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1、国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE交流1000kV输电系统 过电压和绝缘配合研究 国网武汉高压研究院国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE 0 . 前言 工作电压高、输电距离长、输送容量大、线 路损耗小和线路的充电功率大等特点，使得 特高压系统可能产生严重的工频过电压和绝 对值相当高的操作过电压。过电压高，会对 设备绝缘水平提出很高的要求。而特高压设 备和线路外绝缘的长空气间隙的操作冲击放 电电压和间隙距离的关系已进入饱和区，特 高压设备的内绝缘耐压水平的提高也受到限 制。这是一对矛
2、盾。国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE 是人们对特高压输电技术可行性担心的 一个重要问题。 为了特高压输电工程的安全运行和经济 性，限制特高压系统的过电压水平和合 理选择绝缘水平是特高压输电工程建设 的关键技术课题之一。国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE 特高压系统过电压的主要特点 1）操作过电压是特高压线路和变电站 绝缘配合的重要控制因素。因此，要求 把特高压系统操作过电压的相对值限制 至相当低的水平。500kV电网的操作过 电压水平允许值为2.0p.u.以下,750kV电 网
3、的操作过电压水平允许值为1.8p.u.以 下,而1000kV电网的操作过电压水平允 许值要求降至1.7p.u.以下，甚至更低。国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE 2）特高压系统工频暂时过电压的幅值（标么 值）和500kV电网的相同。但是，要求把工 频暂时过电压持续时间缩短。一般情况下持 续时间0.2s，最大的持续时间0.5s。 3）雷击跳闸是特高压线路跳闸的主要原因， 而雷电绕击跳闸又是特高压线路雷击跳闸的 主要原因。对特高压线路的防雷要十分重视 ，尤其是要重视预防雷电绕击导线。 国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE
4、RESEARCH INSTITUTE 国外特高压输电工程 三、国外特高压输电概况国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE 国外特高压输电工程 三、国外特高压输电概况国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE国外特高压输电工程 三、国外特高压输电概况国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE特 高 压 输 电 工 程 国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE特 高 压 输 电 工 程 国网武汉高
5、压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE 1.内过电压国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE 1.1概述国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE 1)作用电压分类 按照作用电压的幅值、波形及持续时间分类，特高 压设备在运行中可能受到的作用电压，可分为： 持续工频电压(其值不超过设备最高电压Um， 持续时间等于设备设计的运行寿命)； 暂时过电压(包括工频电压升高、谐振过电压) ； 缓波前(操作)过电压； 快波前(雷电)过电压； 陡波前过电压； 联合过
6、电压。 国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE 作用电压另一分类的方法 按过电压的起因分类。 通常所说的操作过电压和雷电过电压就 是按起因分类。 陡波前过电压主要是气体绝缘封闭电器 （GIS）中的隔离开关操作引起的，所 以也有称它为隔离开关操作过电压。国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE 缓波前过电压主要是操作、故障引起的 ，但是远方雷击架空导线也可引起缓波 前过电压。 快波前过电压主要是由雷电
7、引起的，但 是操作和故障也会引起快波前过电压。 主要在变电站内，当设备通过短线接入 系统或断开时或外绝缘闪络时，会产生 快波前过电压国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE 1.2工频暂时过电压 工频暂时过电压主要由甩负荷和接地故 障引起的。如果甩负荷和接地故障两种 故障组合在一起，则工频暂时过电压比 较严重。国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE 在特高压系统中，主要考虑3种故障类 型下的工频暂时过电压： 1）三相甩负荷（或称三相无故障分闸 ）； 2）单相接地，线路一端三相分闸； 3）两
8、相接地，线路一端三相分闸。国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE 三相甩负荷引起工频电压升高的主要原因有 下列两方面：（1）三相甩负荷后，特高压输 电线路成为空载线路，流过电源（感性）阻 抗和线路电感的电流主要是电容性电流。电 容性电流流过电感，会引起电压升高，使线 路末端出现过电压。（2）甩负荷前，线路上 输送潮流，电源电动势高于母线电压。甩负 荷后的短时间内，电源电动势仍然基本维持 原值，变化不大，导致母线电压和线路末端 电压升高。国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE 线路不对称接
