传递--潜供电流

第27卷第1期2010年2月现 代 电 力M odern Electric Pow erV o l 27 N o 1F eb 2010文章编号:1007-2322(2010)01-0001-05 文献标识码:A 中图分类号:T M 721 1特高压输电线路潜供电流影响因素的研究刘 玉,文 俊(华北电力大学电气与电子工程学院,北京 102206)Influencing Factor Analysis of Secondary Arc on UHV Transmission LinesLiu Yu,Wen Jun(Scho ol o f Electr ical and Elect ronic Engineering ,N o rth China Elect ric Po wer U niver sity,Beijing 102206,China)摘 要:为了研究潜供电弧的熄弧时间,提高单相自动重合闸的成功率,对影响潜供电弧的参数进行了理论分析,并利用电磁暂态仿真软件PSCAD /EMTDC 建立了输电线路发生单相接地故障后,模拟电弧发展的模型,并以晋东南-南阳-荆门1000kV 特高压交流试验示范工程为例,分析了影响特高压输电线路潜供电流的因素,其中包括导线布置方式、线路换位方式、线路输送容量、线路的结构等。

本文的分析结论将为减少潜供电流的方法提供理论依据,对将要建设的特高压输电线路有重要的参考意义。

关键词:潜供电流;输电线路;潜供电弧;耦合;特高压Abstract:To study the secondary arc extinction time and en -sure the success of the single -phase automatic reclosing,the secondary arc parameters are theoretically analyzed,and an arc model is built to simulate the transmission line fault af ter the single phase grounding by use of the electrom agnetic transient simulation softw are PSCAD/EMTDC.The Jin dongnan -Nanyang -Jingmen U HV (U ltra High Voltage)AC transmission lines item is used as an example.Factors influ -encing the secondary arc current are analyzed,such as line arrangement,conductor transposition,transmission capac-i ty,line structure and so on.Simulation results are consistent with the theoretical analysis.The conclusions can off er ref -erences to the under construction UHV projects.Key words:secondary arc current;transm ission line;sec -ondary arc;coupling;UHV0 引 言输电线路故障90%以上是瞬时单相接地故障,为提高供电可靠性,单相自动重合闸得到了广泛应用[1]。

关于超高压输电线路的潜供电流研究郝亚丽摘要：电力系统具有供应范围广、装载容量大、电压等级高等特点，因此要深入了解高压输电线路的潜供电流特性，找到相应的对策，确保高压输电线路能正常运作，从而保障供电安全。

本文就超高压输电线路的潜供电流进行简单的阐述。

关键词：超高压；输电线路；潜供电流；研究500kV电压等级的输电系统中性点一般采用直接接地方式。

如果线路上发生瞬时性单相（假设为L1相）接地故障，便会形成电流回路，此时故障相将形成很大的短路电流，导致继电保护装置动作，断路器单相跳闸，位置由合变分；L1相的断路器经固定延时后重合，位置由分变合。

