快速接地开关HSGS在抑制潜供电弧方面的效果分析

采用如图5-21所示的模型，线路换位方式采用理想换位，在输电线路的两侧电源处加装HSGS，HSGS的接地电阻取1.65Ω。用EMTP仿真软件对潜供电流和恢复电压进行仿真，单相重合闸操作过程如图5-19所示，假设在t秒时发生接地故障，经过0.08s后两边断路器断开，再经过0.2s投上快速接地开关HSGS。

5.3.3.1　杆塔换位方式对HSGS限制效果的影响

为了研究杆塔换位方式对HSGS限制潜供电弧效果的影响，采用如图5-21所示的模型，线路长度取150km，选用如图5-24所示的换位方式，对换位前后的输电线路进行仿真计算，得到潜供电流I和恢复电压U的值如表5-5所示。

图5-24　杆塔换位方式

从表5-5可以看出，在使用HSGS的情况下，不换位和换位相比，潜供电流的最大值从30.2A增大到64.8A，恢复电压的值也从2.1kV提高到3.2kV，HSGS在线路不换位时限制效果比较理想。因此，HSGS适用于不需要换位的线路。

表5-5　换位方式对HSGS限制效果的影响

在本章后面仿真计算时，杆塔换位方式均选择不换位方式。

5.3.3.2　HSGS的接地电阻对HSGS限制效果的影响

HSGS的接地电阻大小直接影响到HSGS的分流作用。为了研究接地电阻对HSGS限制效果的影响，线路长度取150km，HSGS的接地电阻取不同的值，分别对不同的故障点位置进行仿真计算，得到潜供电流的值如图5-25所示。

图5-25　HSGS接地电阻对HSGS限制潜供电流的效果的影响

图5-25表明，接地电阻对HSGS的限制效果影响很大。加装HSGS的线路，接地电阻小于0.5Ω时，潜供电流的值大幅度降低，当接地电阻进一步下降时，潜供电流的下降幅度已不明显；而接地电阻大于1.5Ω时，线路部分故障点的潜供电流值仍然很大，HSGS的限制效果不够理想。因此，HSGS的接地电阻最好小于0.5Ω，最大不宜超过1.5Ω。

5.3.3.3　HSGS抑制潜供电弧的效果

采用如图5-21所示的模型，线路长度取350km。针对加装HSGS前后两种情况，对不同的故障点位置分别进行仿真计算，得到潜供电流和恢复电压如表5-6所示，其中HSGS的阻值取0.1Ω。

表5-6　两种不同情况下的潜供电流和恢复电压(www.xing528.com)

从表5-6可以看出，对于该线路，加装HSGS后，恢复电压得到了明显的抑制，而潜供电流幅值虽然有明显下降，但数值依然很大，有可能仍然无法在0.4s内实现快速熄弧，这样也就无法保证在1s完成断路器重合闸。

下面再考察1000kV特高压短线（取150km）和长线（取1000km）模型中HSGS抑制潜供电流的效果，仍然采用如图5-21所示的模型，线路长度分别取为150km和1000km，改变HSGS的阻值，对不同的故障点位置进行仿真计算得到潜供电流如图5-26、图5-27所示。

图5-26　150km线路中HSGS抑制潜供电流的效果

由图5-26、图5-27可见，加装HSGS后，两者的输电线路潜供电流都有明显下降。但是对于1000km输电线路，即使加装HSGS后，潜供电流幅值还是很大（＞250A），潜供电弧根本无法顺利自熄；而对于150km输电线路，加装HSGS的效果很好，特别是当接地电阻的值小于0.5Ω时，可以有效限制潜供电流（≤30A），能够顺利完成潜供电弧的自熄。

图5-27　1000km线路中HSGS抑制潜供电流的效果

为了进一步研究HSGS熄灭潜供电弧的效果，采用如图5-21所示的模型，对不同长度的输电线路，仿真计算加装HSGS前后的沿线潜供电流I和恢复电压U的最大值的变化。其中，HSGS的接地电阻取0.1Ω，接地的过渡电阻取10Ω，计算结果如图5-28所示。

图5-28表明，加装HSGS前，线路越长，潜供电流和恢复电压越大。加装HSGS后，潜供电流和恢复电压均有大幅度减小，但是对于较长的线路，潜供电流依然很大。

从图5-28还可以看到，加装HSGS后，200km的恢复电压约为3kV，潜供电流为41.2A，此时其恢复电压梯度远小于5kV/m，再从表5-2的相关分析即可得到，该种情况下潜供电弧能在0.4s内熄弧。因此，一般200km以内的线路加装HSGS后，可以缩短潜供电弧的熄灭时间，满足1s重合闸要求；而对于更长的线路，加装HSGS后，由于潜供电流和恢复电压的值依然较大，有可能出现无法顺利熄弧的情况。

图5-28　不同线路长度下HSGS的限制效果

综上，对于HSGS限制潜供电流的方式，主要有以下几个结论：

（1）在特高压线路中，HSGS限制潜供电流的方法适用于不换位的线路；

（2）HSGS的接地电阻对HSGS限制潜供电流效果的影响很大，一般要求≤0.5Ω，最大不宜超过1.5Ω；

（3）HSGS通常适用于短线路，一般要求小于200km。