浅论如何保护500kV串联补偿装置过电压

浅论如何保护500kV串联补偿装置过电压

王勇芳史敏

国网山西省电力公司检修分公司山西太原030032

摘要：本文介绍了远距离超高压输电线路采用串联补偿是提高系统输电能力的有效措施，分析串联补偿装置的保护回路问题,由于串补保护回路的放电而可能出现的一种危及线路绝缘的过电压现象。希望能在实际工作中为有关部门提供参考。

关键词：串联补偿；串补装置；过电压

1串联补偿介绍

远距离超高压输电线路采用串联补偿是提高系统输电能力的有效措施。目前,东北伊和华东阳城～淮阴500kV线路决定采用串联补偿技术。东北电力设计院和上海交通大学等单位已对伊冯线路采用串补技术后(见图1)可能出现的次同步共振、继电保护和过电压问题进行了研究,其中过电压部分主要集中在串补装置的保护方面。本文提出另一种可能危及线路绝缘的过电压现象,希望能引起必要的重视。

2串联补偿装置的保护回路

系统故障时,先由与串补电容并联的非线性电阻(MOV)限制电容器上的过电压(见图2)。当MOV吸收能量达到一定值后,触发保护间隙G(见图2a)或晶闸管T(见图2b)旁路串补电容,构成L—C放电回路。普通串补放电回路的振荡频率通常在400Hz以上,并且装设了阻尼电阻R,放电电流衰减较快。而可控串补回路的频率在100Hz～600Hz之间,没有装设阻尼电阻。系统故障时,先由与串补电容并联的非线性电阻(OV)限制电容器上的过电压(见图2)。当MOV吸能量达到一定值后,触发保护间隙G(见图2a)或晶管T(见图2b)旁路串补电容,构成L—C放电回路。通串补放电回路的振荡频率通常在400Hz以上,并且装了阻尼电阻R,放电电流衰减较快。而可控串补回路的率在100Hz～600Hz之间,没有装设阻尼电阻。

3补偿线段外部故障时放电回路动作的可能性

为了提高系统的稳定性和减小继电保护的复杂性,一般要求补偿线段外部故障时,放电回路不作,仅由MOV限制电容器上的过电压。但由于MOV吸收能量有限,可能无法满足要求。另外,于保护回路参数整定复杂和继电装置的可靠性较差以及其他原因,不能排除外部故障时放电回路作的可能性。

4沿线分布的过电压

串补电容和回路电抗谐振放电时,相当于在系统中引入一个高频振荡电源,振荡幅值由保护系统的电压整定值决定。通常MOV保护的电压整定值为2.0～2.4p.u.高达几百kV,可与系统电压等级相比较。沿线出现的最大电压峰值与系统运行方式、故障时刻、线路长度、放电回路参数和动作时间的分散性等因素有关。如果非故障相工频电压处于最大时,放电回路动作,则沿线电最高。对于线路长度和放电回路有两种最严重情况:a)线路长度大致为12Kλ(λ为放电振荡频率下线路正序波长),此时线路上会出现稳定的驻波;b)线路长度为(12K+14)λ,则在线路末端近似开路的情况下,从理论上分析,末端电压趋于无穷大(线路无阻尼)。

以上仅对稳态情况而言,实际线路的电压暂态波形复杂,但仍可用上述原理分析。取图1所示伊敏～冯屯输电线路和放电回路的实际设计参数,用EMTP程序进行计算。其中,串补度30%,电压保护水平2.2p.u,系统单回线运行。放电回路振荡频率790Hz,对应的波长恰为伊冯线路的长度380km。当冯屯母线近区三相接地,串补保护回路动作,每隔0.05ms作出10个瞬间沿线电压分布图,沿线电压存在明显的波节和驻点。由于伊敏母线连接负荷小,变压器和线路并联电抗器对高频的阻抗大,属于末端近似开路的终端条件。最高过电压倍数随串补度和MOV电压整定值的提高而增大。假设放电回路振荡频率为600Hz,则伊冯线长约等于相应频率波长的3/4。放电回路阻尼较小时,伊敏母线近区过电压倍数可高达2.7以上,这是难以容忍的。加大回路电阻性阻尼,可使振荡很快衰减,一般将放电回路的综合品质因数Q控制在5以下,过电压持续时间和幅值可大大降低。但仍需将放电回路的具体参数与全系统运行状况统一考虑,作进一步的校核。

较低的放电回路频率通常出现在可控串补中,典型值约为200Hz。不难发现,伊冯线路长度对应在此频率下的1/4波长。因可控串补回路阻尼较弱,综合品质因数通常在50以上,过电压必然很高。以上情况说明,无论是普通串补还是可控串补，实际输电线路中都有可能形成最严重的情况。有3种抑制作用可能降低这种操作波过电压。（1）加大放电回路的阻尼(减小Q)。由于可控串补回路的参数由正常工作状态的调制阻抗和其它要求决定,仅在系统故障后,短时间作电流限制器使用,振荡电流的衰减不会很快,须引起注意;（2）线路的频率效应。EMTP的模拟计算表明,考虑频率效应后,过电压倍数仅降低5%～10%,不起实质性影响;（4）线路端部装设的并联避雷器可限制末端电压。由于实际最高电压可能不在线路末端,如对于伊冯线路,最高电压距伊敏母线20～60km,看不出避雷器的作用。早在1977年,简单间隙保护方式时,这种沿线分布的过电压现象就研究过。采用MOV保护后,尽管MOV保护的电压整定水平较低,输电线路仍然可能存在较高的分布电压。这种过电压出现在非故障线路、故障线路断路器分闸之前,所以要对回路放电后可能出现的沿线过电压引起重视,否波前0.3um以上部分最大振荡为0.02um。

5结论

a.分压器部分响应时间为2.6ns,过冲为15.6%,陡波波前畸变小。b.高压臂采用双均压屏蔽电极结构和低压臂采用补偿滤波回路,是改善方波响应特性的有效措施。c.高、低压臂采用分离方式,较好地解决了传统油浸压缩式电阻分压器存在的问题。

参考文献

[1]基于快速开关型的10kV线路串联补偿技术应用及效果分析[J].程治真,韦建波,韦碧琳,张建民,杨波.电气技术.2017(01)

[2]配电网串联补偿设备保护控制策略研究[J].刘学博,韦统振,韩立博,霍群海.电力电子技术.2014(08)

作者简介：王勇芳（1980.05），女，山西太原人，重庆大学电气工程及其自动化专业本科，助理工程师。单位：山西省电力公司检修分公司，研究方向:500kv串联补偿装置.

史敏（1988.01），女，山西太原人，山西大学电气工程及其自动化专业本科，助理工程师。单位：山西省电力公司检修分公司，研究方向:500kV变电站运行维护管理。