不对称短路导致的工频电压升高方案

不对称短路是输电线路最常见到的故障形式,短路电流中零序分量会使非故障相出现工频电压升高,常称为不对称效应,以不对称效应系数或接地系数表示由此产生的工频电压升高的程度。系统中出现不对称短路时,以单相接地故障最为常见,且引起的工频电压升高也最严重。因此,用系统单相接地时工频电压升高的数值来选定阀型避雷器的灭弧电压。

系统发生不对称故障时,故障点各相电压和电流是不对称的,可以采用对称分量法利用复合序网络方便地进行分析,下面以单相接地故障为例进行分析。

图3-5　单相接地的复合序网络

设系统中A相发生单相接地故障,其边界条件为:故障点A相电压=0,非故障相的故障电流=0。由边界条件,按对称分量关系可作出如图3-5所示的复合序网络。其中, 为正常运行时故障点处的电压,Z 1、Z 2、Z 0分别为从故障点看进去的网络正序、负序、零序入端阻抗(相应的电抗分别为X 1、X 2、X 0),和分别为电网中电压和电流的正序、负序、零序分量。计算可得

故障点处非故障相的电压为

其中,

将式(3-7)代入式(3-8),得

对于电源容量较大的系统,Z 1≈Z 2;如再忽略阻抗中的电阻分量,则式(3-9)可改写成(www.xing528.com)

的模量为

其中

系数K为接地系数,表示单相接地故障时非故障相的最高对地工频电压有效值与无故障时对地电压有效值之比。接地系数K的大小与零序阻抗关系极大,K的大小决定于比值X 0/X 1,而X 0/X 1的值取决于系统中性点的接地方式,接地系数亦由此得名。图3-6给出了K与X 0/X 1的关系曲线。

图3-6　单相接地时非故障相的电压升高

对于中性点绝缘的3～10kV系统,X 0主要由线路容抗决定,故应为负值。单相接地时,健全相的工频电压升高可达系统最高电压的1.1倍,避雷器的灭弧电压即规定为系统最高电压的1.1倍,称为110%避雷器,例如,10kV系统的最高电压按1.15U N考虑,避雷器的灭弧电压为12.7kV。

对于中性点经消弧线圈接地的35～60kV系统,在过补偿运行时,X 0为很大的正值,单相接地时健全相上电压的工频电压升高可达系统最高电压,避雷器的灭弧电压规定为系统最高电压的100%,称为100%避雷器,例如,35kV避雷器的灭弧电压为41kV。

对于中性点直接接地的110kV、220kV系统,X 0为不大的正值,X 0/X 1≤3,单相接地时,健全相的电压升高约为系统最高电压的0.8倍,其避雷器的灭弧电压则按系统最高电压的80%确定,称为80%避雷器。

对于330kV及以上系统,输送距离较长,涉及长线路的电容效应时,线路末端工频电压升高可能超过系统最高电压的80%,则根据安装位置的不同可分为电站型避雷器(即80%避雷器)及线路型避雷器(即90%避雷器)两种。