工频过电压的系统潮流计算及控制极限制定方法

1.潮流计算

如前所述,工频过电压值和故障前系统的运行方式有密切关系。系统接线方式、机组出力、系统电压水平、电网中潮流分布和负荷水平等因素对工频过电压都有直接影响。因此研究工频过电压必须先进行故障发生之前的系统潮流计算。在系统各种运行方式下潮流计算结果的基础上,再根据发生故障的地点和型式进行工频过电压计算。目前我国广泛采用中国电力科学研究院引进开发的“PSD-BPA潮流计算程序”和“PSD-BPA暂态稳定计算程序”进行相关的潮流计算,为后续的过电压计算奠定数据基础。注意:在调试方式、正常方式以及各种检修方式下,进行过电压计算,需要与潮流计算方式正确匹配,否则计算结果没有任何意义。

2.工频过电压计算

因工频过电压属于暂时过电压范畴,故可用对称分量法进行计算。如利用BPA潮流和稳定计算程序来计算工频过电压。但是,由于该程序不是专用计算程序,所以计算效率较低,每次计算只能求得一个故障点的一种故障型式的工频过电压。而工频过电压专用计算程序可以在同一个运行方式下,同时计算出若干故障点的若干种故障型式(如单相接地引起的三相跳闸;无故障时三相跳闸、两相接地引起的三相跳闸等)的工频过电压,计算效率很高。

对于工频过电压而言,主要是在系统调试、正常及检修方式下进行计算,其过电压的基准值是1.0p.u,即550/kV。其中:

(1)在调试方式下,主要计算其线路空载长线容升效应(K 0)和线路末端单相短路(K 1)两种情况下的工频过电压,其依据的潮流图,是系统在新建或者线路切改工程之前的那个原超高压电网结构下的潮流图。

(2)在正常及各种检修方式下,主要计算其线路两端发生无故障跳闸后空载长线电压升高(K 0)及线路末端单相短路甩负荷(K 1)后相对地和相间工频过电压。各种检修方式应该是在正常运行方式的潮流图基础上做相应的检修过电压计算。

另外,由于工频过电压持续时间较长,对设备绝缘及其运行条件有很大影响,直接影响到避雷器的保护特性和电力设备的绝缘水平,是决定某些过电压保护装置工作条件的重要依据。在计算工频过电压时,对于计算结果而言,应注意的问题是:DL/T 620-1997规程规定,我国500kV电网,线路断路器的变电所侧工频电压升高值不超过1.3p.u.;线路断路器的线路侧不超过1.4p.u.。目前我国常采用的工频过电压计算程序主要是EMTP、EMTPE、PSCAD/EMTDC等电磁暂态程序。典型的工频过电压计算实例参照附录A～附录C。

3.稳定电压控制极限计算

根据调度运行规定,系统在调试方式下,新建线路空充时,考虑到空载长线的容升效应,为了保证系统线路末端电压有效值不超过550kV,需要计算出线路首端的母线电压需要控制的电压极限值;当超高压系统新建线路或者切改工程完毕,超高压电网正常运行起来后,为防止线路无故障(K 0)或者因单相接地(K 1)跳闸引起甩负荷过电压,所以系统需要进行相应的过电压计算,同时由于系统跳闸甩负荷后,会引起线路末端电压抬升,为了防止此时线路末端电压超过550kV,也需要进行线路首端母线控制电压的极限计算,从而保障系统的正常运行。检修方式下道理相同,因此工频过电压的计算也是电网调度运行部门制定稳定电压控制极限的重要参考依据。

(www.xing528.com)

图5-4　乌海地区500kV系统网架结构示意图

工程实例分析:乌海地区500kV电网结构图如图5-4所示,乌海、吉兰太、布日都和千里山均为500kV变电站,其中乌海—吉兰太,乌海—布日都均为双回500kV输电线路,乌海—千里山为单回500kV输电线路,线路导线型号为4×JL/G1A-400/35,断路器无合闸电阻,涉及的500kV线路参数见表5-1。高抗配置情况:乌海—布日都一回500kV输电线路在乌海侧并有150Mvar线路高抗,乌海—布日都的另一回500kV输电线路在布日都侧并联有150Mvar线路高抗,千里山500kV变电站并联有150Mvar母线高抗,在这样的网架结构下,500kV乌海电网的稳定电压控制极限应该如何确定,下面从过电压角度做出了相应计算分析,各种方式下乌海稳定电压控制极限的计算结果见表5-2,该稳定电压控制极限分析,可以为调度运行提供参考。

表5-1　乌海地区500kV输电线路参数

从表5-2可以得出乌海地区稳定电压控制极限:

(1)正常运行方式下,乌海母线控制电压不能高于527.2kV。该种工况产生于正常运行方式乌海—吉兰太双回均投运时,乌海—布日都线布日都侧无故障甩负荷时。

(2)检修方式下,乌海—布日都一回线检修,且千里山母线高抗退出,此时在布日都侧无故障甩负荷时,乌海母线控制电压不能高于521.4kV。

(3)检修方式下,乌海—布日都一回线检修,且乌海—布日都另一回线的线路高抗退出,此时在布日都侧无故障甩负荷时,乌海母线控制电压不能高于520.6kV。

表5-2　各种方式下乌海稳定电压控制极限的计算结果