在断路器的L1相断开期间，非故障的L2和L3两相线路及相邻输电线路对故障线路L1相的静电耦合和电磁耦合作用，使得L1相会持续保持有短期的潜供电弧。

潜供电弧使得短路回路的电弧通道去游离过程受到阻碍，降低了断路器顺利单相重合闸的成功率。

因此，故障切除后潜供电弧的大小对于单相重合闸时间的选定和合闸的成功率有着关键影响。

1高压输电线路潜供电流的物理特性分析1.1单相重合时间分析对于单向重合，其时长设置得越短，就越利于维持系统的稳定性。

在一定储存条件内，如果重合时长缩短，那么能传输的功率就会加大。

如果重合闸的时长大约在0..3～0.6s，那么属于快速重合；如果该时长为0.7～1s以上，那么属于慢速重合。

根据运算可看出，在单回50kV的高压线路中，0.6s的单相快速重合能把线路传送功能提升约16%。

而在双回或回路更为复杂的高压线路中，单相快速重合的重要性会减小。

投入单相重合后，约0.02s时继电保护装置会停止工作，从而使断路器的线圈带电；0.0.4～0.06s后，线路两端断路器会进行分闸，主触头会断开，系统短路切除；0.02s后，断路器的分闸电阻断开，从而将系统和故障线路彻底分离；经0.2s，潜供电弧自动熄灭；0.04～0.06s后，潜供电弧的弧道结束游离状态；0.1s后，系统两端断路器会接收到闭闸讯号，线圈通电；0.2～0.25s 后，断路器合闸，投入电阻；经0.2s，合闸电阻会完全退出，系统重新接收电流，回复到常规运行状态。

电容效应（法拉效应）：空载长线末端电压高于首端电压的现象潜供电流：在超（特）高压输电线路运行中，时常会发生因雷击闪络等原因所产生的单相电弧接地故障。

在具有单相重合闸的线路中，当故障相被切除后，通过健全相对故障相的静电和电磁耦合，在接地电弧通道中仍将流过不大的感应电流，称为潜供电流或二次电流灵活交流输电系统FACTS的主要特点是以大功率晶闸管部件组成的电子开关代替现有的机电开关，能自如地调节电网电压、功角和线路参数，使电力系统变得更加灵活可控、安全可靠，从而能在不改变现有电网结构的情况下提高其输送能力，增加其稳定性。

静止无功补偿器SVCSCADA系统是电力系统调度自动控制系统，具有对电力系统运行状态的监视（包括信息的收集、处理和显示），远距离的开关操作，自动发电控制及经济运行，以及制表、记录和统计等功能。

