三相甩负荷工频过电压优化处理

4.1.3.1　原理

当输电线路重负荷运行时，由于某种原因线路末端断路器突然跳闸甩掉负荷，也是造成工频电压升高的原因之一，通常称为甩负荷效应。

用图4-6（a）所示的简单电力系统进行分析，暂不计无功设备的影响。以受端甩负荷为例进行分析，甩负荷前由于电源会向线路输送潮流（包括有功潮流和无功潮流），从而在送端电源等值阻抗上形成电压降，使电源电势Em高于母线电压Ubar；由于甩负荷前后发电机的磁链不能突变，甩负荷之后的短时间内电源电势Em基本保持不变，而甩负荷之后电源等值阻抗上电压降消失，从而使母线电压升高，在线路上形成较高过电压。甩负荷前后线路沿线电压变化过程如图4-6（b）所示。其中，P、Q是正常运行时线路上输送的有功功率和无功功率，Q0是末端开路线路空载时线路电容上所发出的无功功率。

图4-6　甩负荷过电压沿线电压分布

4.1.3.2　影响因素

正常运行时电源电势与母线电压的关系可表示为

式中，P和Q分别为电源向线路输送的有功和无功功率，Ubar为母线电压，R为电源系统等值电阻，X为电源系统等值电抗。考虑系统等值电阻通常很小，可忽略，本书后面通常用X来表示电源正序阻抗。正常运行时电源电势与母线电压的矢量关系如图4-7所示。一般情况下，母线电压Ubar波动幅度较小，所以电源等值阻抗上的电压降决定了母线电压升高的幅度，而电源阻抗上电压降主要依赖于电源阻抗大小和从电源流向母线潮流的大小。故甩负荷后母线电压上升幅度主要取决于电源阻抗和从电源流向母线潮流。

图4-7　正常运行时电源电势和母线电压矢量图(www.xing528.com)

甩负荷效应引起的过电压幅值主要受五个因素影响：

（1）甩负荷前线路输送的功率

线路输送功率和高抗直接决定了电源向母线输送的有功和无功功率大小，从而影响甩负荷效应强弱。

（2）高压电抗器

线路输送功率较大时，线路需要的感性无功较小，若电源附近有高抗，则电源会向母线输送大量的容性无功来抵消高抗产生的多余感性无功，从而在电源阻抗上形成较大电压降，使甩负荷后母线电压出现较大的上升。

（3）电源等值阻抗

电源容量越小，等值阻抗就越大，在母线电压不变情况下，输送相同功率时电源电动势E越大，工频过电压也就越高。

（4）线路长度

线路越长，甩负荷之后的空载线路容升效应越严重，工频过电压越高。

（5）发电机调速特性

在实际电力系统中，由于发电机组调速器和制动设备的惰性，甩负荷后其不能立即起到应有的调速效果，导致发电机转速加快，电动势及频率上升，从而使空载线路的工频过电压更为严重。但由于机电暂态反应速度往往远慢于电磁暂态，这一因素一般影响较小，在过电压仿真中一般不予考虑。