特高压交流输电线路串联补偿合闸操作过电压探讨

摘 要：在特高压交流输电线路运行过程中，采用串联补偿可以有效提高输电线路的稳定性与输电能力，然而也会对输电线路的电压特性产生影响。本文主要借助电磁暂态计算程序对特高压交流输电线路串联补偿合闸操作过电压计算予以分析，结合实际情况，提出有效的过电压限制措施。

关键词：特高压交流输电线路；串联补偿；合闸操作过电压

随着市场经济的快速发展，各行业对电力需求越来越大，电力系统也正在向特高压、远距离、大容量方向发展。电力系统电压等级、输送距离、输送容量的不断增大，导致系统稳定性问题越来越突出，其中操作过电压就是一个非常重要的问题。串联补偿作为一种提高稳定极限的技术方法，在输电线路运行系统中得到了广泛应用，极大的提高了输电线路的运行效率。

一、操作过电压计算

在特高压交流输电线路中，因为空载长线电容效应会导致工频电压不断提升，进而发生合闸过电压现象。合闸过电压在特高压电力网络中属于一种典型的操作过电压，决定了输电线路的绝缘水平。通常情况下，线路合闸主要包括两种：其一，空载线路正常合闸操作。在合闸之前，线路没有接地故障；在合闸之后，线路各点电压出现变动，进而发生合闸过电压问题。其二，合闸操作为运行线路的单相接地故障，在继电保护装置跳闸之后，经过一段时间再合闸，也就是自动重合闸操作。

（一）系统计算条件

在某特高压交流输电线路中，其线路长度是600km，其各项参数为：正序，电阻为0.008Ω・km-1，电抗0.259Ω・km-1，容抗0.227MΩ・km-1；零序，电阻为0.205Ω・km-1，电抗0.746Ω・km-1，容抗0.353MΩ・km-1。系统电源母线电压是1087kV，三项短路容量是5万MW。为了更好的明确设置串联补偿电容器对操作过电压的影响，在进行系统计算的时候，可以不采取过电压限制措施。

（二）空载线路合闸过电压计算

1.计算条件

空载线路合闸过电压计算主要考虑两种情况：其一，串联补偿电容器不同补偿度对合闸过电压的影响；其二，串联补偿电容器不同安装位置对合闸过电压的影响。线路合闸操作时间均设为一个工频周期，如果在线路三相同期合闸，需要通过120次计算，得到合闸过电压2%统计值。

2.计算结果

在线路正中间安装串联补偿电容器的时候，不同的串联补偿度，出现的合闸过电压也各不相同，详见表1所示。当串联补偿度是50%的时候，在不同位置安装串联补偿电容器，出现的合闸过电压也各不相同，详见表2所示。

3.计算结论

在安装串联补偿电容器前后，空载合闸过电压的最大值分别是3.30p.u.与2.93p.u.，由此可以看出，串联补偿电容器可以降低空载合闸过电压，在增加串联补偿度的时候，其合闸过电压的降低幅度越大；同时，安装位置对合闸过电压也有着很大的影响，在越靠近首端的位置，过电压限制效果越好。

（三）自动重合闸

1.计算条件

重合闸操作时序：0s出现接地故障，0.1s切除故障相，0.8s两侧断路器重合闸，0.9s再次切除故障相。其线路合闸操作时间和空载线路合闸过电压计算条件一致。

2.计算结果

在线路正中间安装串联补偿电容器的时候，不同的串联补偿度，出现的合闸过电压也各不相同，详见表3所示。当串联补偿度是50%的时候，在不同位置安装串联补偿电容器，出现的合闸过电压也各不相同，详见表4所示。

3.计算结论

在安装串联补偿电容器前后，重合闸过电压的最大值分别是2.04p.u.与1.97p.u.，由此可以看出，串联补偿电容器可以降低重合闸过电压，在增加串联补偿度的时候，其合闸过电压的降低幅度越大；同时，安装位置对合闸过电压也有着很大的影响，在越靠近首端的位置，过电压限制效果越好。

二、操作过电压限制措施

（一）空载线路合闸过电压限制

一般而言，空载线路合闸过电压的幅值都比较大，决定了输电线路的绝缘水平。在进行过电压限制的时候，其可以采取的措施主要有三个：其一，在线路两侧安装相等容量的电抗器，进行并联补偿，并且保证其补偿度是90%。其二，运用断路器合闸电阻，要求其阻值是400Ω，在合闸前10s接入。其三，在线路两侧安装金属氧化物避雷器，其相关参数为：雷电流20kA、10kA，对应的雷电冲击残压1620kV、1550kV。

（二）自动重合闸过电压限制

线路重合闸在永久性故障的影响下，其非故障相的工频稳态电压要求要高于接地故障消失之后的重合闸。针对单项重合闸来说，其过电压限制措施主要有两种：其一，在线路两侧安装相等容量的电抗器，进行并联补偿，并且保证其补偿度是90%。其二，在线路两侧安装金属氧化物避雷器，其相关参数为：雷电流20kA、10kA，对应的雷电冲击残压1620kV、1550kV。

结束语：

总而言之，在特高压交流输电线路中安装串联补偿电容器，能够发挥减小操作过电压的作用，在空载线路合闸过电压限制中，起到的作用更大，发挥的效果更好。同时，在安装串联补偿电容器之后，其安装位置越接近首端，发挥的限制作用越大；并且，随着补偿度的不断增大，其发挥的限制作用也越大。所以，在特高压交流输电线路运行中，需要恰当安装串联补偿电容器，保证线路的正常运行。

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作者简介：兰志成 男 云南 1986年12月20日 云南电网公司临沧供电局 电气工程及其自动化 研究方向：变电运行、检修以及串联补偿