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类型同塔双回高压短距离输电线路潜供电流分析与抑制.pdf

  • 上传人:wrn
  • 文档编号:15712848
  • 上传时间:2023-01-14
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    关 键  词:
    同塔双回高压短距离输电线路潜供电流分析与抑制.pdf
    资源描述:

    1、2 0 1 9 年 中 国 电 机 工 程 学 会 年 会 论 文 集同 塔 双 回 高 压 短 距 离 输 电 线 路 潜 供 电 流分 析 与 抑 制胡金,王鲜花巴 彦 淖 尔 电 业 局,内 蒙 古 巴 彦 淖 尔 0 1 5 0 0 0A n a l y s i s a n d S u p p r e s s i o n o f S u b m e r g e d C u r r e n t i n D o u b l e C i r c u i t H i g h V ol t a g eS h o r t D i s t a n c e T r a n s m i s s i o

    2、n L i n e o n t h e S a m e T ow e rH u J i n,w a n g x i a n h u aB a y a n n u r E l e c t r i c P o w e r B u r e a u,I n n e r M o n g o l i a B a y a n n u r 0 1 5 0 0 0摘 要:同 塔双 回高 压 输电 可节 省 输电 通道 的 空间,同 时 也有 单相 故 障下 潜 供电 流超 标 的问 题。在 短距 离高 压 输电 输电模式下,为抑制潜供电流,采用安装快速接地开关(H S G S)同分合闸时间动作与重合闸配合,使潜

    3、供电流快速转移熄灭,提高了重合闸的成 功率,保证了系统的稳定。文章在 P S C A D 环境下对应用 H S G S 装置的同塔双回线 进行电磁暂态的分析与对比,给出的结论可用来指导工程实际。关 键 词:同 塔 双 回;潜 供 电 流;H S G S;重 合 闸A B S T R A C T:D o u b l e-c i r c u i t h i g h-v o l t a g e t r a n s m i s s i o n o n t h e s a m e t o w e r c a n s a v e t h e s p a c e o f t r a n s m i s s

    4、i o n c h a n n e l,b u ta l s o h a s t h e p r o b l e m o f o v e r-s t a n d a r d s e c o n d a r y c u r r e n t u n d e r s i n g l e-p h a s e f a u l t.I n t h e s h o r t d i s t a n c e h i g h v o l t a g et r a n s m i s s i o n m o d e,i n o r d e r t o s u p p r e s s t h e s e c o n

    5、d a r y c u r r e n t,t h e i n s t a l l a t i o n o f f a s t g r o u n d i n g s w i t c h(H S G S)i nc o n j u n c t i o n w i t h s w i t c h i n g-o n t i m e a n d r e c l o s i n g o p e r a t i o n i s a d o p t e d,w h i c h m a k e s t h e s e c o n d a r y c u r r e n t f a s t t r a n s

    6、 f e r a n de x t i n g u i s h,i m p r o v e s t h e s u c c e s s r a t e o f r e c l o s i n g a n d e n s u r e s t h e s t a b i l i t y o f t h e s y s t e m.T h i s p a p e r a n a l y s e s a n d c o m p a r e st h e e l e c t r o m a g n e t i c t r a n s i e n t o f d o u b l e c i r c u i

    7、 t l i n e s o n t h e s a m e t o w e r w i t h H S G S d e v i c e u n d e r P S C A D e n v i r o n m e n t.T h ec o n c l u s i o n s c a n b e u s e d t o g u i d e e n g i n e e r i n g p r a c t i c e.K E Y WO R D:D o u b l e c i r c u i t i n t h e s a m e t o w e r;S u b m e r s i b l e c u

