220kV 電力電纜線路合閘操作過電壓分析

220kV電力電纜線路合閘操作過電壓分析摘要：220kV電纜線路的過電壓，主要由開斷和關(guān)合線路斷路器引起的，在高壓電網(wǎng)中切除空載電纜線路過電壓已被限制，關(guān)合（重合）電纜線路過電壓是確定絕緣水平的主要矛盾，進(jìn)行關(guān)合電纜線路過電壓分析，并研究其過電壓的限制措施，工程實(shí)際設(shè)計(jì)施工中，考慮防范措施，降低操作過電壓水平，對電纜線路穩(wěn)定安全運(yùn)行至關(guān)重要。關(guān)鍵詞：220kV；電力電纜；操作過電壓；引言隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，電力傳輸技術(shù)也在不斷進(jìn)步，可用的線路走廊日趨緊張，電纜線路因占地面積小，對環(huán)境影響小，逐漸取代架空線路，成為城市地區(qū)電力能源運(yùn)輸?shù)闹饕?。目前?20kV電纜線路已在眾多省會城市被更多地使用，因此，電力電纜作為電力傳輸?shù)妮d體，在電力系統(tǒng)輸變電過程中作為重要的電力設(shè)備，直接影響電網(wǎng)的安全性和可靠性。高壓電纜通常是封閉的小型結(jié)構(gòu)，通常埋在地下，一旦發(fā)生故障，故障點(diǎn)的位置和維修就會面臨很大的困難。工作經(jīng)驗(yàn)表明，除機(jī)械損傷外，電纜故障主要與過電壓和電纜系統(tǒng)本身的絕緣材料和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。與此同時(shí)，對于220kV高壓電纜，接地電容比較大，特別是對于長距離電纜線路，關(guān)閉空載線路運(yùn)行過電壓不能忽視電纜的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，進(jìn)行關(guān)合電纜線路過電壓分析，對電纜的穩(wěn)定運(yùn)行和故障分析具有十分重要的作用。1電纜線路中存在的過電壓問題過電壓是指電力系統(tǒng)在一定條件下出現(xiàn)超過規(guī)定值的電壓故障。過電壓的原因多種多樣，通常分為外過電壓和內(nèi)過電壓。外過電壓也稱為大氣過電壓，這通常是由于大氣中電子對設(shè)備放電造成的。過電壓可達(dá)數(shù)百萬伏特，可能對電力系統(tǒng)中的設(shè)備產(chǎn)生重大不利影響?？赡軙?yán)重破壞電氣設(shè)備的絕緣，導(dǎo)致短路故障。內(nèi)過電壓通常由系統(tǒng)的運(yùn)行方式引起，對于220kV電纜線路引起的過電壓，主要由開斷和關(guān)合線路斷路器引起的，電力系統(tǒng)工作人員需要高度重視避免操作過電壓問題，采取措施確保電纜線路的穩(wěn)定安全運(yùn)行。2電纜線路過電壓分析220kV電纜線路相當(dāng)于一個(gè)容性負(fù)載。在斷路器開斷工頻電容電流過零熄弧后，便會有一個(gè)接近幅值的相電壓被殘留在線路上。若此時(shí)斷路器觸頭發(fā)生重燃，相當(dāng)于一次合閘，使線路重新獲得能量。電壓波的振蕩反射，使過電壓按重燃次數(shù)依次遞增。開斷220kV電纜線路過電壓具有明顯的隨機(jī)性。斷路器觸頭的重燃、重燃后電弧熄滅的角度和斷路器的同期性能等都是隨機(jī)容量，因而使這種過電壓難以進(jìn)行定量計(jì)算，大多需要借助實(shí)測統(tǒng)計(jì)。