1、西安科技大学高新学院毕业设计（论文）外文翻译学生姓名： 王 瑞 进 院（系）： 机电信息学院 专业班级： 电气 0803 班 指导教师： 商 立 群 完成日期： 2011 年 12 月 10 日 11000kV同塔双回输电线路潜供电流的研究张媛媛，班连庚，林集明，韩彬，王晓刚，项祖涛 （中国电力科学研究院 直流输电与电磁暂态研究中心，北京市 海淀区）摘要：分析总结了1000 kV 同塔双回线路的特点及潜供电弧与单相重合闸时间的关系。利用电磁暂态程序，计算分析了线路长度、运行方式、高抗中性点小电抗阻值及输送潮流等因素对上述线路单相重合闸过程中潜供电流的影响。研究结果表明：对于有高抗补偿的线路，当
2、采用1 s 左右的重合闸时间时，单相重合闸过程中的潜供电流值应控制在35 A 以内；特高压同塔双回线双回与单回运行时，导线耦合作用的不同加大了高抗中性点小电抗合适阻值的选择难度；当同塔双回系统具有线路长、输送潮流大等特点时，潜供电弧可能难以自熄灭。目前，工程中常采用导线逆相序换位方式。但该方式无法完全消除回路间的耦合，因而无法从根本上解决上述问题。关键词：同塔双回线路；潜供电流；单相重合闸；潮流；特高压0 引言 根据我国特高压电网规划，2020 年 1000kV 交流线路大多数采用同塔双回架设 1，对于具有电压等级高、输电距离长、输送容量大等特殊性的特高压同塔双回线路是否存在单相重合闸过程中潜
3、供电弧自熄灭问题。本文将就该问题，利用 EMTPE 对特高压电网中不同长度的 1000kV 交流同塔双回输电线路的潜供电流和恢复电压进行计算研究。分析讨论特高压同塔双回输电线路潜供电弧自熄灭问题。1 特高压同塔双回线路与潜供电弧 1.1 特高压输电线路特点我国特高压输电线路特征之一：跨越区域广、输电距离长。根据我国特高压规划网架，表 1 统计了 1000kV 输电线路不同长度范围所占的比例。统计结果表明：规划中，我国特高压线路长度大部分在 100500km 范围，其中 300500km 的特高压线路占 49.2%，近一半。 我国特高压输电线路特征之二：电压等级高，输送潮流大。对于电网结构较坚强
4、的特高压核心环网，交流特高压输电线路的送电能力较强，每回线可以接近或超过 4000MW；输电距离较远而送端电网又薄弱的电源直接送出线路，如蒙西送出及陕北送出线路，送电能力受稳定限制相对较低，每回线也有 2000MW 左右 2。表 1 1000 kV 输电线路不同长度范围所占比例长度/km 比例/%0100 1.5100200 16.92200300 32.3300400 20.0400500 29.21.2 同塔双回换位方式同塔双回输电线路一回线的三相之间及两回线的三相之间存在静电和电磁耦合。当任一回线路发生单相接地故障时，其非故障相和另一回无故障线路通过相间耦合，都会在接地点产生潜供电流和恢
5、复电压，其幅值的大小直接影响故障相重合闸过程中潜供电弧的自熄灭。无线路高抗补偿情况下，同塔双回线路导线间耦合作用要大于单回线路。线路越长、回路间耦合越大、且复杂。在高电压等级、长距离输电的特高压系统中，潜供电弧自熄灭问题可能会更为突出。 一般采取导线换位的方式减小相间的耦合、降低线路的不平衡度。（a）九段换位（b）逆相序返相换位（c）同向换位图一同塔双回线换位方式其中九段换位方式下，两回路之间只有零序耦合，耦合较小，但换位方式复杂、实现困难，一般不采用 4。逆相序反向换位和同向换位方式下，两回路间除有零序耦合还存在正序耦合、两回路间的耦合较大，但换位方式简单，是实际工程中常采用的换位方式 4。
6、1.3 同塔双回运行方式 3同塔双回线路除存在两回线正常送电的双回运行方式外，还存在一回线停运、另一回正常送电的单回运行方式。为保证输电的可靠性，双回线中的任意一回都应满足单相重合闸的要求。线路高抗及其中性点小电抗对单相重合闸过程中的潜供电流和恢复电压有抑制作用。因此，对于有高抗补偿的同塔双回线路，在选择高抗中性点小电抗时，除考虑双回正常送电方式外，还需要兼顾单回送电的方式。 1.4 潜供电弧与单相重合闸时间 单相重合闸时间定义为从系统发生故障，线路保护装置发生反应到完成重合闸操作的时间，主要包括保护和开关动作时间、弧道游离和恢复时间、及潜供电弧持续时间（或自熄灭时间） 5，其分布过程如图 2
7、 所示。潜供电弧燃弧时间与单相重合闸时间的协调是保证重合闸成功的必要条件。在超/特高压系统中，单相重合闸时间一般取 1s，由此可推算出，接地点潜供电弧的自熄灭时间大约在 0.67s 以内，才能满足 1s 单相重合闸的要求。 图 2 单相重合闸时间分布过程示意图 潜供电弧持续时间与潜供电流和恢复电压梯度的大小以及风速风向等气候条件有关 6：风速为 1.52.5m/s、恢复电压梯度在 815kV/m 范围内，2201150kV线路有电抗器补偿时，幅值为 2030A（有效值）的潜供电弧自灭时间（概率 90）是 0.180.22s。华北电力科学研究院在此基础上进行了潜供电弧自灭特性的试验研究，得到了风
8、速大于 1.5m/s、起弧位梯度低于 13.5kV/m、有高抗补偿时，潜供电流 90%概率熄灭时间 t 与其大小 IC 的拟合公式 7：由公式（1）可得：潜供电流幅值为 35A（有效值）的潜供电弧自灭时间（概率490）是 0.71s。因此，对于有高抗补偿的线路，当采用 1s 左右的重合闸时间时，单相重合闸过程中的潜供电流值应控制在 35A 以内。 综上所述，导线换位、线路高抗及其中性点小电抗对线路单相重合闸过程中的潜供电弧有抑制作用。但特高压同塔双回输电线路具有电压等级高、距离长、输送潮流大、单双回等特点，上述抑制措施下，其潜供电弧问题是否能够得以解决，满足 1s 左右单相重合闸的要求。本文将
