500 kV龙城输变电工程内过电压计算研究

王爱民，张 伟，阴崇智

（1.国网山西省电力公司,山西 太原 030001;2.国网山西省电力公司电力科学研究院,山西 太原 030001）

500 kV龙城输变电工程内过电压计算研究

王爱民1，张 伟2，阴崇智2

（1.国网山西省电力公司,山西 太原 030001;2.国网山西省电力公司电力科学研究院,山西 太原 030001）

龙城500 kV输变电工程处于500 kV山西中部电网，工程投产对中部电网的运行方式会造成一定影响，需要对调试中可能出现的运行方式进行过电压研究分析。针对工频过电压、操作过电压、潜供电流和恢复电压等进行了计算，并作为制定试验方式和保护措施的依据，同时可以作为同类工程提供建设、启动调试及运行的参考。

工频过电压；潜供电流；操作过电压

1 投产设备接线及主要参数

1.1 500 kV龙城输变电工程系统接线及运行方式

500 kV龙城输变电系统由500 kV龙城智能变电站、500 kV晋中变电站、500 kV云顶山变电站以及原500 kV云晋线π入龙城后新的500 kV晋龙线和云龙线组成，其中龙城变电站本期工程新建。

通过PSCAD程序建模仿真进行过电压计算，对龙城输变电工程近区电网进行了必要等值简化，在保留龙城输变电工程以及与其存在较强联系的500 kV变电站和线路的基础上，将各变电站之间220 kV及其电压等级以下的线路阻抗计算等值到各站之间的互阻抗中。计算潮流方式和系统参数以山西电网2015年年度运行方式的潮流和母线电压为基础。

1.2 500 kV投产主要设备参数

龙城输变电工程本期投产的500 kV晋龙线，500 kV云龙线全长分别为39.772 km、104.303 km，线路型号均为4×GL/JIA-400/35，线路全线经过3次换位，完成一个全循环换位。线路单回路部分采用三相水平排列，同塔并架部分采用三相垂直排列；龙城变电站内本期投产2台1 000 MVA自耦变压器。相关参数，如表1、表2所示。

表1 500 kV线路参数表

表2 500 kV龙城变电站主变压器参数

2 工频过电压计算分析

电力系统工频过电压，主要由空载长线路的电容效应引起的工频电压升高、系统不对称短路引起的工频电压升高和甩负荷引起电压升高单独或组合作用产生。其大小与电网结构、电源容量、线路长度、参数、并联补充方式、运行方式和故障形态有关。

工频过电压倍数是指三相中最大相电压与系统最高相电500/的比值，因此分析计算以500作为计算基值。按照国家电网公司企业标准《500 kV变电所设计暂行技术规定（电气部分）》的规定，系统工频过电压的允许水平，在线路断路器的变电站侧标幺值一般不宜超过1.3，在线路断路器的线路侧标幺值一般不宜超过1.4。

在本工程的工频过电压计算分为试验方式和运行方式两个部分讨论。

试验方式下工频过电压的讨论，考虑了试验中可能出现的多种充电方式，粗略分为5种，计算工频过电压主要是分析空充空载长线时，由于线路电容的影响而引起的线路末端工频容升电压是否满足线路电压不超过系统最高允许电压550 kV（见表3）。

不同形式的充电运行方式列举如下。

a)FS101试验方式：晋龙线从晋中侧充电。

b)FS102试验方式：晋龙线带电，云龙线从龙城侧充电。

c)FS103试验方式：晋龙线带电，云龙线从云顶山侧充电。

d)FS104试验方式：晋龙线从晋中侧充电，晋中侧母线高抗退出。

e)FS105试验方式：云龙线从云顶山侧充电，云顶山侧母线高抗退出。

表3 试验方式下工频过电压计算结果

在以上5种试验方式中，FS101中晋龙线工频过电压最高倍数线路侧标幺值为1.174，晋中侧需控制母线电压为545.3 kV；FS102中，云龙线工频过电压最高倍数线路侧标幺值为1.216，晋中侧需控制母线电压为542.2 kV；FS103中，云龙线工频过电压最高倍数线路侧标幺值为1.186，晋中侧需控制母线电压为542.6 kV；FS104中，云龙线工频过电压最高倍数线路侧标幺值为1.178，晋中侧需控制母线电压为544.5 kV；FS105中，云龙线工频过电压最高倍数线路侧标幺值为1.210，晋中侧需控制母线电压为542.2 kV。

