限制特高压系统中的过电压措施

我国特高压电网包括特高压交流输电和直流输电两种形式,交流为1000kV,直流为正负800kV。根据我国未来电力流向和负荷中心分布的特点以及特高压交流输电和特高压直流输电的特点,在我国特高压电网建设中,将以1000kV交流特高压输电为主形成国家特高压骨干网架,以实现各大区域电网的同步强联网;正负800kV特高压直流输电则主要用于远距离、中间无落点、无电压支持的大功率输电工程。
特高压电网系统的特性主要反映在技术特点、输电能力和稳定性3个方面。1000kV交流输电中间可落点,具有电网功能,输容量大,覆盖范围广,节省输电线路走廊,有功率损耗与输出功率的比值小;
1000kV交流输电能力取决于各线路两端的短路容量比和输电线路距离,输电稳定性主要取决于运行点的功率大小。正负800kV特高压直流输电中间不落点,可将大量电力直送大负荷中心,输电容量大、输电距离长、节省输电线路走廊,有功功率损耗与输送功率的比值大,其输电稳定性取决于受端电网的结构。电力系统的过电压是指由于内部故障、开关操作或遭受雷击,而造成瞬时或持续时间较长的高于电网额定允许电压并可能导致电气装置损坏的电压升高。
我国特高压系统具有线路距离长、输送容量大;各地电网差异性大;部分特高压线路可能经过高海拔或重度污染地区等特点。这些都使得过电压问题成为特高压系统设计中的重要问题之一。
以下为国外特高压系统的过电压水平情况:
前苏联:最高工作电压1200kV;工频过电压1.4p.u;操作过电压1.6-1.8p.u
日本:最高工作电压1100kV;工频过电压1.4p.u;操作过电压1.6-1.7p.u
意大利:最高工作电压1050kV;功率过电压1.35p.u;操作过电压1.7p.u
目前我国尚无特高压过电压的标准,为了便于研究,经过反复计算和比较,并吸取其他国家的经验,初步建议下列的绝缘水平作为进一步研究的参考和依据:
工频过电压:限制在1.3p.u.以下(持续时间≤5s),在个别情况下线路侧短时(持续时间≤0.35s)允许在1.4p.u.以下。
(2)相对地统计操作过电压(出现概率为2%的操作过电压):对于变电站、开关站设备应限制在1.6p.u以下。对于长线路的线杆塔部分限制在1.7p.u以下。
(3)相间统计操作过电压:对于变电站、开关站设备应限制在2.6p.u以下。对于长线路的线杆塔部分限制在2.8p.u以下。

限制工频过电压

产生功频过电压的主要因素有空载长线的电容效应、线路甩负荷效应和线路单相接地故障。
可采取以下措施来限制:
1、使用高压并联电抗器补偿特高压线路充电电容。由于我国西电东送和南北互供等远距离送电的要求,相当一部分特高压线路都比较长。单段线路的充电功率很大,必须使用高压并联电抗器进行补偿。日本由于每段特高压线路较短,没有使用高压电抗器,而前苏联和美国的特高压电网研究中均考虑采用固定高压电抗器。
2、采用可调节或可控高抗。线路补偿一般在80%-90%左右。重载长线在80%-90%左右高抗补偿度下,可能给无功补偿和电压控制造成相当大的问题,甚至影响到输送能力。对此问题较好的解决办法为采用可调节或可控高抗。在重载时运行在低补偿度,使电源的电动势不至于太高,还有利于无功平衡和提高输送能力;当出现功频过电压时,快速控制到高补偿度。
3、使用良导体地线(或光纤复合架空线OPGW),可有利于减少单相接地甩负荷过电压。电工之家
4、使用线路两端联动跳闸或过电压继电保护,该方法可缩短高幅值无故障甩负荷过电压持续时间。
5、使用金属氧化物避雷器限制短时高幅值功频过电压。随着金属氧化物避雷器(MOA)性能的提高,使得MOA限制短时高幅值功频过电压成为可能,但这会对MOA能力提出很高的要求,在采用了高压并联电抗器后,不需要将MOA作为限制功须过电压的主要手段,仅在特殊情况下考虑。
6、选择合理的系统结构和运行方式,以降低功频过电压。过电压的高低和系统结构及运行方式密切相关,这在特高压线路运行初期尤为重要。

限制操作过电压

操作过电压是决定特高压输电系统绝缘水平的最重要依据。
特高压系统主要考虑三种类型的操作过电压:合闸、分闻和接地短路过电压。
接地短路时在正常相产生的过电压,主要依靠线路两端的MOA限制。因此,在特高压系统的操作过电压研究中以此作为限制操作过电压的底线,将合闸和分闸过电压限制到适当的范围内。又由于相当一部分限制操作过电压措施是建立在限制功频过电压的基础上,因此,除上述采用的限制功频过电压措施外,还要考虑下列措施:
1、金属氧化物避雷器(MOA)。近年来随着MOA制造水平的提高,其限制操作过电压能力也不断提高,成为目前国际上限制操作过电压的主要手段之一。在现阶段特高压研究中,变电站和线路侧都采用额定电压为828kV的MOA。
2、断路置合闸电阻限制合闸过电压。合闸时,断路器辅助触头先合上,经过一段时间,主触头合上,以达到限制合闸过电压的目的。在国外,美国BPA合闸电阻为300Q,前苏联合闸电阻为378Q,意大利使用分合闸电阻为500Q,日本由于线路较短,采用高合闸电阻,使用分合闸电阻为700Ω。在我国,综合各种因素后,初步确定1000kV断路器合闸电阻去400Ω。
3、使用控制断路器合闸相角的方法来降低合闸过电压,使合闸相角在电压过零附近,以降低合闸操作过电压。1998年国际大电网会议对相控断路器的优缺点进行了讨论,认为通过分析计算和现场试验可以证明相控断路器的有效性。
4、用断路器分闸电阻来限制甩负荷分闸过电压。分闸时,主触头先打开,经过一段时间,辅助触头打开,以达到限制分闸过电压的目的。但由于分闸电阻所需的能量很大,分闸电阻在有的线路中还会影响到限制合闸过电压的效果,一般用线路两端MOA就可以将大部分分闻过电压限制在要求的水平以下,因此,在大部分情况下不采用分闸电阻。

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