9、对此展开讨论与研究。2 计算分析 2.1 系统条件 线路的潜供电流和恢复电压与输电线路的参数、线路的补偿情况和线路两端的运行电压、输送潮流有关，线路两侧的网架结构对其影响很小 1。因此，本文基于华北华中华东特高压同步电网，建立了 1000kV 同塔双回输电系统，其等值电路如图 3 所示，输送有功及 1000kV 母线电压情况列于表 2，研究中同塔双回线路单双回运行方式下各考虑了三种输送潮流情况。53 1000kV同塔双回输电系统接线示意图表 2 1000kV 同塔双回输电系统电压及输送潮流情况 1000kV2.2 所研究线路及其高抗补偿情况 为分析特高压同塔双回长线路的潜供电流特点，本研究选择
10、了特高压电网中300500km 范围内 2009 特高压输电技术国际会议论文集 3 具有代表性的 5 段特高压线，其名称、线路长度及其高抗配置参数列于表 3。 表 3 研究用 1000kV 同塔双回线参数及其补偿情况2.3 高抗中性点小电抗的取值情况 线路高抗中性点小电抗可补偿相间电容，减小潜供电流、降低恢复电压；适当选择小电抗阻值，使相间接近全补偿时（相间阻抗变得非常大），对潜供电弧的抑制效果最佳 1。为此，本文对表 3 所列特高压同塔双回线路在所确定的高抗配置下，单、双回运行时，小电抗 3001800 取值范围内，线路单相重合闸过程中的潜供电流进行了计算。研究中统一线路导线布置和换位方式为
11、鼓型排列、逆相序反向一次全换位；双回运行时输送潮流 3500MW， 单回运行时输送潮流 3000MW。 图 4 和 5 分别给出了同塔双回线双回运行及单回运行方式下，不同长度特高压同塔双回线的潜供电流随小电抗阻值变化的情况。 由图 4 和 5 可以看出，1）单回、双回运行方式下，各长度特高压同塔双回线潜供电流，随线路高抗中性点小电抗阻值增加，均呈先减小后增大的趋势。即两种方式下各特高压线均存在一小电抗值，使得发生单相6接地时的潜供电流幅值最低（已在图中标出）。但同一长度的特高压线路两种运行方式下的潜供电流最低点对应的小电抗阻值不同，长度为 300km 的特高压线双回运行时潜供电流最低点对应的小
12、电抗阻值为 1400，单回运行时为 800；长度为480km 的特高压线双回运行时潜供电流最低点对应的小电抗阻值为 600，单回运行时为 400。2）特高压同塔双回线路单回、双回运行方式时的潜供电流最低点数值，均随线路长度的增加而增大。在 300480km 研究范围内，长度为 300km 的特高压线潜供电流最低点幅值最小，双回运行时为 11.3A，单回运行时为 13.3A；长度为 480km 的特高压线潜供电流最低点幅值最大，双回运行时为 21.4A，单回运行时为 24.8A，几乎是 300km 特高压线的两倍。 3）特高压同塔双回线单回、双回运行方式下的潜供电流随小电抗阻值变化、从最低点向两
13、侧增加时，线路越长潜供电流增加的速度越快。长度为 300km 时，双回运行方式下，小电抗从潜供电流最低点时的取值 1400，向左每减小 100（或向右增大 100），潜供电流仅增加 14A；单回运行方式下，小电抗从潜供电流最低点时的取值 800，向左每减小 100（或向右增大 100），潜供电流也仅增加15A（小电抗最大变化幅度为 400）。而长度为 480km 时，小电抗从潜供电流最低点时的取值 600，向左每减小50（或向右增大 50），潜供电流增加 415A；单回运行方式下，小电抗从潜供电流最低点时的取值 400，向左每减小 50（或向右增大 50），潜供电流增加1016.5A（小电抗最
14、大变化幅度为 300）。 图 4 特高压同塔双回线双回运行时潜供电流 随小电抗取值变化的情况 7图 5 特高压同塔双回线单回运行时潜供电流随小电抗取值变化的情况 特高压同塔线单回和双回运行方式下，单相重合闸过程中潜供电流的上述特征，使得同时考虑单回和双回运行时，特高压线潜供电流随线路长度、高抗中性点小电抗变化，呈现图 6 所示的变化趋势。图中小电抗各阻值对应的潜供电流值按小电抗同阻值下、单回和双回两种运行方式中的较大者取得，该图将指导高抗中性点小电抗最终取值。图 6 同时考虑特高压同塔双回线单回和双回运行时潜供电流随小电抗取值变化的情况由图 6 可以分析出，在确定特高压同塔双回线高抗中性点小电
15、抗时：同时考虑单回、双回两种运行方式后，各长度特高压线潜供电流，随线路高抗中性点小电抗阻值增加，也呈先减小后增大的趋势。因此，可确定潜供电流最低点对应的阻值作为特高压线路高抗中性点小电抗的取值。 8表 4 列出了不同长度特高压线高抗中性点小电抗的取值，及该阻值下，单回双回运行方式时，线路单相重合闸过程中最大潜供电流及恢复电压梯度，计算中绝缘子长度按 10m 考虑。由表 4 可以看出，在已确定的合适阻值小电抗配置下，特高压同塔双回线无论是单回运行还是双回运行，线路越长，其潜供电流及恢复电压越大。当线路长度超过 450km 时，单回运行方式下，其潜供电流将大于 35A，影响单相重合闸的成功率。表
16、4 特高压线中性点小电抗取值、潜供电流及恢复电压梯度2.4 小电抗阻值偏差及输送潮流的影响由图 6 可以看出，特高压线潜供电流随小电抗阻值变化、从最低点向两侧增加时，线路越长、增长速度越快，也就暗示着特高压同塔双回长线路单相重合闸过程的潜供电流，受其线路两侧高抗中性点小电抗阻值波动的影响较大。而实际工程中，高抗中性点小电抗阻值并非与设计值完全相同，线路输送潮流也并非固定不变，为此，本文对不同长度特高压同塔双回线路在已确定的小电抗阻值 Xs 及阻值存在10%裕度（即 Xs10%）情况下、输送不同潮流（双回输送35004500MW，单回输送时 30004000MW）时的潜供电流进行了计算，结果如图