可以看出，上述所有试验方式下，对晋龙线和云龙线进行启动调试，在线路两侧产生的过电压均低于规程中要求的线路标幺值最高1.4的规定值。并且这几种方式下启动调试侧的需控制母线电压大小都大于539 kV。采取上述任何一种试验方式对晋龙线和云龙线进行启动调试，产生的过电压都满足规程中的大小，均无需对调试侧的母线电压进行特别控制。

正常运行方式下，考虑线路两端发生无故障掉闸后的空载长线电压升高、线路末端单相短路甩负荷的相对地过电压。各正常运行计算结果，晋龙线工频过电压最高倍数线路侧标幺值为1.177，云龙线工频过电压最高倍数线路侧标幺值为1.193，均低于规程中要求的线路标幺值最高为1.4的规定值。

3 潜供电流和恢复电压计算分析

当线路发生单相接地故障导致线路两端断路器跳闸切断故障相后，故障相线路上由于和运行中的健全相通过电容及互感耦合，使得故障点仍有一个较小的电流流过，称为潜供电流。单相重合闸及重合闸时间的确定取决于潜供电流的熄灭时间，重合闸必须在潜供电流熄灭以后才能投入，而潜供电流的熄灭与它的大小及恢复电压高低有直接关系。

潜供电流是线路间的互感及电容耦合的结果，由于对于确定的线路，在不同运行方式下线路的电压变化有限，所以电容耦合的分量是确定的。电磁耦合分量与电流即潮流有关，但在高压系统中当线路长度较短（小于250 km） 时电磁耦合分量所占比例较低，故线路的潜供电流主要是由电容耦合分量决定的，潮流的运行方式对它的影响较小。

本文基于以上观点针对检修方式FS201晋龙线检修和FS202云龙线检修分别计算云龙线和晋龙线潜供电流。正常方式下的线路首端、末端及中间发生接地的潜供电流和恢复电压（见表4、表5）。

表4 FS201方式下云龙线潜供电流与恢复电压

表5 FS202方式下晋龙线潜供电流与恢复电压

云龙线和晋龙线为无补偿线路。云龙线潜供电流最大值为15.377 A，恢复电压为36.968 3 kV。若潜供电弧弧道长度以3.7 m计，则恢复电压梯度为9.991 4 kV/m。晋龙线潜供电流最大值为5.857 6 A，恢复电压为37.787 1 kV。若潜供电弧弧道长度以3.7 m计，则恢复电压梯度为10.212 7 kV/m。

根据潜供电弧的研究结果，结合规程《交流高压断路器参数选用导则》 （DL/T615—1997），对于无补偿线路，当恢复电压梯度为10 kV/m，潜供电流为12 A时，潜供电弧的自灭时间推荐值为0.1～0.15 s；潜供电流为24 A时，潜供电弧的自灭时间推荐值为0.35～0.56 s。结合本次计算结果，晋龙线取0.15 s，云龙线取0.45 s；考虑潜供电弧熄灭后的弧道介质恢复时间以0.1 s计，同时考虑潜供电弧灭弧后的无电流间隙所留裕度0.1 s，则晋龙线的最小单相重合闸时间可按0.35 s考虑，而云龙线的最小单相重合闸时间可按0.65 s考虑。

4 操作过电压计算分析

4.1 合空线操作过电压

在空充方式下，对相关线路的合空线过电压进行了计算（见表6、表7、表8）。计算中开关的预期合闸时间在1个周波内随机均匀分布，开关三相的不同期性以正态分布考虑，最大不同期以5 ms计，在此基础上进行了120次合闸的统计计算，得出了120次计算结果的最大值U2%。表中操作过电压标幺值的基准值为