它可将电网中各发电厂和变电所的有关数据集中显示到模拟盘上，使整个电力系统运行状态展现在调度员面前，及时将开关变化和数值越限报告给调度员。

过电压倍数K：内过电压的幅值与电网该处最高运行相电压的幅值之比。

自然功率P n=U12/Z c在传输功率等于自然功率条件下线路任意点的电压均与首末端电压相等。

谐振过电压：因系统的电感、电容参数配合不当，出现的各种持续时间很长的谐振现象及其电压升高，称为谐振过电压。

电气一次接线：发电厂和变电站中的一次设备，按其功能和输配电流程，连接而成的电路称为电气主接线，也称为电气一次接线或一次系统。

二次接线（二次回路）：将二次设备按照工作要求，互相连接、组合在一起所形成的电路。

二次电气设备一般包括控制和信号设备、测量表计、继电保护装置及各种自动装置等 ,它们构成了发电厂和变电所的二次系统。

近后备保护：在保护安装处的主保护拒动时动作的保护称为近后备保护。

工频电压升高：电力系统在正常运行或故障时可能出现幅值超过最大工作相电压、频率为工频或接近工频的电压升高，称为工频电压升高。

电力系统远动：为了保证整个系统稳定、可靠、安全、经济地运行，必须对全系统进行统一的调度、控制和管理。

潜供电流影响因素的研究栾鹏飞;李含善【摘要】The paper considers that the combustion time of secondary arcsin the extra-high voltage transmission lines is long, if these arcs can not be extinguished in time, the single-phase automatic reclosing would be failed; thus it has bad effect on the power supply security and system stability. Therefore, this article derives calculation formulas of inductance on neutral of shunt reactors which restrain secondary arc current and the calculation formulas of capacitance, inductance and total secondary arc current by using the circuit theory. These formulas can accurately compute the secondary arc current on short distance single circuit transmission lines. The paper uses simulation software Matlab to analyze the influences of the distance between lines and compensation scheme on the secondary arc current.%本文考虑到线路中由于超高压输电线路的潜供电弧燃烧时间长,如果不能及时熄灭,将造成单相自动重合闸失败,从而影响供电安全和系统稳定.为此本文首先通过电路理论推导出抑制潜供电流的并联电抗器中性点小电抗以及潜供电流的容性、感性以及总潜供电流计算公式,以便精确计算短距离单回输电线路的潜供电流.本文利用仿真软件Matlab仿真分析了线间距离以及不同的补偿方式对潜供电流的影响.【期刊名称】《三峡大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(033)004【总页数】4页(P47-50)【关键词】潜供电流;并联电抗器;补偿方式【作者】栾鹏飞;李含善【作者单位】内蒙古工业大学电力学院,内蒙古呼和浩特010051;内蒙古工业大学电力学院,内蒙古呼和浩特010051【正文语种】中文【中图分类】TM723据统计,超高压输电线路的故障90%以上是单相接地故障[1],而单相接地故障中有大部分是瞬时性故障.研究表明,单相自动重合闸是否成功在很大程度上取决于故障点的潜供电流大小和恢复电压幅值及其上升速度.由于特高压输电线路电压高,线路长,相间电容和互感数值大,导致潜供电弧燃烧时间较长,使单相自动重合闸的成功率大幅降低,对系统危害大.1 潜供电流在超高和特高压电网中,为了限制空载线路重合闸过电压,常采用单相重合闸操作.当系统的一相因单相接地故障而被切除后,由于相间互感和相间电容的耦合作用,被切除的故障相在故障点仍流过一定数值的接地电流,即潜供电流.潜供电流由容性和感性两个分量组成.对于潜供电流,我国大多采用并联电抗器加中性点小电抗的方法进行抑制.设LM、LN为并联电抗器及中性点小电抗的电感.2 潜供电流的分量2.1 潜供电流容性分量表达式本文从线路两端装设并联电抗器加中性点小电抗入手,从而推出潜供电流容性分量表达式.潜供电流容性分量的计算电路如图1所示.其中,L1、L2分别为线路首、末两端补偿时的等效相间电感(H);C0为线路单位长度相间电容(F/km);l是线路的长度.图1 无补偿时潜供电流容性分量计算电路由潜供电流容性分量的定义知,其计算公式为式中,l3为首、末端补偿的并联等效相间电感,表示为当线路首端补偿时,L3=L1;当线路末端补偿时L3=L2;当线路两端无补偿时,L1=L2=∞,则L3=∞.2.2 潜供电流感性分量表达式线路两端补偿时潜供电流感性分量计算电路图如图2所示.假设故障发生在距离首端x处.C1为故障相对地的电容(F/km);L0为线路单位长度自感(H/km),L1和L2分别为线路首、末端补偿等效对地电感(H);is L1和is L2为以故障点为界前后两端故障相线路上的感性分量(kA);eM1和eM2分别以故障点为界前后两端非故障相线路产生的感应电动势(kV).潜供电流的感性分量为is L=is L1-is L2.