17、 7 所示。 由图 7 和图 8 可以分析出： 1）特高压同塔双回线双回和单回运行时的潜供电流，均与线路长度及输送潮流成正比，线路越长、潮流越大，潜供电流幅值越高，且单回运行时受长度、潮流的影响更大。在 300480km 研究范围内、已确定的小电抗阻值 Xs 下，长度为 300km 的特高压线，双回输送35004500MW 时，潜供电流为 20.921.9A（增长幅度最大为 1A），单回输送30004000MW 时，潜供电流为 18.923.1A（增长幅度最大为 4.2A）；长度为 480km 的特高压线双回送 35004500MW 时，潜供电流9为 33.435.8A（增长幅度最大为 2.4
18、A），单回输送 30004000MW 时，潜供电流为40.148.6A（增长幅度最大为 8.5A）。 2）特高压同塔双回线双回运行时，小电抗阻值正向偏差（即 Xs10%）下，潜供电流幅值比取设计值 Xs 时小，对潜供电弧的抑制更有利。长度为 480km 的特高压线，双回输送 35004500MW 系统条件下，小电抗阻值取 Xs10%时，潜供电流为27.730.5A，可以满足 1s 左右重合闸的要求。 3）特高压同塔双回线单回运行与双回运行时的潜供电流随高抗中性点变化情况相反，小电抗阻值负向偏差（即 Xs10%）下潜供电流幅值比取设计值 Xs 时小，对潜供电弧的抑制更有利。长度为 480km 的
19、特高压线，单回输送 30004000MW 系统条件下，小电抗阻值取 Xs10%时，潜供电流为 3139.9A。可见，特高压长线路在输送大潮流情况下，其小电抗阻值负向偏差仍不能将其潜供电流抑制在 35A 以内，1s 左右单相重合闸过程中潜供电弧自熄灭存在问题。 图 7 双回运行时，小电抗阻值偏差及输送潮流对特高压同塔双回线潜供电流的影响 图 8 单回运行时，小电抗阻值偏差及输送潮流对特高压同塔10双回线潜供电流的影响 3.结论对于有高抗补偿的线路，当采用 1s 左右的重合闸时间时，单相重合闸过程中的潜供电流值应控制在 35A 以内。线路高抗及其中性点小电抗虽然对线路单相重合闸过程中的潜供电弧有抑
20、制作用，但同塔双回输电线路双回与单回运行时，导线耦合作用的不同，造成了两种方式下小电抗器的取值情况存在差异，对小电抗的取值不利。而特高压系统中，线路电压等级高、距离长、输送潮流大等特点，更是放大了这一特征，加大了小电抗合适阻值的选择难度。超过 450km 的特高压线，在小电抗适当取值（设计值）下，单回运行方式时，其单相重合闸过程中的潜供电流仍大于35A，不能满足 1s 左右重合闸的要求。小电抗阻抗在设计阻值的基础上，考虑10%和10%裕度，分别对特高压线双回和单回运行时，单相接地的潜供电弧抑制效果有改善。但特高压长线路在输送大潮流情况下，单回运行时仍然存在潜供电弧自熄灭问题。目前工程中常采用的
21、导线逆相序换位方式无法完全消除回路间耦合，从根本上解决这一问题。参考文献1 刘振亚特高压电网M北京:中国经济出版社,2005 2 印永华特高压电网规划介绍 3 施围电力系统过电压计算M 西安:西安交通大学出版社,1988 4 Dommel Hw (加拿大)著李永庄林集明曾昭华译电力系统电磁暂态计算理论MI北京：水利电力出版社1991 5 梅忠怒.超高压电网潜供电流与单相重合闸J. 云南电力技术，1999，2（27）：9 6 曹荣江等，“电力系统潜供电弧自灭特性的模拟研究”，中国电力科学研究院 7 刘亚芳，袁亦超，汪启槐等，“500kV 输电线路潜供电弧自灭特性的研究”，华北电力科学研究院 收稿
22、日期：2009-01-01。 作者简介： 张媛媛（1982-），女，硕士，研究方向为电力系统电磁暂态分析与仿真； 班连庚（1960-），男，教授级高级工程师，研究方向为电力系统电磁暂态分析与仿真； 林集明（1940-），男，教授级高级工程师，研究方向为电力系统电磁暂态分析与仿真； 11韩彬（1983-），男，硕士，研究方向为电力系统电磁暂态分析与仿真； 王晓刚（1974-），男，高级工程师，研究方向为电力系统电磁暂态分析与仿真； 项祖涛（1976-），男，高级工程师，研究方向为电力系统电磁暂态分析与仿真。 11000 kV 同塔双回输电线路潜供电流研究张媛媛，班连庚，林集明，韩彬，王晓刚，项祖
23、涛（中国电力科学研究院，北京市 海淀区 100192）Research on Secondary Arc Current of 1 000 kV Double-CircuitTransmission Lines on the Same TowerZHANG Yuan-yuan， BAN Lian-geng，LIN Ji-ming，HAN Bin，WANG Xiao-gang，XIANG Zu-tao（China Electric Power Research Institute，Haidian District，Beijing 100192，China）ABSTRACT: This paper
24、 summarizes the characteristics of 1000 kV double-circuit lines, and the relationship between secondary arc and single-phase reclosing time. And by using EMTP, it calculates and analyzes effect of various factors on secondary arc current during single-phase reclosur of the above lines. The factors i
25、nclude length of line, operation mode, scale of power flow, and value of small reactance on neutral point of shunt reactor. Based on results from calculation and analysis, the following can be concluded: for lines with shunt reactor compensation, when the reclosing time adopted is about 1 s, value o