    8、 r r e n t;H S G S;R e c l o s u r e1 引 言目 前 的 能 源 结 构 分 布 正 在 形 成 能 源 互 联 网及 高 压 输 电 的 模 式,经 济 的 快 速 发 展 使 需 要 能 源基 地 输 送 大 量 的 电 能,需 要 建 设 高 压 输 电 走 廊。高 压 输 电 线 路 为 保 证 安 全 距 离,输 电 走 廊 占 地 面积 较 大,采 用 同 杆 双 回 多 回 输 电 可 大 大 节 省 土地 面 积,而 同 杆 架 设 高 压 输 电 线 路 又 带 来 了 潜 供电 流 增 大 的 问 题。根 据 实 际 运 行 经 验,高

    9、压 输 电线 路 单 相 瞬 间 接 地 占 故 障 的 7 0%以 上,采 用 单 相重 合 闸 的 可 消 除 瞬 时 故 障。瞬 时 接 地 的 瞬 间 存 在的 潜 供 电 弧,若 潜 供 电 弧 不 能 及 时 熄 灭 或 者 重燃,将 导 致 输 电 线 路 的 重 合 闸 失 败,造 成 跳 闸 范围 的 扩 大。为 了 研 究 潜 供 电 流 的 特 性,分 析 了 高压 输 电 线 路 发 生 单 相 相 间 故 障 后 潜 供 电 流 的 形成 机 理,对 比 了 不 同 因 素 对 潜 供 电 流 的 影 响。在同 杆 双 回 近 距 离 输 电 线 路 可 采 用 H

    10、S G S 对 潜 供电 流 进 行 快 速 抑 制,对 比 目 前 我 国 并 联 电 抗 器 中性 点 加 装 小 电 抗 的 运 行 模 式 更 经 济、有 效。2.潜 供 电 流 的 形 成 机 理 分 析2.1 单 回 高 压 输 电 潜 供 电 流 的 形 成 过 程选 用 单 回 输 高 压 输 电 线 路 对 潜 供 电 流 进 行分 解 分 析 简 单 明 了,潜 供 电 流 是 故 障 下 线 路 与 接地 体 之 间 的 一 种 电 磁 暂 态 现 象,由 感 性 分 量 与 容性 分 量 共 同 组 成。以 图 1 为 例,当 三 相 高 压 系 统A 相 发 生 单

    11、相 接 地,线 路 的 纵 差 保 护 跳 闸,A 相两 侧 开 关 断 开,系 统 非 全 相 运 行。非 故 障 相 B、C 相 与 故 障 相 A 相 存 在 相 间 电 容 C B A、C C A 向 故障 点 提 供 电 流,电 流 值 与 与 线 路 的 间 距、长 度 有关,称 之 为 电 容 分 量 或 横 分 量;非 故 障 相 负 载 电流 通 过 相 间 电 感 M B A、M C A 在 故 障 相 A 相 产 生 电动 势,与 对 地 电 容 C 0 线 形 成 电 流 通 路,称 之 为2 0 1 9 年 中 国 电 机 工 程 学 会 年 会 论 文 集电 感 分

    12、 量 或 纵 分 量,其 值 的 大 小 与 故 障 点 的 位 置有 关。潜 供 电 流 值 就 为 上 述 两 值 之 和。图 1.潜 供 电 流 形 成 示 意 图F i g 1.1 S e c o n d a r y s u p p l y c u r r e n t g e n e r a t i o n潜 供 电 流 的 发 展 过 程 分 为 两 个 主 要 过 程:一次 电 弧 与 二 次 电 弧。当 线 路 单 相 故 障 后 系 统 故 障相 向 故 障 点 送 电 流,产 生 一 次 电 弧,保 护 动 作 跳闸 后,故 障 点 与 故 障 相 电 流 失 去 联 系,一

