节点的2%统计操作过电压分布情况如图5所示。

图5 相-地2%操作过电压随距离变化曲线

计算结果分析：依据线路的具体布置和参数，当线路进行三相不同期合闸操作时，由于线路首末端加装的补偿度为60%并联电抗器的限压作用，沿线最大 2%统计操作过电压出现在线路靠近末端124#、120#基杆塔处，最大值为1.636p.u.。

2）三相不同期合闸操作最大过电压值

当线路首端三相断路器进行不同期合闸操作时，输电线路沿线各节点的最大操作过电压值分布情况如图6所示。

图6 线路相-地操作过电压最大值随线路距离的 变化曲线

计算结果分析：依据线路的具体布置和参数，当线路进行三相不同期合闸操作时，由于线路首末端加装的补偿度为60%并联电抗器的限压作用，沿线最大2%统计操作过电压出现在线路距首端70%处，即39#、43#、52#基杆塔处，最大值为1.634p.u.。

3.2 单相断路器重合闸操作

A、C 两相正常运行，B 相断路器进行单相成功重合闸操作，考虑残余电荷的影响。

1）2%单相重合闸操作最大统计过电压

计算结果分析：依据线路的具体布置和参数，当线路进行单相重合闸操作时，由于线路首末端加装的补偿度为60%并联电抗器的限压作用，沿线最大2%统计操作过电压出现在距首端约18%～32%处，即165#、74#基杆塔处，最大值为1.486p.u.。

2）单相重合闸操作最大过电压值

计算结果分析：依据线路的具体布置和参数，当线路进行单相重合闸操作时，由于线路首末端加装的补偿度为60%并联电抗器的限压作用，沿线最大单相重合闸操作过电压出现位置与统计过电压相近，即143#、156#、74#基杆塔处，最大值为1.793p.u.。

图8 线路相-地操作过电压最大值随线路距离的 变化曲线

3.3 三相不同期分闸操作

依据三相断路器的分闸性能，三相不同期最大时差为5ms，断路器随机分闸360 相·次，获取其最大2%统计过电压和最大过电压。

1）2%三相不同期分闸操作最大统计过电压

计算结果分析：依据线路的具体布置和参数，当线路进行三相不同期分闸操作时，由于线路首末端加装的补偿度为60%并联电抗器的限压作用，沿线最大2%统计操作过电压随线路长度单调递增，最大2%统计过电压值出现线路末端处，即149#、160#、165#基杆塔处，最大统计过电压值为1.045p.u.。

图9 相-地2%操作过电压随距离变化曲线

2）三相不同期分闸操作最大过电压值

计算结果分析：线路进行三相不同期分闸操作时，沿线最大操作过电压分布与2%统计过电压分布类似，随线路长度单调递增，最大过电压值出现线路末端处，即150#、154#、165#基杆塔处，最大过电压值为1.007p.u.。

图10 线路相-地操作过电压最大值 随线路距离的变化曲线

3.4 带单相接地三相不同期分闸操作

运行中考虑到在线路末端出现永久性单相接地故障时，当单相重合不成功时会导致带单相接地故障三相断路器不同期分闸操作，三相不同期分闸最大时差为5ms，断路器随机分闸360 相·次，获取其最大2%统计过电压和最大操作过电压。

1）2%带接地故障三相断路器不同期分闸操作最大统计过电压

计算结果分析：当断路器带单相接地故障三相不同期分闸操作时，两健全相最大2%统计操作过电压沿线单调递增，最大2%统计操作过电压出现在末端处，即165#基杆塔处，最大值为1.223p.u.。

图11 相-地2%操作过电压随距离变化曲线

2）带接地故障三相断路器不同期分闸操作最大过电压值

计算结果分析：当断路器带单相接地故障三相不同期分闸操作时，两健全相最大操作过电压沿线分布与2%统计过电压类似，沿线最大过电压单调递增，最大操作过电压出现位置与2%统计过电压相同，出现在线路末端即165#基杆塔处，最大值为1.223p.u.。

图12 线路相-地操作过电压最大值随线路距离的变化曲线

4 结论

通过对该330kV 输电线路操作过电压的计算分析可知：由于线路上并联电抗器的补偿作用，降低了末端的工频过电压，因而操作过电压也得到了一些改善，操作过电压的沿线分布随着线路距A 变电站距离的增加过电压逐渐增大，在接近线路末端的几基杆塔处过电压最高，单相重合闸操作时过电压最高为1.793p.u.，满足绝缘配合要求的最大操作过电压水平≤1.8p.u.。

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