限流电抗器对输电线路工频过电压的影响

中压 18%；高压–低压 56%；中压–低压 36%。 1.3 避雷器
兰银线采用敞开式无间隙氧化锌避雷器，其参
数如表 2 所示。
表 2 避雷器主要参数 Tab. 2 Main parameters of arrestor
避雷器 额定 电压/kV 648
避雷器 持续运行 电压/kV
498
0.5 kA 最大 1 kA 最大操 2 kA 最大操
第 34 卷 第 3 期 2010 年 3 月
文章编号：1000-3673（2010）03-0193-04
电网技术 Power System Technology
中图分类号：TM 726.3 文献标志码：A
Vol. 34 No. 3 Mar. 2010
学科代码：470·4051
限流电抗器对输电线路工频过电压的影响
single-phase short circuit in 750 kV transmission line
不接入限流电抗器 短路点 过电压 最大过 标幺
接入限流电抗器(25 mH) 过电压 最大过 标幺
最大点 电压/kV 值/pu 最大点 电压/kV 值/pu
1
1
682.2 1.044
1
687.3 1.052
单相接地故障是最常见的不对称短路故障，所 引起的工频电压升高也最严重。单相故障时，健全
第 34 卷 第 3 期
电网技术
195
相的工频电压可作为确定避雷器灭弧电压的依据。 采用对称分量法，利用复合序网，得到单相接地故 障时的接地系数
K = − 1.5( X 0/X1) ± j 3
(3)
2 + ( X 0/X1) 2
参数
电阻/Ω·m−1 电抗/Ω·m−1 电纳/S·m−1
正序
0.147 6×10−4 0.264 9×10−3 0.428 6×10−8
负序
0.147 6×10−4 0.264 9×10−3 0.428 56×10−8
零序
0.245 8×10−3 0.696 3×10-−3 0.264 7×10−8
727.5
1.114
2
739.7
1.132
751.6
1.151
3
759.8
1.163
771.9
1.182
4
774.9
1.186
787.4
1.205
5
784.7
1.201
798.2
1.222
6
788.0
1.206
802.0
1.228
由表 3 可得：限流电抗器的接入对输电线路的 电容效应工频过电压有影响。对于过电压最大的
式中：X1 为正序电抗，包括发电机的次暂态同步电
抗、变压器漏抗及线路感抗等；X0 为零序电抗，因
系统中性点接地方式的不同有较大的差别[1]。
利用 PSCAD/EMTDC，计算线路不同故障点引
起的单相短路工频过电压，结果如表 4 所示。
表 4 750 kV 线路单相短路过电压
Tab. 4 Power frequency over-voltage caused by
操作冲击残 作冲击残压 击作冲残压
压峰值/kV 峰值/kV
峰值/kV
597
862
1 137
1.4 限流电抗器电路的仿真模型 限流电抗器在系统中相当于电感，据此，本文
通过在线路中串联电感来模拟串联限流电抗器对
线路工频过电压的影响，其参数为：L=25 mH，X= 7.85 Ω。 1.5 断路器
兰银线采用的断路器的额定电压为 800 kV，额 定电流 4 000 A，合闸电阻 600 Ω，电阻值偏差−10%~ 0%，电阻预投入时间 8~12 ms。
超高压电网中限流电抗器的大规模应用，可有 效降低短路电流水平。故障时，限流电抗器动作与 其它保护措施的共同作用，将对线路过电压水平产 生新的影响[12-14]。本文以西北电网 750 kV 兰州东— 银川东线路(兰银线)为例，结合电磁暂态计算程序 PSCAD/EMTDC，研究了安装限流电抗器后，输电 线路电容效应、不对称短路、甩负荷所引起的工频 过电压的变化情况。
K1′2
=
cosϕ cos(αl +
ϕ)
(2)
百度文库
式中：ϕ = arctan(XS/ZC)；XS 为电源电抗；ZC 为线路 阻抗。
采用 PSCAD/EMTDC 软件，对兰银线空载容
升进行计算，结果如表 3 所示，表中节点 1~6 分别
为线路均匀分成的 6 段；Um 为过电压。
表 3 750 kV 空载线路电容效应引起的工频过电压
ABSTRACT: Current-Limiting Inductor (CLI) is used to limit the magnitude of fault current in power systems. Meanwhile, the introducing of CLI will change the transient recovery voltage (TRV) of circuit breaker, power frequency overvoltage and switching overvoltage of transmission line. Simulations by PSCAD/EMTDC are carried out to get the effect of CLI on power frequency overvoltages. Simulation results show that configuring CLI will make power frequency overvoltage, caused by capacitance effects of long distance transmission line, asymmetry grounding faults and load rejection of line, rising up to 1.29 pu, namely slightly lower than the limit 1.3 pu specified in industrial standard. It is recommended that check of line overvoltage should be done before CLI is installed in transmission line.