    13、 次 电 弧熄 灭。电 弧 的 弧 道 存 在 游 离 态 的 气 体,由 于 存 在静 电 耦 合 的 容 性 分 量 和 感 性 分 量 二 次 电 弧 点 燃,即 为 潜 供 电 弧。由 于 电 弧 介 质 存 在 动 力 热 气 流 与风 吹 弧 的 作 用,二 次 电 弧 自 然 熄 灭,二 次 电 弧 的电 流 过 零 瞬 间 产 生 恢 复 电 压,潜 供 电 弧 重 燃,随着 电 弧 间 介 质 的 绝 缘 增 强,电 弧 不 在 重 燃,电 弧熄 灭。2.2 同 塔 双 回 高 压 输 电 线 路 潜 供 电 流 计 算工 程 上 为 分 析 问 题 的 重 点 性,设 故

    14、障 前 同 杆双 回 系 统 为 三 相 对 称,第 一 回 线 的 电 压 分 别 为AU、BU、CU,第 二 回 系 统 的 线 路 三 相 电 压 为DU、EU、FU;双 回 系 统 的 故 障 为 A 相 单 相 对 地 短 路放 电 瞬 时 故 障,相 间 耦 合 的 电 容 传 递 回 路 如 图 2所 示。电 容 耦 合 传 递 回 路 如 图 2 所 示。图 2.同 杆 双 回 电 容 耦 合 回 路F i g 2.C a p a c i t i v e c o u p l i n g o f d o u b l e c i r c u i t o n t h es a m e

    15、 p o l e图 2 中,DC、EC、FC 及CC、BC 分 别 为高 压 同 塔 双 回 中 单 位 长 度 一 回 线 路 对 故 障 相 的互 电 容。C O 为 单 位 长 度 高 压 输 电 线 路 对 地 的 电容,对 地 电 弧 的 作 用 等 效 为 接 地 开 关 K。潜 供 电流 电 容 分 量 表 达 式 为(1)式。B B C C D D E E F F j CU C U C U C U C U C l j I(1)式 中 潜 供 电 流 的 容 性 分 量 电 流j CI即 为 开 关闭 合 后 流 过 开 关 K 的 电 流,线 路 长 度 为 l,可 看出 电

    16、流 值 与 长 度 成 正 比 关 系。故 障 发 生 后,同 塔 双 回 输 电 线 路 的 B、C、D、E、F 相 负 载 电 流 在 A 相 产 生 感 应 电 势,并通 过 电 容 C O 形 成 通 路。如 图 3 所 示.图 3.同 塔 双 回 电 感 耦 合 示 意 图F i g 3.D o u b l e C i r c u i t I n d u c t a n c e C o u p l i n g i n t h eS a m e T o w e r由 图 分 析 得 B B C C D D E E F F MI M I M I M I M I M xlj E 2(2)B

    17、 B C C D D E E F F MI M I M I M I M I M l j E m a x(3)在 图 中DM、EM、FM、BM、CM分 别 为 双回 线 对 故 障 相 A 相 的 互 电 感;其 中 非 故 障 相 电 流为BI、CI、DI、EI、FI;x 为 短 路 点 距 离 首 端 的距 离。m a x ME为ME的 最 大 值。感 性 电 流 与 电 势ME和 短 路 点 距 首 端 距 离 有关,如 果 短 路 点 在 首 端 或 者 末 端 时,纵 向 电 势ME有 最 大 值m a x ME,两 个 端 值 符 号 相 反。若 短 路 发生 在 线 路 中 央 时

    18、,两 侧 感 性 电 流 正 好 抵 消,为 零。L 为 线 路 自 感。有 潜 供 电 流 的 感 性 分 量 表 达 式 L I M I M I M I M I ML l jEIB B C C D D E E F FMj L/m a x(4)得 出 双 回 线 潜 供 电 流 的 计 算 公 式:j L j C jI I I(5)3.同 塔 双 回 潜 供 电 流 的 抑 制 措 施 分 析2 0 1 9 年 中 国 电 机 工 程 学 会 年 会 论 文 集3.1 主 流 熄 弧 方 法 分 类:目 前 国 内 外 潜 供 电 流 的 抑 制 措 施 主 要 有 两类:(1)不 用 熄

