旗Ⅰ线破口输变电工程内部过电压优化计算方案

一、引言

该工程为切坤—旗(春坤山—旗下营)Ⅰ线接入500kV武川站。切改完成后,形成春坤山—武川双回线(简称坤—武线)、武川—旗下营双回线(简称武—旗线)。其中,坤—武Ⅰ线长度为128.90km;坤—武Ⅱ线长度为126.62km,且坤—武Ⅱ线春坤山侧并联120 Mvar线路高抗,中性点小电抗值分别为553.68Ω、614.46Ω、674.34Ω。武—旗Ⅰ线长度为62.6km,武—旗Ⅱ线长度为62.3km。武—察线长度为83.997km,坤—武双回、武—旗双回500kV线路导线型号均为4×LGJ-400/35,且断路器无合闸电阻。

为满足工程系统调试的需要,现对以上投产工程进行工频过电压、操作过电压、潜供电流与恢复电压的计算分析,以便为工程实施提供理论依据,为运行提供参考。500kV武川输变电工程的网架结构示意图如图B-1所示。本例计算切改坤—旗Ⅰ线接入500kV武川变电站启动的内过电压情况。

图B-1　切坤—旗Ⅰ线接入500kV武川输变电工程网架结构示意图

二、计算分析依据

500kV坤—旗Ⅰ线破口输变电工程内过电压计算依据标准和参考资料如下:

1.依据标准

(1)DL/T 620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》。

(2)DL/T 614—1997《交流高压断路器参数选用导则》。

(3)GB 1179—1999《圆线同心绞架空导线》。

2.参考资料

(1)《电力系统设计手册》(电力工业部电力规划设计总院编,中国电力出版社,1998)。

(2)《500kV武川输变电工程系统调试计算分析报告》

(3)《电力工程高压送电线路设计手册(第二版)》(张殿生主编,中国电力出版社,2003)。

(4)500kV武川变电站主变产品合格证书,设计图纸。

三、工程相关线路参数

500kV坤—旗Ⅰ线破口输变电工程工频过电压、操作过电压、潜供电流和恢复电压计算分析所涉及的500kV线路长度和单位长度正序、零序阻抗参数见表B-1。

表B-1　500kV坤—旗Ⅰ线破口输变电工程过电压计算相关线路参数

注:坤—德指春坤山—德岭山;包—坤指包头北—春坤山。

四、计算方式说明

500kV坤—旗Ⅰ线破口输变电工程新建500kV武川变电站,原500kV坤—旗Ⅰ线在武川变电站破口形成坤—武Ⅰ线和武—旗Ⅰ线。其具体调试及运行方式说明如下。

1.调试方式说明

(1)TS1:春坤山空充武川。

(2)TS2:旗下营空充武川。

2.正常运行方式说明

WCZC1:武川新建线路均投运(坤旗Ⅰ线破口完成)。

3.检修方式说明

(1)WCJX1:检修方式一,坤—德Ⅰ线检修。

(2)WCJX2:检修方式二,坤—武Ⅰ线检修。

(3)WCJX3:检修方式三,坤—武Ⅱ线检修。

(4)WCJX4:检修方式四,武—旗Ⅱ线检修。

(5)WCJX5:检修方式五,汗—旗Ⅰ线检修。

(6)WCJX6:检修方式六,武川母线高抗检修。

(7)WCJX7:检修方式七,旗下营联变检修。

(8)WCJX8:检修方式八,春坤山联变检修。

(9)WCJX9:检修方式九,武川联变检修。

五、工频过电压计算

基于本书第四章和第五章的讲解,分别在调试方式、正常方式及检修方式下,计算坤—武Ⅰ线、武—旗Ⅰ线的工频过电压。计算结果中,工频过电压基准值为1.0p.u.=550/kV=317.55(kV),以下在没有特殊说明时,均按此定义。

1.调试方式下工频过电压计算

在调试方式下,计算坤—武Ⅰ线、武—旗Ⅰ线的空载长线容升效应(K 0)和线路末端单相短路(K 1)两种情况下的工频过电压。考虑调试中可能出现的充电方式,工频过电压计算结果见表B-2和表B-3。

表B-2　WCTS1方式下坤—武Ⅰ线工频过电压计算结果

注:表中WCTS1指的是春坤山空充武川。

表B-3　WCTS2方式下武—旗Ⅰ线工频过电压计算结果

注:表中WCTS1指的是旗下营空充武川。

2.正常运行方式下工频过电压计算

在正常运行方式下,针对坤—武Ⅰ线,武—旗Ⅰ线分别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,工频过电压计算结果见表B-4和表B-5所示。

