500kV蓄北线因空载长线路电容效应引起的工频过电压分析与对策

摘要：分析了空载长线路电容效应产生原因，对工频过电压升高进行了理论计算，并对其影响因素及应对措施进行了分析。

关键词：工频过电压；电容效应；空载长线；理论计算

Abstract: the author analyzes the idling long the capacitance effects reason, thanked the increased frequency theory overvoltage calculation, and its influencing factors and its measures are analyzed.

Keywords: industrial frequency overvoltage; Capacitance effects; No-load long term; Theoretical calculation

中图分类号：TM933.21文献标识码：A文章编号：

1 引言

电力系统的内部过电压的能量来源于系统本身的系统参数变化或配合不当，所以其幅值于系统标称电压成正比。一般将内部过电压幅值与系统最高运行相电压幅值之比，称为内部过电压倍数Kn，表征过电压的高低。

内部过电压分为两大类，即因操作或故障引起的瞬间电压升高，称为操作过电压；因系统本身的电感、电容等参数配合不当,在瞬间过程完毕后出现的稳态性质的工频电压升高或谐振现象，称为暂时过电压。

暂时过电压包括工频过电压和谐振过电压。

2 工频过电压

电力系统中在正常或故障时可能出现幅值超过最大工作相电压、频率为工频或接近工频的电压升高，因此又称工频电压升高。工频过电压在超高压远距离输电确定系统绝缘水平时，却起着重要的作用。原因有以下几点：

工频电压升高的大小将直接影响操作过电压的幅值；

工频电压升高的大小影响保护电器的工作条件和保护效果，例如避雷器的额定电压是由工频电压升高决定的；

工频电压升高持续时间长，对设备绝缘及其运行性能有重大影响。例如，油纸绝缘内部游离、污秽绝缘子闪络、铁芯过热、电晕及其干扰等。

在我国超高压系统中，要求线路侧工频过电压不大于最高运行相电压的1.4倍，母线侧不大于1.3倍。

空载线路电容效应引起的工频电压升高、不对称接地和突然甩负荷均能引起工频过电压。本文着重对空载线路电容效应引起的工频电压进行分析。

3 空载长线路电容效应

图1 均匀长线分布参数特性

如图1所示，当线路末端空载时，一定条件下，首端的输入阻抗为容性，计及电源内阻抗的影响（感性）时，由于电容效应不仅使线路末端电压高于首端，而且使线路首、末端电压高于电源电动势。即空载线路上的电压高于电源电压，这就是空载线路的电感一电容效应所引起的工频电压升高，简称电容效应。空载长线路的电容效应引起工频电压升高，可能导致超高压输电线路中的设备因高压窜入二次系统造成保护失灵，变电站的高抗及其附属设备损坏，甚至造成电网或设备的重大事故。

在电容效应的理论计算中，一般设三相线路均匀、对称，并不考虑大地回路的影响，再略去线路电阻Ro、对地电阻Go。

4 500kV蓄北线电容效应分析及对策

500kV蓄北线于1993年5月10日投产，原名蓄罗线。在2000年8月7日改建接500kV北郊站更名为蓄北线，连接广州抽水蓄能电厂和500kV北郊站。线路全长102.017公里，全线有220基杆塔,三相导线采用四分裂LGJ300/40*4型导线水平排列。在发电机组检修或者系统“填谷”时段，线路电流为零或很小，都可以视为空载状态。因此，应进行电容效应引起的工频电压升高的计算校验，以保证变电站内的电气设备能安全地稳定运行。

在线路末端开路情况下，应用入口阻抗概念，线路末端开路时示意图如图2所示：

图2 线路末端开路时示意图

电源容量为有限，即XS0，空载线路末端电压对于电源电势的升高，其末端电压的升高采用下式计算式：

（1）

U2为线路末端电压，E为电源电动势；a为相位系数，取a=0．06／KM；l为线路长度，本线路取l=102 km；Xs为电源漏抗，上级电源的阻抗标幺值为4．657，折算后Zc=67.58Ω；Zc为波阻抗，经计算Zc=425.69 Ω。从公式中可以看出，电源漏抗的存在加剧了线路末端电压的上升，因为线路电容电流流过电源漏抗所产生的电压升高，使线路首端电压U，高于电源电动势E，相对来说，线路的电容电流增大了，长线路的电容效应更趋于严重，或者说电源漏抗的存在，相当于增加了线路的长度。

图3 空载无损长线末端电压升高与线路长度的关系

对于单电源供电线路，估计最严重的工频电压升高，应取最小运行方式时的电源漏抗值为依据。对于双电源供电线路，线路两侧断路器必须遵循一定的操作顺序：线路合闸时，先合电源容量较大的一侧，后合电源容量较小的一侧；线路切除时，先切电容量较小的一侧，对于500kV蓄北线，操作时应遵循此原则。

经过计算，500kV蓄北线U/E=1.023,低于超高压系统中规定线路侧工频过电压不大于最高运行相电压的1.4倍的要求，因此不必采取相关限制措施。

假如经计算，工频电压升高值超过规范要求，则应采取措施予以限制。其中最直接的方法就是在变电站的高压侧或低压侧增设并联电抗器，利用并联电抗器补偿电容电流，削弱线路的电容效应。

图4 线路末端加装电抗器

如图4所示，此时，，可得

（2）

与式（1）相比，线路末端加装并联电抗后，线末电压U2明显下降。并联电抗器组的容量对空载长线路容性无功功率的比值称为补偿度，此值通常在60%左右。值得注意的是，当线路负荷加重后，应及时退出并联电抗器，以减少电能损耗。

参考文献：

[1] 周泽存、沈其工、方瑜、王大忠，《高电压技术》，第二版，中国电力出版社，2004

[2] 吴学华、汪晓明，《超高压系统中内部过电压分析》，江西电力职业技术学院学报，第21卷第3期，2008

[3] 肖湘宁等，《电能质量分析与控制》，中国电力出版社，2010

[4] 孙才新、司马文霞、赵杰、饶宏、张弥，《特高压输电系统的过电压问题》，电力自动化设备，第25卷第9期，2005

[5] 孙玉雪、许涛，《110+kV长距离供电线路的电容效应分析及对策》，电气应用，2008,27（6）

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。