特高压输电系统过电压研究及仿真

特高压输电系统过电压研究----工频过电压的仿真与幅值比较

摘要:随着我国电力需求的快速增长，建设特高压电网已成为解决电网发展需求的必然选择。而限制特高压输电系统的过电压水平是特高压输电工程建设的关键课题。本文简述了国内外特高压交、直流的现状及发展状况，特高压输电过电压的分类，并结合PSCAD/EMTDC仿真软件，对工频过电压进行了研究讨论。

关键词:特高压电网直流交流比较过电压仿真计算

一、概述

特高压电网指1000千伏的交流或+800千伏的直流电网。特高压电网形成和发展的基本条件是用电负荷的持续增长以及大容量、特大容量电厂的建设和发展，其突出特点是大容量、远距离输电. 用电负荷的持续增长以及大容量、特大容量电厂的建设和发展呼唤特高压电网的发展建设。那么，在世界范围内，虽然特高压输变电技术的储备是足够的，但取得的运行经验是初步的，还存在风险和困难，有些技术问题还需要进行深入的研究，同时累积运行经验。我们小组通过相关仿真软件的计算和仿真，来着重研究特高压输电系统内的过电压问题。特高压交流输电线路具有输送容量大、输电损耗低、节约线路走廊等优点，特高压电网的建设可很好地解决超高压线路输送能力不足、损耗大、经济发达地区线路走廊紧张以及超高压系统短路容超标等问题，在发电中心向负荷中心远距离大规模输电、超高压电网互联等情况下具有明显的经济、环境优

势，是我国电网发展的方向。大容量、远距离的特高压系统自身的无功功率很大，每100 km的1000 kV线路无功可达530 Mvar左右，这使得特高压系统在甩负荷时可能导致严重的工频过电压。由于工频过电压种类众多，尤其是同塔双回线路更多，若计算所有种类过电压则工作量巨大。目前过电压计算中一般选取幅值较高的几种过电压进行计算，但由于对各种过电压幅值相对大小的认识存在差异，已有文献在计算中选取的工频过电压种类存在差异，可能导致计算结果与实际工频过电压水平存在一定偏差。

二、特高压输电系统的分类

特高压输电技术是指在500kV以及750kV交流和±500kV直流之上采用更高一级电压等级的输电技术，包括交流特高压输电技术和直流特高压输电技术两部分,由特高压骨干网架、超高压、高压输电网、配电网及高压直流输电系统共同构成的分层、分区,结构清晰的大电网。特高压输电是在超高压输电的基础上发展的，其目的仍是继续提高输电能力，实现大功率的中、远距离输电，以及实现远距离的电力系统互联，建成联合电力系统。其具体分为特高压直流输电系统和特高压交流输电系统。

1、特高压直流输电系统概述

目前，特高压直流输电技术在全世界都还没有成熟的应用经验，在可行性研究阶段不仅需要对电磁环境影响、绝缘配合和外绝缘特性等关键技术进行研究，而且还需要结合特高压的特点对输电方案拟定、换流站站址及接地极极址选择、线路路径选择以及系统方案比较等主要技术原则进行充分论证，才能为

项目业主和政府主管部门提供可靠的决策依据。

在全世界范围内，其发展现状如下：

20世纪80年代前苏联曾动工建设哈萨克斯坦—中俄罗斯的长距离直流输电工程，输送距离为2400km，电压等级为±750kV，输电容量为6GW；巴西和巴拉圭两国共同开发的伊泰普工程采用了±600kV直流和765kV交流的超高压输电技术，第一期工程已于 1984年完成，1990年竣工，运行正常；1988-1994 年为了开发亚马逊河的水力资源，巴西电力研究中心和ABB组织了包括±800kV 特高压直流输电的研发工作，后因工程停止而终止了研究工作。

2、特高压交流输电系统概述

特高压交流输电是指1000千伏及以上的交流输电，具有输电容量大、距离远、损耗低、占地少等突出优势。

特高压交流输电线路具有输送容量大、输电损耗低、节约线路走廊等优点，特高压电网的建设可很好地解决超高压线路输送能力不足、损耗大、经济发达地区线路走廊紧张以及超高压系统短路容量超标等问题，在发电中心向负荷中心远距离大规模输电、超高压电网互联等情况下具有明显的经济、环境优势，是我国电网发展的方向。

特高压交流输电系统具有如下的优势：

按自然传输功率计算，1条特高压线路的传输功率相当于4～5条500kV超高压线路的传输功率（约4000～5000MVA），这将节约宝贵的输电走廊和大大提升中国电力工业可持续发展的能力。

技术的角度看，采用特高压输电技术是实现提高电网输电能力的主要手段之一，还能够取得减少占用输电走廊、改善电网结构等方面的优势；从经济方面的角度看，根据目前的研究成果，输送10GW水电条件下，与其它输电方式相比，特高压交流输电有竞争力的输电范围能够达到1000～1500公里。如果输送距离较短、输送容量较大，特高压交流的竞争优势更为明显。

特高压交流输电的发展前景：

电力系统和输电规模的扩大，世界高新技术的发展，推动了特高压输电技术的研究。从上世纪60年代开始，前苏联、美国、日本和意大利等国，先后进行基础性研究、实用技术研究和设备研制，已取得了突破性的研究成果，制造出成套的特高压输电设备。前苏联已建成额定电压1150kV（最高运行

l200kV）的交流输电线路1900多公里并有900公里已经按设计电压运行；日本已建成额定电压l0OOkV(最高运行电压llOOkV)的同杆双回输电线路426公里。百万伏级交流线路单回的输送容量超过5000MW，且具有明显的经济效益和可靠性，作为中、远距离输电的基干线路，将在电网的建设和发展中起重要的作用。

三、特高压输电系统过电压的分类

特高压输电系统中的内过电压形式主要有：操作过电压，暂时过电压（工频过电压和谐振过电压）等。国内外对特高压输电系统内部过电压的研究主要集中在操作过电压和工频过电压(主要是甩负荷引起的工频电压升高)。特高压

输电系统中的外部过电压主要是雷击过电压。

1、工频过电压

工频电压升高主要是由空载线路电容效应、不对称接地故障和甩负荷等原因引起的，与系统结构、容量、参数及运行方式有关。由于特高压输电线路的充电功率大、线路长，所以工频暂态过电压高。输电线路长线方程如下：

在特高压输电线路中，相对于线路的电感和电容，线路的电阻R和对地漏电导G非常小，在分析中可以忽略。当线路末端开路时，末端线路电压与电源电势的关系如下：

Zs是系统等值阻抗。式(2)表明，线路越长，系统等值阻抗越大，线路末端电压也越大。

限制工频过电压的措施主要有：

（1）并联高压电抗器。