    19、弧 设 备。综 合 单 相 重 合 闸 的 方 法。根 据 经 验:潜 供 电流 小 于 等 于 1 0 A 时,可 以 采 用 快 速 重 合 闸,快速 重 合 闸 的 无 电 流 间 歇 时 间 为 0.5 s;潜 供 电 流 大于 1 0 A 小 于 3 0 A 时,采 用 慢 速 重 合 闸(慢 速 重合 闸 的 无 电 流 间 歇 时 间 为 1 s);潜 供 电 流 大 于3 0 A 时,自 动 重 合 闸 装 置 不 能 保 证 可 靠 重 合 成功,所 以 要 适 当 延 长 重 合 闸 时 间,但 是 重 合 闸 时间 过 长,又 会 增 加 系 统 不 对 称 运 行 时

    20、间,对 系 统的 稳 定 性 反 而 不 利。该 方 法 主 要 原 理 是 用 时 间 熄弧 法,虽 不 需 要 额 外 熄 弧 设 备,但 特 定 条 件 下 可能 引 起 轴 系 扭 振 或 者 次 同 步 谐 振。(2)采 用 熄 弧 设 备。1)固 定 联 接 的 三 相 电 抗 器 中 性 点 加 小 电 抗此 种 方 法 在 我 国 应 用 普 遍,我 国 的 长 距 离 高压 线 路 换 位 并 采 用 并 联 电 抗 器,但 是 该 方 法 的 中性 点 小 电 抗 所 需 要 的 绝 缘 水 平 较 高,固 定 联 接 的运 行 不 够 灵 活,运 行 的 电 抗 一 直

    21、保 持 运 行 状 态,电 抗 器 长 期 的 投 入 会 造 成 较 大 的 附 加 损 耗,同 时会 降 低 输 电 线 路 的 电 压,运 行 不 经 济。2)采 用 快 速 接 地 开 关(H i g h S p e e d G r o u n ds w i t c h,简 称 H S G S)该 方 法 不 需 中 性 点 小 电 抗,绝 缘 水 平 要 求低,费 用 不 高,但 保 护、控 制 复 杂,通 过 现 有 技术 已 经 能 够 满 足 要 求。特 别 适 用 于 电 容 分 布 不 均的 高 压 线 路,在 日 本 短 距 离 输 电 有 应 用。3.2 快 速 接 地

    22、 开 关 抑 制 潜 供 电 流 法随 着 我 国 输 电 的 功 率 增 加,短 距 离 同 塔 高 压输 电 逐 渐 增 多,仍 然 采 用 电 抗 增 加 中 性 点 小 电 抗的 方 法 已 经 不 是 最 经 济 的 方 法。采 用 H S G S 可 有效 的 转 移 电 弧,使 大 潜 供 电 流 熄 弧 成 功。下 面 介 绍 H S G S 的 熄 弧 过 程:用 图 4 的 a)、b)、c)、d)、e)依 次 表 示 与 重 合 闸 的 配 合。a)一次电弧a)P r i m a r y a r cb)潜 供 电 弧(二 次 电 弧)b)S e c o n d a r y

    23、a r cc)H S G S 动 作 合(二 次 电 弧 熄 灭)c)S e c o n d a r y a r c e x t i n c t i o nd)H S G S 打 开d)H S G S O p e ne)重 合 动 作 成 功e)S u c c e s s f u l r e c l o s u r e图 4.H S G S 动 作 过 程 原 理 图F i g 4.P r i n c i p l e d i a g r a m o f H S G S a c t i o n p r o c e s s动 作 过 程:1)高 压 输 电 线 路 发 生 单 相 瞬 间 接 地,

