电力系统内部过电压的仿真研究
电力系统内部过电压的仿真研究
刘琦刘刚马亮邹林
华中科技大学
摘要内部过电压是超高压电网绝缘配合的重要因素之一。本文针对超高压输电系统，采用电磁暂态分析程序ATP，对工频过电压、操作过电压、潜供电流和恢复电压仿真时的参数设置及其影响进行了分析，为工程实际提供了参考。
关键词超高压；过电压；仿真
1引言
我国电网发展很迅速，早在八十年代就开始发展500kV超高压线路（330kV、750kV 仅用于西北网）。随着电网电压的升高，电网规划设计及输变电工程设计要涉及的系统问题，也有很大变化，35～110kV电网主要研究潮流、短路电流问题，220kV电压就增加了稳定问题，电压升到330kV后，则还必须研究其内过电压问题。
对于电力系统内过电压的仿真计算而言，目前普遍采用的是电磁暂态仿真软件ATP-EMTP。ATP-EMTP是用数值计算方法对电力系统中从数 s至数s之间的电磁暂态过程进行仿真模拟[1]。本文重点对使用该软件仿真时工频过电压、操作过电压以及中性点小电抗选择时的几个关键问题进行了研究分析，并选取了施秉－桂林－贤令山双回紧凑型500kV交流输电线路为实例进行仿真计算，以供实际工程参考。
2工频过电压的计算
系统中的工频过电压一般由线路空载、接地故障和甩负荷等引起。根据长期计算和运行实践的经验，单相接地三相跳闸、两相接地三相跳闸以及无故障跳三相所引起的内过电压升高需要进行重点仿真计算。在仿真过程中，线路故障时序的设定以及串补的设置都是需要重点考虑的。
1.1故障时序
继电保护切除故障的保护时间为0.06s~0.12s[2]，考虑到开关的动作时间以及实际工程计算的取值，本文取切除故障时间（保护动作时间+开关动作时间）为0.1s[3]。如图1所示，零时刻系统正常运行，t1时刻线路中发生故障，（t1+0.1s）时刻线路中的三相开关
跳开。
0.02168
536.2
由表2可见，0.01968s 和0.02168s 的过电压值最大，而这两点均为线路C 相的峰值时刻，从而也进一步验证了在峰值时刻得到最大过电压这一理论分析的正确性。1.2串补的设置
在三相跳闸之后，由于容升效应，在线路末端会产生明显的工频电压升高，但对于有补偿的线路，若跳闸前补偿装置未退出，则工频电压升高的最大值并不出现在线路末端，而是在沿线靠近末端的某处。在实际的线路中，对于某些加入串补的线路，为防止故障时线路中出现更大过电压而损坏设备，实际工程中会在串补两端并一个短路开关加以保护，在线路发生故障断开三相大约25ms 后短接串补。在本文的仿真计算中考虑了这一点。
本文选取桂林－贤令山线路段进行仿真计算，在发生故障后短接串补和不短接串补两种不同情况下，得到如图2所示的过电压
波形。
图2故障后短接串补和不短接串补的过电压波形
△——故障后短接串补过电压○——故障后不短接串补过电压
在图2中，0.1s~0.2s 为操作过电压，0.2s 后为工频过电压，可以明显的看出发生短路故障后，如不短接串联补偿电容，将会在线路上产生较大的电压振荡，导致线路承受更高的过电压。不短接串补的情况下过电压值将达到1.55p.u.，此时过电压的值超过规程规定，而短接串补后过电压值可以降低到1.37p.u.。因此，在实际线路架设中，在串补两端加三相保护开关是非常必要的。
3操作过电压的计算
500kV 系统中常出现的操作过电压有空载线路合闸过电压，单相重合闸过电压以及解列过电压等。试验表明，无论是计划性合闸，还是自动重合闸，电源电压e （t ）的合闸相位角θ应该是一个随机变量。如何模拟这种随机性是操作过电压尤其是合闸过电压仿真计算的重点问题。
工程上采用统计120或200次合闸过电压数据的方法，以其2%统计过电压值来衡量其过电压大小与危害，过电压最大值U et 和2%过电压U e2定义[6]：
按照IEC 规定，过电压最大值即为上限值，超过此值的概率为0。如以P （U ）表示其概率分布的累积函数，则P （U ≥U et ）=0。而U et =X +3σ。式中X 为过电压概率分布的数学期望，σ为标准偏差。在绝缘配合中使用的2%统计过电压（U e2），其概率定义是P （U >U e2）=0.02。而U e2=X +2.05σ。
在仿真计算中通常采用统计开关元件来模拟实际断路器，而统计开关元件需要统计次数，统计次数只影响到仿真结果的精度以及仿真程序计算时间，图3中列出了统计次数分别为40、80、120和200时，施秉-黎平段线路施秉处合闸时，线路末段测得的过电压值，每组数据均计算10
次。
2p.u.之下。
4潜供电流和恢复电压的计算
单相重合闸的成功与否主要是由潜供电
流和恢复电压的大小决定的，因而在整定重合闸时间时，首先需要验算潜供电流和恢复电压的大小。
潜供电流熄弧时间与潜供电流的大小、风速及风向等有关，当线路有补偿时，潜供
电流小于30A时，潜供电弧的自灭时间小于
0.22s（概率保证值90％）[7]，选取故障后0.3s 为潜供电流过零的时刻t，由此得到的故障相
电压即为恢复电压，如图4，为一拍频。
图4恢复电压的波形
图5是并联电抗器加中性点小电抗的接线方式。中性点小电抗的选择必须按限制潜供电流的要求选择[8]。
参考文献
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中华人民共和国能源部，1985
作者介绍
刘琦，1984年12月出生，硕士生，现就读于华中科技大学电气与电子工程学院，从事电力系统过电压研究。
刘刚，1985年1月出生，博士生，现就读于华中科技大学电气与电子工程学院，从事电力系统过电压研究。
电力系统内部过电压的仿真研究
作者：刘琦， 刘刚， 马亮， 邹林
作者单位：华中科技大学
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本文链接：https://www.wendangku.net/doc/aa2437130.html,/Conference_6841047.aspx
下载时间：2010年3月8日