表B-4　表WCZC1方式下坤—武Ⅰ线工频过电压计算结果

表B-5　WCZC2方式下武—旗Ⅰ线工频过电压计算结果

3.检修方式下工频过电压计算

在检修方式下,针对坤—武Ⅰ线、武—旗Ⅰ线,分别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,计算结果见表B-6～表B-18。

表B-6　WCJX1方式下坤—武Ⅰ线工频过电压计算结果

续表

注:表中WCJX1指的是坤—德Ⅰ线检修。

表B-7　WCJX1方式下武—旗Ⅰ线工频过电压计算结果

注:表中WCJX1指的是坤—德Ⅰ线检修。

表B-8　WCJX2方式下武—旗Ⅰ线工频过电压计算结果 (www.xing528.com)

注:表中WCJX2指的是坤—武Ⅰ线检修。

表B-9　WCJX3方式下坤—武Ⅰ线工频过电压计算结果

注:表中WCJX3指的是坤—武Ⅱ线检修。

表B-10　WCJX3方式下武—旗Ⅰ线工频过电压计算结果

注:表中WCJX3指的是坤—武Ⅱ线检修。

表B-11　WCJX4方式下武—旗Ⅰ线工频过电压计算结果

注:表中WCJX4指的是武—旗Ⅱ线检修。

表B-12　WCJX5方式下武—旗Ⅰ线工频过电压计算结果

注:表中WCJX5指的是汗—旗Ⅰ线检修。

表B-13　WCJX6方式下坤—武Ⅰ线工频过电压计算结果

注:表中WCJX6指的是武川母线高抗检修。

表B-14　WCJX6方式下武—旗Ⅰ线工频过电压计算结果

注:表中WCJX6指的是武川母线高抗检修。

表B-15　WCJX7方式下武—旗Ⅰ线工频过电压计算结果

注:表中WCJX7指旗下营联变检修。

表B-16　WCJX8方式下坤—武Ⅰ线工频过电压计算结果

注:表中WCJX8指春坤山联变检修。

表B-17　WCJX9方式下坤—武Ⅰ线工频过电压计算结果

注:表中WCJX9指武川联变检修。

表B-18　WCJX10方式下武—旗Ⅰ线工频过电压计算结果

注:表中WCJX9指武川联变检修。

4.工频过电压计算小结

由表B-2和表B-3可以看出,在调试方式下,坤—武Ⅰ线相地工频过电压最大值为1.168p.u.,武旗Ⅰ线相地工频过电压最大值为1.141p.u.;由表B-4和表B-5可以看出,在正常方式下,坤—武Ⅰ线相地工频过电压最大值为1.179p.u.,武—旗Ⅰ线相地工频过电压最大值为1.147p.u.;由表B-6～表B-18可以看出,在各种检修方式下,坤—武Ⅰ线相地工频过电压最大值为1.188p.u.,武—旗Ⅰ线相地工频过电压最大值为1.148p.u.。依据DL/T 620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定,上述结果均满足小于规程规定的1.4p.u.。

六、潜供电流与恢复电压计算

在正常运行方式下,计算武川500kV输变电工程中坤—武Ⅰ线、武—旗Ⅰ线的潜供电流和恢复电压,结果分别见表B-19和表B-20。

表B-19　WCZC1方式下坤—武Ⅰ线潜供电流和恢复电压计算结果

表B-20　WCZC1方式下武—旗Ⅰ线潜供电流和恢复电压计算结果

由表B-19可以看出,坤—武Ⅰ线无补偿时潜供电流最大值为15.995 A,恢复电压为34.031kV,若潜供电弧弧道长度以3.7m作为计算,则恢复电压梯度为9.197kV/m。结合DL/T 614—1997,当恢复电压梯度为10kV/m,潜供电流为24A时,潜供电弧的自熄灭时间推荐值为0.35～0.56s;同时,考虑潜供电弧熄灭后的弧道介质恢复时间约为0.1s和潜供电弧熄灭后的无电流间隙所留裕度0.1s,则无补偿的断路器的最小单相重合闸时间可按0.60s考虑。

由表B-20可以看出,武—旗Ⅰ线潜供电流最大值为7.987 A,恢复电压为34.020kV,若潜供电弧弧道长度以3.7m作为计算,则武旗线的恢复电压梯度为9.195kV/m。结合DL/T 614—1997,对于无补偿线路,当恢复电压梯度为10kV/m,潜供电流为12A时,潜供电弧的自熄灭时间推荐值为0.1～0.15s;同时,考虑潜供电弧熄灭后的弧道介质恢复时间约为0.1s和潜供电弧熄灭后的无电流间隙所留裕度0.1s,则无补偿的武—旗Ⅰ线断路器的最小单相重合闸时间可按0.3s考虑。