    24、故 障电 流 产 生 异 地 电 弧,如 a)所 示2)高 压 输 电 线 路 的 纵 差 保 护 跳 闸,故 障 电流 消 失,潜 供 电 流 开 始 形 成,如 图 b)所 示。3)故 障 相 的 H S G S 动 作,电 弧 电 流 迅 速 转移 到 H S G S 接 地 开 关。4)电 弧 熄 灭 后 H S G S 接 地 开 关 迅 速 断 开。5)线 路 两 侧 重 合 闸 动 作 成 功,系 统 恢 复 三相 运 行。时 间 轴 表 示 H S G S 同 重 合 闸 相 互 配 合 的 过程:2 0 1 9 年 中 国 电 机 工 程 学 会 年 会 论 文 集图 5.H

    25、 S G S 与 重 合 闸 动 作 配 合 熄 弧 时 间 轴F i g 5.A r c E x t i n g u i s h i n g T i m e A x i s o f H S G SC o o p e r a t i n g w i t h R e c l o s i n g A c t i o n单 相 重 合 闸 需 要 在 时 间 上 同 H S G S 相 互 配合,在 时 间 轴 上 表 示 如 图 5,在 0 s 时 发 生 单 相 接地,在 0.1 s 线 路 两 侧 断 路 器 跳 闸,经 过0.1 2 s,H S G S 合 闸。电 弧 转 移 熄 灭 时 间

    26、 为 0.5 5 s 左右,在 时 间 上 满 足 重 合 闸 动 作 1 s 的 时 间 要 求。4.实 验 分 析仿 真 实 验 系 统 在 P S C A D 环 境 下 进 行 搭 建 同杆 双 回 线 系 统,仿 真 的 系 统 模 拟 图 如 图 所 示。图 6.H S G S 抑 制 潜 供 电 流 的 同 塔 双 回 5 0 0 K V 系 统 图F i g 3.S y s t e m D i a g r a m o f H S G S S u p p r e s s i n gS u b m e r s i b l e C u r r e n t潮 流 从 首 段 流 向 末

    27、 端,仿 真 模 拟 5 0 0 K V 系统,塔 型 选 用 M 型,在 电 源 的 首 端 相 电 压 3 0 0 0 k V,末 端 电 压 2 8 0-2 2 k V,首 端 正 序 阻抗 值 Z 1 1=5+j 1 0 0,零 序 阻 抗 值 Z 1 0=j 1 0 1.2,末 端 正 序 阻 抗 值 Z 2 1=5+j 9 9.2,零 序 阻 抗 值Z 2 0=3 0+j 5 0,线 路 长 度 为 1 5 0 k m。故 障 设 置 为双 回 同 塔 架 设 输 电 线 路 I 回 线 C 相 发 生 单 相 瞬 时性 接 地 故 障,H S G S 接 地 电 阻 值 设 为

    28、0.2。潜供 电 流 通 过 上 述 的 电 感 耦 合 与 电 容 耦 合 的 数 学模 型 形 成。通 过 示 波 器 观 察 潜 供 电 流 的 变 化 标 幺值。a)5 0 0 k V 同 杆 双 回 加 装 并 联 电 抗 器 潜 供 电流a)S u b m e r s i b l e C u r r e n t a f t e r S u b m e r g e n c ew i t h P a r a l l e l R e a c t o rb)5 0 0 k V 同 杆 双 回 加 装 H S G S 潜 供 电 流b)I n s t a l l a t i o n o f

    29、H S G S S u b m e r s i b l e C u r r e n图 7.5 0 0 k V 同 塔 双 回 潜 供 电 流 抑 制 对 比 图F i g 7.C o n t r a s t C h a r t o f S u b m e r s i b l e C u r r e n tS u p p r e s s i o n由 以 上 仿 真 图 可 以 看 出,图(a)采 取 并 联电 抗 器 制 措 施 时,对 短 距 离 高 压 输 电 线 路 抑 制 短路 电 流 不 明 显,虽 然 有 一 定 的 抑 制 作 用,但 重 合闸 失 败,在 1 s 进 行 重 合