26、f secondary arc current during single-phase reloser should be less than 35 A; for UHV double-circuit lines, coupling effects of conductors under double-circuit and single-circuit operation modes are different, which makes it difficult to select a suitable value for small reactance on neutral point o
27、f shunt reactor; for lines with long length, when they are transmitting heavy power flow, it may be hard for secondary arc to 2selfextinguish. At present, method of line transposition with rever sephase sequence commonly adopted cannot completely eliminate coupling between loops. Therefore the metho
28、d cannot solve the problems related with secondary arc from the root.KEY WORDS: double-circuit lines on the same tower ；secondary arc current；single-phase reclosure；power flow；UHV摘要：分析总结了1 000 kV 同塔双回线路的特点及潜供电弧与单相重合闸时间的关系。利用电磁暂态程序，计算分析了线路长度、运行方式、高抗中性点小电抗阻值及输送潮流等因素对上述线路单相重合闸过程中潜供电流的影响。研究结果表明：对于有高抗补偿的
29、线路，当采用1 s 左右的重合闸时间时，单相重合闸过程中的潜供电流值应控制在35 A 以内；特高压同塔双回线双回与单回运行时，导线耦合作用的不同加大了高抗中性点小电抗合适阻值的选择难度；当同塔双回系统具有线路长、输送潮流大等特点时，潜供电弧可能难以自熄灭。目前，工程中常采用导线逆相序换位方式。但该方式无法完全消除回路间的耦合，因而无法从根本上解决上述问题。关键词：同塔双回线路；潜供电流；单相重合闸；潮流；特高压0 IntroductionAccording to our countrys UHV grid planning, most of 1 000 kV AC transmission l
30、ines will be double circuit lines by the year of 20201. 3Characteristics of these lines include high voltage level, long transmissiondistance, and large transmission capacity. By using Electromagnetic Transient wind speed is 1.5 m/s to 2.5 m/s; recovery voltage gradient is 8 kV/m to 15 kV/m. Based o
31、n above data, tests are performed to research self-extinguishing of secondary arc, and the fitting formula (as shown in Formula 1) betweensecondary arc current Ic and extinguishing time with a probability of 90% t90% is educed for the lines with shunt reactor under the conditions where wind speed is
32、 greater than 1.5 m/s, and voltage gradient of arcingis lower than 13.5 kV/m6.According to Formula 1, burning time of secondary arc with an rms current of 35 A is 0.71 s (with a probability of 90%). Therefore when lines with shunt reactor compensation adopt 1 s as the reclosingtime, secondary arc cu
33、rrent during single-phase reclosure should be controlled less than 35 A.8To sum up, line transposition, shunt reactor and small reactance on neutral point of shunt reactor have inhibition effect on secondary arc during single-phase reclosure. In the following section, it will be discussed whether se