K12 = U2/U1 = 1/ cosαl
(1)
式中：U1 、U2 分别为首末端电压；α = ω L0C0 为
相移系数；l 为线路长度[1]。
图 2 均匀分布参数的线路模型 Fig. 2 Transmission line model of symmetrical distributing parameters
2
2
755.7 1.157
2
756.8 1.159
3
3
786.6 1.204
3
786.6 1.204
4
4
782.4 1.198
4
782.2 1.197
5
5
747.0 1.144
5
747.3 1.144
式(1)表明线路越长，末端电压上升越严重。当 αl=90°时，K12→∞，U2→∞，从电路的首端看，线 路处于串联谐振状态，此时对应的工频输电线路约
为 1 500 km。 限流电抗器在计算中等效为电感，在线路首端
接入限流电抗器，相当于在电路中串入电感。根据
四端网络的连接关系式，首端对末端的传递系数为
1 系统参数和系统模型
1.1 线路模型 兰银线全长 397 km，单回路线路，中性点直接
接地方式；导线采用 6×LGJ–400/50 型钢芯铝绞线， 地线一根采用 OPGW–110，另一根采用 GJ–80 镀锌 钢绞线；选用中相 V 串的“M 型”酒杯型杆塔，线 路模型如图 1 所示。由 PSCAD/EMTDC 软件，得 到输电线路单位长度的序参数，见表 1。 1.2 主变压器
Tab. 3 Power frequency over-voltage caused by
capacitance effect in 750 kV transmission line
节点 1
不接入限流电抗器
Um/kV 715.7
Um/pu 1.096
接入限流电抗器 (25 mH)
Um/kV
Um/pu
2 空载长线路的电容效应
采用分布参数模型，研究兰银线的传输特性。
假定每相输电线路的电阻、电感、电导、电容效应
是沿线均匀分布的，用单位长度的线路参数 R0、L0、 G0、C0 表示。图 2 是均匀分布参数线路模型，其中 dx 为等值 π 型电路的长度，x 为线路上任意一点与
线路首端的距离。
空载线路首端对末端的传递系数为
C1 40 m
C2
C3
16.4 m
x
dx
i + ∂u dx
∂x
Rodx Lodx
40.41 m
Godx
u Codx
u + ∂u dx ∂x
Tab. 1
图 1 750 kV 输电线路模型 Fig. 1 750 kV transmission line model
表 1 750 kV 输电线路的序参数 Sequence parameters of 750 kV transmission line
KEY WORDS: power frequency overvoltage; capacitance effect; asymmetry grounding faults; load rejection; currentlimiting inductor
摘要：接入限流电抗器，可有效解决电力系统短路电流过大 的问题，但同时也会影响断路器暂态恢复电压、输电线路工 频过电压以及操作过电压的大小。利用电磁暂态计算软件 PSCAD/EMTDC，研究了限流电抗器对输电线路工频过电压 的影响。仿真结果表明：限流电抗器的引入，使得由空载输 电长线路的电容效应、不对称短路以及甩负荷引起的工频过 电压增大至 1.29 pu，略低于行业标准限值 1.3 pu。建议在安 装限流电抗器之前，对线路工频过电压进行校核，以保证运 行安全。
(State Key Laboratory of Control and Simulation of Power Systems and Generation Equipment(Tsinghua University), Haidian District, Beijing 100084, China)
陈水明，王威，杨鹏程
（电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学)，北京市 海淀区 100084）
Effects of Current-Limiting Inductor on Power Frequency Overvoltages in Transmission Line
CHEN Shui-ming, WANG Wei, YANG Peng-cheng
紧密，电网的短路电流也随之增大，由此产生的电 力系统安全稳定问题逐渐突出，同时也使得系统的 运行方式受到诸多限制。因此，采取必要的限流措 施势在必行。目前，国内外的电力系统主要从电网 结构、运行方式和限流设备 3 个方面限制短路电流， 主要措施有：电网分层分区运行[1-4]、变电站母线分 段运行[5-6]、变压器中性点小电抗接地[7]、采用高阻 抗变压器和发电机[7]、采用串联电抗器[8-11]、采用 直流背靠背技术以及提高断路器的遮断容量等。
点，限流电抗器额外增加的过电压为 14 kV，升高 1.8%。经计算，接入 25 mH 限流电抗器，等效为输 电线路增加 70~80 km；可以推算：限流电抗器的电 抗值越大，其造成的过电压值越大。在兰银线空载
容升过电压模型中，不管是否存在电抗器，过电压
都低于安全限值 1.3 pu。
3 不对称短路引起的工频电压升高
关键词：工频过电压；电容效应；不对称短路；甩负荷；限 流电抗器
0 引言
随着电力系统容量的不断增大，电气联系更加
基金项目：国家自然科学基金资助项目(50737001)。 Project Supported by National Natural Science Foundation of China (NSFC)(50737001).
银川东主变压器额定电压为 765/ 3/345/ 3 ± 2 × 2.5%/63 kV，额定容量为 700 MVA/700 MVA/ 233 MVA，连接组别 YNa0d11，短路阻抗为：高压–
194
陈水明等：限流电抗器对输电线路工频过电压的影响
Vol. 34 No. 3
G1
G2
28.8 m
9.59 m