建模仿真：合闸次序对过电压的影响模拟分析

6.3.2.1　合空线过电压的仿真

合空线操作过程并不繁杂，然而由于合闸时断路器存在不同期性，使得线路处于瞬间不对称运行状态，加剧了过电压的严重程度。因此，合空线过电压的仿真模拟应考虑不同期性的影响。

文献资料表明，不同期性的概率模型可用三相触头合闸的平均时间T0与A、B、C各相触头的实际合闸时间Tj对T0的偏离ΔTj来表示。

式中：T0由断路器的性能参数决定，一般认为，ΔTj在区间（-ΔTm，ΔTm）内服从正态分布。

在软件模型中，可将三相触头合闸的平均时间作为随机变量，使其分布在一个工频周期内，模拟整体合闸时刻的随机性。然后，在此基础上加上各相的时间随机偏移量，对断路器各相的实际合闸时间做出调整，模拟不同期性。最后，进行多次仿真，计算2%统计过电压，再从沿线各点的统计过电压中取出最大值。

合空线的模型示意图如图6-24所示，产生的过电压波形如图6-25和图6-26所示。其中线路以及杆塔等参数参考我国已有的晋东南—南阳—荆门示范线路参数。

图6-24　合空线过电压模型示意图

同期合闸是一种理想的合闸方式，合闸时断路器的三相同时接通线路，线路三相电压同时发生变化，故不易产生严重的过电压，如图6-25所示。

图6-25　合空线过电压波形（同期合闸）

如图6-26所示，不同期合闸时，当A相首先合闸后，由于相间耦合作用A相在B、C相（仍空载）上产生同极性的感应电压。当B、C相合闸时，若电源电压极性恰好与感应电压相反，则能加剧线路的暂态振荡过程，产生更为严重的过电压。在图6-27和图6-28所示合闸次序情况下，过电压最为严重，仿真中以0.1ms为单位时差来模拟三相不同期性。

图6-26　合空线过电压波形（不同期合闸）

图6-27　最大合空线过电压的合闸次序时的端口侧电压

（合闸时刻为A相1.0062s，B相1.0115s，C相1.0096s）(www.xing528.com)

图6-28　最大合空线过电压的合闸次序时的线路侧电压

可以发现，A相在稍过波峰后首先合闸，在约3.4ms后C相在稍过波谷后其次合闸，再约1.9ms后B相在波峰附近合闸，线路上产生了最为严重的过电压。

6.3.2.2　单相重合闸过电压的仿真

与合空线不同，单相重合闸的操作时序较为复杂，模型图如图6-29所示。其中线路以及杆塔等参数参考我国已有的晋东南—南阳—荆门示范线路参数。

图6-29　单相重合闸过电压示意图

当线路C相发生单相接地故障，紧接着断路器BRK1和BRK2的C相经较短时间（通常为几十或百余毫秒）先后分闸切断故障电流，而此时A、B相依然正常运行，C相成为带接地故障的空载相，故障处仍有潜供电流；随着潜供电流的渐渐熄灭，故障消失，此后C相存在振荡的感应电压；故障后1s左右，BRK1和BRK2的C相分别进行自动重合闸（两断路器实际合闸瞬间存在毫秒级的时差），线路上出现过电压，单相重合过程结束。在重合时，若C相感应电压与电源极性相反时，往往会出现幅值较高的过电压。在软件模拟中，可将故障相合闸时间作为随机变量，使其在一个周期内分布，多次计算得出2%统计过电压，再从沿线各点的统计过电压中取出最大值。

单相重合闸过电压波形如图6-30所示。

图6-30　单相重合闸过电压波形示意图

高抗补偿对故障相上的感应电压影响较大，如图6-31和图6-32分别为无高抗时的衰减波形和补偿度为80%时的拍频波形。

图6-31　无高抗时故障相感应电压

图6-32　80%补偿时故障相感应电压

采用高抗补偿的线路，通过高抗和小电抗的准确配合，可以将故障相的感应电压限制到很小的程度，这对单相重合闸过电压的限制具有一定效果。而不采用高抗补偿时，故障相上始终具有一定的感应电压，不利于重合时过电压的有效限制。