34、condary arc problem in UHV double-circuittransmission lines can be solved to have a single-phase reclosing time of 1 s when the above measures are taken.2 Calculation and analysis2.1 System conditionSecondary arc current and recovery voltage are related with lines parameters, compensation situation,
35、 operating voltage and power flow, and have little to do with network structure1. So, 1 000 kV double-circuit transmission system is set up as shown in Fig. 3 basedon North ChinaCentral ChinaEast China UHV synchronous power grid.In the research, three power flows were considered for each operation m
36、ode of double-circuit lines as listed in Tab. 2.92.2 Lines researched and their shunt reactor compensation situationsIn order to analyze the characteristics of secondary arc current in long-distance UHV double circuit lines, 5 representative lines (whose lengths are in the range of 00 km to 500 km)
37、are selected here. Names, lengths and shunt reactor configuration parameters of these lines are shown in Tab. 3.102.3 Value selection of small reactance on neutral point of small reactorSmall reactance on neutral point of shunt reactor can compensate interphase capacitance, and reduce secondary arc
38、current and recovery voltage. Appropriate value of small reactance, which can fully compensate interphase capacitance and make interphase reactance become extremely large, has best inhibition effect on secondary arc1. To get this value, secondary arc currents during the single-phasereclosure of doub
39、le-circuit lines listed in Tab. 3 are calculated under the conditions as follows: small reactance are in the range of 300 to 1 800 ; both double-circuit and single-circuit operation modes are considered. During the research, layout and transposition method of all lines are unified to be drum-type ar
40、rangement and full transposition with reverse-phase sequence separately. And the power flow is 3.5 GW/3 GW under double-circuit/ single circuit operation mode.11The relationship between secondary arc current and small reactance for UHV double-circuit lines with different lengths under double-circuit
41、 and single circuit operation modes are illustrated in Fig. 4 and Fig. 5 respectively. According to Fig. 4 and Fig. 5, the followingconclusions can be drawn: 1）With the increase of small reactance onneutral point of shunt reactor, all secondary arc currents of UHV double-circuit lines with different