图2 两端补偿时潜供电流感性分量根据电路中的霍尔电流定律和叠加原理,从图中可推导出潜供电流感性分量的计算公式如下:式中,M为线路单位长度互感(H/km);X1和 X2为中间变量,分别为对于不同的补偿方式,X1和X2的表达式各不相同,具体为:线路末端补偿时线路首端补偿时则线路中潜供电流的总公式为:3 加速潜供电流熄灭的措施从国内外的输电线路运行记录统计结果看,超高压、特高压输电线路的故障90%以上是单相接地故障,而单相接地故障中有70%～80%为“瞬时性”故障.为了提高系统的稳定性和可靠性,现在的工程往往使用单相重合闸.为了使单相重合闸能够成功地动作,就要使潜供电流以及恢复电压要小.目前用于熄灭潜供电弧的方法主要有使用快速接地开关(HSGS)和并联电抗器中性点接小电抗2种.所有用于熄灭潜供电弧的方法均可归结为降低潜供电流的幅值,进而减少电弧燃烧的时间[2].本文只介绍一下用并联电抗器中性点接小电抗的方法来抑制潜供电流.3.1 并联电抗器中性点加小电抗由上述所知,故障相单相断开后,健全相与故障相之间的静电耦合在故障相的接地弧产生潜供电流的横分量,而接地磁耦合在接地弧道上形成潜供电流的纵分量.潜供电流主要取决于横分量的大小.显然,当线路上并联电抗器补偿不带中性点小电抗时,并联电抗器对相间电容不能达到近似全补偿效果,即不能有效地达到加速潜供电流熄灭的目的.而且电抗器与线路对地电容可能发生并联谐振,导致断开相出现谐振过电压.并联电抗器带中性点小电抗的补偿方式可以有效解决以上矛盾.并联电抗器中性点带小电抗接在线路中如图3所示.3.2 并联电抗器中性点小电抗的公式图3 并联电抗器中性点带小电抗接线图为了抑制潜供电流,在线路上增设了中性点带小电抗的并联电抗器.在线路上增设中性点小电抗的目的有两个:①控制潜供电流;②抑制线路谐振过电压.因此,小电抗的值一定要取恰当值,否则会引起线路发生谐振,从而影响线路的正常运行.因此,本文简单介绍中性点小电抗的取值.设LM、LN为并联电抗器及中性点小电抗的电感,其等效到输电线路侧的相间电感L12和对地电感L11分别为[2].为了完全抑制潜供电流,本文使相间电感L12和相间电容C发生并联谐振,根据电路知识求得:式中:X12=wL12,XC=1/wC.在实际工程中,为了避免产生并联谐振,通常使实际值略小于上述所求的值.4 影响潜供电流容性分量的因素影响潜供电流的因素很多,如风力及风速、空气的温度和湿度、线路换位方式及补偿方式、线路相间的距离等.本文利用仿真软件Matlab仿真分析了线间距离对潜供电流的影响.4.1 线间距离对潜供电流容性分量的影响本文以已经投运的海南联网工程为例,分析了不同的补偿方式以及线间距离对潜供电流的影响.海南联网工程采用500 kV交流架空线路与海底电缆混合输电方式,其中海底电缆长31 km,架空线路分为两段,长度分别为14.5km和127km[5].海南联网工程示意图如图4所示.由于海底电缆三相距离较远,相间基本不存在互感,以及海底电缆基本上无相间电容耦合,所以潜供电流很小.因此,本文不再考虑海底电缆这部分的潜供电流,只考虑架空线上的潜供电流.本文以港城-南岭这段的架空线为例,来介绍线间距离对潜供电流容性分量的影响.在无补偿的情况下,根据公式(8)和(9)可知,潜供电流容性分量的有效值随线间距离变化的曲线如图5所示.从图5计算结果中可知,线间距离与潜供电流容性分量成相反变化规律,线间距离越远则潜供电流的容性分量就越小.图4 海南联网工程示意图图5 无补偿时线间距离对潜供电流容性分量的影响4.2 补偿方式对潜供电流容性分量的影响潜供电流容性分量不仅受到线间距离的影响,也与补偿方式有关.不同的补偿方式对抑制潜供电流的效果是不一样的.但不同的补偿方式却对潜供电流容性分量的抑制效果差不多.潜供电流容性分量在不同补偿方式下的的变化曲线如图6～8所示.图6 首端补偿时线间距离对潜供电流容性分量的影响4.3 仿真结果分析图5给出了线路无补偿时潜供电流容性分量的大小.在线间距离为10 m时,且在线路无补偿时,潜供电流的容性分量远远大于感性分量,起主要作用.所以,潜供电流的大小约为容性分量,这样大的潜供电流使得潜供电弧燃烧时间很长,如果不及时熄灭,将造成单相自动重合闸失败,从而影响供电安全以及系统稳定.从图6和图7知,线路单端补偿(首端补偿或末端补偿)潜供电流容性分量的大小是一样的,这是因为当线路单端补偿时,只影响潜供电流的感性分量,而不影响潜供电流的容性分量.也就是说在线路有补偿(两端、末端和首端补偿)时,潜供电流的容性分量数值很小,这是因为在并联电抗器补偿度小于1时,一般按相间全补偿原则,选择小电抗使得容性分量没有回路.所以,在线路有补偿时,由于容性分量很小,线路中的潜供电流主要受感性分量的影响.5 结论研究表明,单相重合闸是否成功在很大程度上取决于故障点的潜供电流大小和恢复电压[3-4].因此,当线路发生单相接地故障时,线路中的潜供电流是不容忽视的. (1)在无补偿的情况下,潜供电流的大小主要取决于潜供电流的容性分量.但当线路处于两端补偿、首端补偿以及末端补偿时,线路中的潜供电流容性分量几乎为零.所以,这时潜供电流的感性分量起主要作用.(2)当线路处于首端补偿和末端补偿时,它们对抑制潜供电流容性分量的效果是一样的.这是因为,潜供电流的容性分量与并联电抗器的补偿位置无关.(3)线路中潜供电流的感性分量与并联电抗器的补偿方式有关,而且也与线路对地距离成反比.参考文献：[1］陈政,康义,马怡情.广东-海南交流联网工程无功补偿及电磁暂态研究[J].电网技术,2009(19):20-38.[2］Mallat S.A Theory for Multire solution Signal Decomposition:The Wavelet Representation[J].IEEE T rans.on Pattern Anal and Machine Intell,1989,11(7):674-693.[3］Anderson J G.超高压输电线路[M].北京:水利电力出版社,1979.[4］商立群,施围.快速接地开关熄灭同杆双回输电线路潜供电弧的研究[J].电工电能新技术,2005,24(2):5-6.[5］广东-海南500 kV交流跨海联网工程无功补偿及电磁暂态研究[J].电网技术,2009,33(19):1-3.。