9、地故障，包括单相接地故 障和两相接地故障，会在线路健全相上 引起工频过电压。接地故障后线路一端 三相分闸引起的工频暂时过电压的幅值 决定于故障点的位置、线路长度和电源 特性等。 过电压的大小和从故障点向电网看过去 的零序阻抗和正序阻抗有关。国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE 限制特高压线路工频暂时过电压的主要 措施是线路装设高压并联电抗器，以补 偿线路电容。国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUT
10、E 工频暂时过电压（TOV） 晋南荆特高压线路的 最大工频过电压： 母线侧1.3p.u.， 线路侧1.4p.u.。国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE 工频暂时过电压持续时间 工频暂时过电压特性由其幅值、波形和 持续时间确定。 工频暂时过电压持续时间对设备绝缘能 力和避雷器额定电压的选择起着十分重 要的作用。国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE 为了缩短工频暂时过电压持续时间，特 高压线路两端断路器采用联动分闸。一 般情况下两端断路器分闸时间差0.1s 。考虑一侧继电保护失灵或断路器
11、拒动 ，由后备保护动作分闸，最大的时间差 0.5s。因此，幅值较高（1.3p.u.- 1.4p.u）.工频暂时过电压持续时间 0.5s。国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE 日本特高压线路较短，无并联高压电抗 器，最大工频过电压可达1.5p.u., 为了 缩短工频暂时过电压持续时间，日本采 用继电保护方案，比较复杂。在确定双 回路同时甩负荷，而且分闸侧MOA吸 收能量超过预定值时，发出指令使线路 对侧（电源侧）断路器快速分闸，使 TOA的持续时间仅为0.2s。考虑后备保 护，TOA的持续时间仅为0.55s。国网武汉高压研究院WUHAN H
12、IGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE 特高压设备允许的工频过电压幅 值和持续时间工频过电压 倍数1.051.11.151.21.251.31.351.41.5持续时间 (s) 中国变压 器持续持续*20中国电抗器持续36001200180208前苏联设 备1200205国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE 工频稳态电压国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE 沿线电压控制 线路污秽闪络 持续时间国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARC
13、H INSTITUTE 1.3非全相谐振过电压国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE晋-南-荆线交流1000kV输电示 范工程国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE1）晋南荆线高压电抗器配置 方案和容量选择研究国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE 问题的由来 1）原设计高压电抗器配置方案 1080/720/720/720Mvar 2）考虑：a
14、)线路设计长度和实际长度 的差异 b）高压电抗器容量制造误差 c）故障状态下电网频率变动 指出：可能发生非全相工频谐振国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE选择原则 1）限制特高压线路的工频暂时过电压 在允许范围之内。 2）高抗的容量不能过大，以免发生非 全相工频谐振过电压，危害设备安全。国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE 3）有利于特高压线路的无功平衡 4）有利于特高压线路的沿线电压分布 均在合适的范围内。 5）每一个变电所或开关站最好只有一 种规格的高压电抗器容量，以减小高压 电
15、抗器备用 国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE 用频率扫描法检查断开相电压 国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE非全相运行时断开相电压谐振频率 原设计：南荆线 的高抗容量为两侧 各设1组720Mvar高抗 ， 谐振频率 49.7Hz，和工作频率很 接近，有谐振危险。 国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE 推荐方案线 路晋南线南荆线高抗位 置晋侧南侧南侧荆侧高抗容 量（ Mvar）960720720600国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE非全相运行时断开相电压谐振 频率南荆线高抗配置720/600 Mvar(-2.5%阻抗误差) 国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE2）可控电抗器 在线路重载时，线路感性无功和容性无 功接近平衡。从无功平衡的角度来看， 接在线路上的并联高压电抗器是多余的 ，需要电源向它供给无功。既增加线路 损耗，又不利于无功平衡和电压控制， 甚至影响特高压线路输电能力。但是从 限制工频过电压的角度来看，此并联电 抗器仍然是必需的，不能退出。这两方 面的要求是矛盾的。 国网武汉高压研究院W