七、操作过电压计算

基于《500kV坤旗Ⅰ线破口输变电工程系统调试计算分析报告》,计算坤—武Ⅰ线、武—旗Ⅰ线的合空线和单相重合闸操作过电压。计算结果中,操作过电压基准值为1.0p.u.=550/=449.07(kV),以下在没有特殊说明时,均按此定义。

1.合空线操作过电压计算

在空充方式下,计算坤—武Ⅰ线、武—旗Ⅰ线的合空线操作过电压。根据正态分布的“3σ规则”和绝缘配合中使用的统计过电压U 2%,鉴于三相开关动作的不同期性(开关的不同期时间大约为5ms),在计算中考虑开关预期合闸时间在一个周波内服从随机均匀分布、开关三相不同期性在[-0.0025,0.0025]区间内服从正态分布。在此基础上,针对坤—武Ⅰ线、武—旗Ⅰ线,分别进行了120次空充合闸统计计算。通过引入蒙特卡洛法求取其120次合空线操作过电压的平均值U mean和最大值U 2%,坤—武Ⅰ线、武—旗Ⅰ线合空线操作过电压结果见表B-21和表B-22所示。

表B-21　春坤山侧空充坤—武Ⅰ线合空线操作过电压计算结果　单位:p.u.

表B-22　旗下营侧空充武—旗线合空线操作过电压计算结果　单位:p.u.

2.单相重合闸操作过电压计算

在正常运行方式下,针对坤—武Ⅰ线和武—旗Ⅰ线分别计算其单相重合闸过电压。根据正态分布的“3σ规则”和绝缘配合中使用的统计过电压U 2%,鉴于三相开关动作的不同期性(开关的不同期时间大约为5ms),在计算中考虑开关预期合闸时间在一个周波内服从随机均匀分布、开关三相不同期性在[-0.0025,0.0025]区间内服从正态分布。在此基础上,针对坤—武Ⅰ线、武—旗Ⅰ线进行了120次单相重合闸统计计算。通过引入蒙特卡洛法求取其120次单相重合闸操作过电压的平均值Umean和最大值U2%,结果分别见表B 23和表B 24所示。

表B-23　WCZC1方式下坤—武Ⅰ线单相重合闸操作过电压计算结果　单位:p.u.

表B-24　WCZC1方式下武—旗Ⅰ线单相重合闸操作过电压计算结果

3.操作过电压计算小结

由表B-21～表B-24可以看出,坤—武Ⅰ线合空线操作过电压相地最大值为1.772p.u.,单相重合闸操作过电压相地最大值为1.792p.u.;武—旗Ⅰ线合空线操作过电压相地最大值为1.719p.u.,单相重合闸操作过电压相地最大值为1.734p.u.;依据DL/T620—1997规定,上述操作过电压相地最大值均满足不超过2.0p.u.的规定。

八、结论

1.工频过电压计算结论

(1)在调试方式下,坤—武Ⅰ线相地工频过电压最大值为1.168p.u.,武—旗Ⅰ线相地工频过电压最大值为1.141p.u.。

(2)在正常方式下,坤—武Ⅰ线相地工频过电压最大值为1.179p.u.,武—旗Ⅰ线相地工频过电压最大值为1.147p.u.。

(3)在各种检修方式下,坤—武Ⅰ线相地工频过电压最大值为1.188p.u.,武—旗Ⅰ线相地工频过电压最大值为1.148p.u.。

上述工频过电压均小于1.4p.u.,满足规程要求。母线电压无特殊控制要求。

2.操作过电压计算结论

(1)空充方式下,坤—武Ⅰ线合空线操作过电压相地最大值为1.772p.u.,武—旗Ⅰ线合空线操作过电压相地最大值为1.719p.u.。

(2)正常运行方式下,坤—武Ⅰ线单相重合闸操作过电压相地最大值为1.792p.u.,武—旗Ⅰ线单相重合闸操作过电压相地最大值为1.734p.u.。

上述操作过电压相地最大值均不超过2.0p.u.,满足规程要求。

3.潜供电流和恢复电压计算结论

(1)无补偿的坤—武Ⅰ线断路器的最小单相重合闸时间可按0.60s考虑。

(2)无补偿的武—旗Ⅰ线断路器的最小单相重合闸时间可按0.30s考虑。