特高压同塔双回输电线路的潜供电流李召兄;文俊;徐超;张慧媛;肖湘宁【摘要】特高压输电线路的潜供电弧燃烧时间长,如果不能及时熄灭,将造成单相自动重合闸失败,从而影响供电安全和系统稳定。

因此,有必要研究特高压输电线路的潜供电流。

本文首先归纳总结了潜供电流的各种数学计算方法及其优缺点,并指出目前特高压输电线路潜供电流研究中的不足是缺乏仿真和实测数据以及没有考虑电弧模型。

接着针对我国在建的淮南—上海1000kV特高压交流同塔双回输电工程,采用PSCAD/EMTDC软件建立了其详细的仿真模型,包含系统模型、线路模型以及电弧模型。

最后利用所建模型,对该工程潜供电流进行了仿真研究,计算了单点故障、两点故障和不同线路负载率下的潜供电流及其持续时间。

研究结果表明,该工程潜供电流不会影响单相自动重合闸的成功重合。

【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2010(000)011【总页数】8页(P148-154,163)【关键词】特高压;潜供电流;电弧模型;仿真分析;单相自动重合闸;集中参数;分布参数;二次模【作者】李召兄;文俊;徐超;张慧媛;肖湘宁【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】TM7231 引言输电线路发生单相接地故障后，保护动作使故障相两侧断路器断开。

由于故障相和健全相之间的电容和电感耦合，故障点的电弧不能迅速熄灭，弧道中仍流过不大的感应电流，此电流称为潜供电流（或二次电流），相应的电弧称为潜供电弧（也称二次电弧）。

潜供电流由容性和感性两个分量组成。

容性分量是健全相的电压通过相间电容向故障点提供的电流；感性分量是健全相的电流通过相间互感在故障相上产生感应电动势，经过故障相对地电容、并联电抗器和故障点构成的回路，向故障点提供的电流。

从国内外输电线路运行记录看，超高压、特高压输电线路故障90%以上是单相接地故障，而单相接地故障中有 70%～80%为“瞬时性”故障[1]。

为了提高系统的稳定性和供电的可靠性，我国超高压、特高压输电线路一般采用单相自动重合闸，重合时间主要取决于潜供电流持续时间和系统稳定要求[2]。