42、 lengths firstly decrease and then increase under both operation modes. That is, there is an appropriate small reactance for each line that can minimize the12secondary arc current. But for UHV lines of the same length, when operating under different modes, the corresponding small reactance for minim
43、um secondary arc currents are different. For example, for UHV lines with the length of 300 km, small reactance for minimum secondary arc currents are 1 400 and 800 under double-circuit and single-circuit operation modes. And for UHV lines with the length of 480 km, small reactance are 600 and 400 re
44、spectively.2）The minimum secondary arc currents increase with lengths of lines under both operation modes. Within the range of 300 km to 480 km, related data are as follows: for 300 km UHV line, minimum secondary arc currents are 11.3 A 13under double-circuit operation mode and13.3 A under single-ci
45、rcuit operation mode; for 480 km UHV line, the values are 21.4 A and 24.8 A separately.3）When secondary arc current increases from the minimum value with the change of small reactance, the longer the line is, the faster its secondary current increases. For 300 km line, each time small reactancereduc
46、es or increases 100 from 1400 under double-circuit operation mode and 800 under single-circuit operation mode, the secondary arccurrent only increases 1 A to 5 A. But for 480 km line, each time small reactance reduces or increases 50 from 600 under double-circuit operation mode and 400 under single-
47、circuit operation mode, thesecondary arc current increases 4 A to 16.5 A.These above-mentioned characteristics of secondary arc current during the single-phase reclosure of UHV double-circuit line under single-circuit and double-circuit operation modes, make the secondary arccurrents vary with lengt
48、h of line and small reactance on neutral point of shunt reactor as shown in Fig. 614when two operation modes are considered at the same time. The secondary arc currents in Fig. 6 are the larger ones when both operation modes are considered. From Fig. 6, we can see that, with the increase ofsmall rea
49、ctance on neutral point of shunt reactor, secondary arc currents of UHV double-circuit lines with different lengths firstly decrease and then increase when both operation modes are considered. The reactance for the minimum secondary arc curren tunder both operation modes, the longer UHV double circuit line is, the higher secondary arc current andrecovery voltage are. When the length of line exceeds 450 km,