    30、 闸 时。图(b)在 0.2 s 时H S G S 开 关 动 作,转 移 了 大 部 分 的 潜 供 电 流,当H S G S 开 关 分 闸 后,重 合 闸 动 作 成 功。系 统 稳 定运 行。潜 供 电 流 为 零。从 P S C A D 的 模 拟 图 中 可以 看 出,同 塔 双 回 线 路 加 装 带 有 中 性 点 小 电 抗 的并 联 三 相 电 抗 器,熄 电 弧 更 加 的 快 速,熄 灭 电 弧更 彻 底。5.结 论:同 塔 双 回 具 有 节 省 输 电 线 路 区 域 的 且 维 护巡 线 效 率 高 的 特 点,随 着 我 国 电 网 间 建 设 了 不 少物 理

    31、 距 离 较 近 的 大 功 率 输 电 通 道,潜 供 电 流 的 超标 使 重 合 闸 失 败。本 文 建 立 了 潜 供 电 流 的 数 学 模型,在 P S C A D 环 境 下 进 行 电 磁 暂 态 的 试 验 分 析。试 验 对 比 显 示,在 使 用 H S G S 转 移 潜 供 电 流,使潜 供 电 流 迅 速 降 低,并 与 重 合 闸 配 合,达 到 了 稳定 电 网 的 目 的。参 考 文 献 1 曾 庆 禹,等.特 高 压 电 网 M.中 国 电 力 出 版 社,2 0 1 0 2 何 金 良,邬 锦 波,孟 鹏 飞 等.深 度 显 示 特 高 压 系 统 操 作

    32、 过 电 压可 行 性 分 析 J.高 电 压 技 术,2 0 1 8,5 6(1):4 2 4 5 3 和 彦 淼,宋 杲,曹 荣 江 等 1 0 0 0 k V 特 高 压 输 电 线 路 潜 供 电弧 试 验 研 究 J.中 国 电 机 工 程 学 报,2 0 1 1,2 1(1 6):1 3 8 1 4 2 4 Z h e n g W e i j i e T h e d y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c s r e s e a r c h o fE x t r a/U l t r a h i g h v o l t a g e m a g

    33、n e t i c c o n t r o l l e d s h u n t r e a c t o r C,2 0 1 9 年 中 国 电 机 工 程 学 会 年 会 论 文 集C I G R E,P a r i s,F r a n c e,A u g u s t 2 0 1 2 A 2 3 0 2 5 陈 曦,张 旭,徐 振 宇,等.高 速 接 地 开 关 熄 灭 特 高 压 平 行 双 回线 路 二 次 电 弧 分 析 J.电 网 技 术,2 0 1 2,3 6(9):2 6 8 2 7 4 6 孙 秋 芹,汪 沨,刘 洋 等.特 高 压 输 电 线 路 潜 供 电 流 的 暂 态 特

    34、 性研 究 J.电 工 技 术 学 报,2 0 1 6,1 0(2):5 9 6 2 7 李 晓 华,谢 金 泉,罗 龙 波 等.地 区 电 网 采 用 不 换 位 架 设 方 式 的高 压 输 电 线 路 潜 供 电 流 分 析 J,高 电 压 技 术,2 0 1 3,2 9(6):1 5 0 1 1 5 0 5 8 余 宏 桥,何 耀 文.2 2 0 k V 短 距 离 同 塔 四 回 输 电 线 路 不 平 衡 度 仿真 分 析 J.内 蒙 古 电 力 技 术,2 0 1 7.2 3(8):7 2 7 5作 者 简 介:胡 金(1 9 8 3.0 6),男,吉 林,研 究 生,工 程 师,研 究 方 向:电 网 运行 理 论;王 鲜 花(1 9 7 2.0 7),女,临 河,研 究 生,高 级 工 程 师,研 究 方 向:电 网 继 电 保 护 技 术。

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