表6 晋龙线合空线操作过电压

表7 云龙线合空线操作过电压

表8 晋龙线+云龙线合空线操作过电压

计算结果表明，合空线操作过电压试验中，晋龙线合空线过电压相地标幺值最大值为1.513，云龙线合空线过电压相地标幺值最大值为1.763，晋龙线+云龙线合空线过电压相地标幺值最大值为1.823，均满足规程相地过电压标幺值不超过2.0的规定。

4.2 单相重合闸操作过电压

在正常运行方式下，计算相关线路的单相重合闸过电压。计算中开关的预期合闸时间在1个周波内随机均匀分布，开关三相的不同期性以正态分布考虑，最大不同期以5 ms计，在此基础上进行了120次合闸的统计计算，得出了120次计算结果的最大值U2%。各线路计算结果如表9、10所示，表中操作过电压标幺值的基准值为1.0＝

表9 云龙线单相重合闸操作过电压

表10 晋龙线单相重合闸操作过电压

计算结果表明，云龙线单相重合闸过电压相地标幺值最大值为1.264，晋龙线单相重合闸过电压相地标幺值最大值为1.031，满足规程相地过电压标幺值不超过2.0的规定。

5 线路两侧接地刀闸选用校核计算分析

对500 kV云顶山—龙城、龙城—晋中线路的感应电流和感应电压进行计算。运行方式按照同塔双回线路中一回路检修，另一回路运行，且线路输送潮流2 200 MW。

应云顶山—龙城线路的相关接地刀闸应满足投切下述电流和电压的要求：云顶山—龙城线路检修、龙城—晋中线路运行时，在检修回路上产生的最大感性感应电流为82.8 A（有效值），最大感性感应电压为3.3 kV（有效值），最大容性感应电流为3.0 A（有效值），最大容性感应电压为6.5 kV（有效值）。龙城—晋中线路的相关接地刀闸应满足投切下述电流和电压的要求：龙城—晋中线路检修、云顶山—龙城线路运行时，在检修回路上产生的最大感性感应电流为233.2 A（有效值），最大感性感应电压为4.2 kV（有效值），最大容性感应电流为3.0 A（有效值），最大容性感应电压为19.2 kV（有效值）。

由于方式二最大感性感应电流为233.2 A（有效值），超过B类接地刀闸200.0 A（有效值）标准，故龙城站选用超B类接地刀闸满足开、合感应电流的要求。

Study on the Calculation of Internal Overvoltage in Longcheng 500 kV Transmission System

WANG Aimin1,ZHANG Wei2,YIN Chongzhi2
（1.State Grid Shanxi Electric Power Corporation,Taiyuan,Shanxi030001,China; 2.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute of SEPC,Taiyuan,Shanxi030001,China）

Longcheng 500 kV intelligent substation is connected to Jinzhong Substation and Yundingshan Substation through 500 kV transmission Jinlong Line and Yunlong Line.Longcheng Substation is newly built,while Jinzhong Station and Yundingshan Station are transformed projects.Original YunjingLine was divided intoJinlongLine and YunlongLine.This transmission systemlocates in the middle of Shanxi Power Grid,which would have an impact on the operation of Shanxi Power Grid,thus,it is necessary to carry out overvoltage analysis for various operation modes that may happen during the commissioning process.Calculations have been carried out in view of power frequency overvoltage,switching over-voltage,second-arc current and recovery voltage.The results can be taken as basis to set up testingmethods and protection measures,meanwhile providingreferences for the similar projects.

power frequencyovervoltage;second-arc current;switchingover-voltage

TM63；TM862

A

1671-0320（2017）02-0039-04

2017-01-22，

2017-03-09

王爱民（1971），男，山西怀仁人，1994年毕业于大连理工大学无线电技术专业，高级工程师，从事电力工程建设工作；张 伟（1988），男，山西昔阳人，2014年毕业于西安交通大学电气工程专业，硕士，从事电网试验工作；

阴崇智（1969），男，山西中阳人，1991年毕业于太原工业大学电力分院电力系统及其自动化专业，硕士，高级工程师，从事电网继电保护工作。