過電壓的大小尚與母線電容量、出線回路數(shù)、線路長度、電源阻抗等因素有關(guān)。但是，只要斷路器不發(fā)生重燃，這種過電壓將不會超過2倍，且這種過電壓幅值符合正態(tài)分布規(guī)律，一般不會危及電纜絕緣，造成事故。關(guān)合（重合）空載電纜線路時(shí)，電壓波行至終端產(chǎn)生反射，形成接近2倍末端電壓的過電壓。它由工頻分量和逐漸衰減的高次諧波分量迭加而成。線路重合時(shí)，由于電源電勢較高和線路上存在著殘余電壓，將使這種過電壓更高，會危及電纜絕緣，引起短路事故。影響過電壓的數(shù)值的主要因素如下：⑴工頻暫態(tài)過電壓是關(guān)合電纜線路過電壓的強(qiáng)制分量，所以影響工頻暫態(tài)過電壓的諸因素也是影響關(guān)合（重合）空載電纜線路過電壓的因素。合閘相角:合閘時(shí)，電源電壓與線路殘余電壓極性相反，尤其在合閘相角接近為0時(shí)，過電壓將最大。線路殘余電壓:斷路器開斷線路，電容電流過零熄弧時(shí)，滯留在線路上的電荷形成殘余電壓。其值與斷路器開斷性能和線路泄漏狀況有關(guān)。重合閘:永久性故障的健全相工頻過電壓比瞬時(shí)接地時(shí)要高。所以，不成功的重合閘過電壓幅值高于成功的重合閘過電壓。單相重合閘與關(guān)合空載長線相同，因?yàn)楣收舷嘣谔l后殘余電壓很小。斷路器同期性能:三相動作不同期時(shí)，因?yàn)橄嚅g耦合，會使后合閘相上的殘余電壓增加10%-30%。3電纜線路過電壓的抑制措施限制開斷電纜線路過電壓的主要措施是采用不重燃或重燃率較低的斷路器，如六氟化硫斷路器，我國220kV及以下電網(wǎng)，六氟化硫斷路器已經(jīng)大面積普及，在開斷220kV電纜線路時(shí)重燃率較低。另一個(gè)主要措施是在斷路器加裝分閘并聯(lián)電阻，并聯(lián)電阻在開斷過程中短時(shí)接人回路，可以泄放殘留電荷、降低恢復(fù)電壓，從而避免重燃或降低重燃過電壓。由于在超高壓電網(wǎng)中切除空載電纜線路過電壓已被限制，關(guān)合電纜線路過電壓成為確定絕緣水平的主要矛盾。在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)對此類過電壓的分布進(jìn)行預(yù)測。預(yù)測時(shí)的條件可考慮:線路斷路器合閘前，電源母線電壓為電網(wǎng)最高工作電壓:成功的三相重合閘前，線路受端曾發(fā)生單相接地故障:非成功的三相重合閘時(shí)，線路受端有單相接地故障。限制關(guān)合(空載電纜線路過電壓的措施如下：降低工頻暫態(tài)過電壓:限制工頻暫態(tài)過電壓的措施，也是限制關(guān)合空載長線過電壓的措施。削弱線路殘余電壓:采用單相重合閘能夠避免殘余電壓的影響;線路上若裝有電磁式電壓互感器，殘余電荷可在0.04s以內(nèi)基本泄入大地;斷路器若裝有數(shù)千歐中值分閘并聯(lián)電阻，會在開斷過程中給殘余電荷提供個(gè)泄漏途徑;采用同期性能好的斷路器，可減少相間耦合電壓。在進(jìn)行合閘前，將線路兩端的接地開關(guān)閉合，以降低線路的殘余電位，以降低合閘過電壓水平。同步合閘:合閘過電壓隨著合閘相角的增大而減小，因此在進(jìn)行合閘操作時(shí)，應(yīng)盡量保證合閘相角接近90°，以降低合閘過電壓。通過自動控制裝置，實(shí)現(xiàn)斷路器的斷口間無電壓合閘，使暫態(tài)過程降低到最微弱的程度，這種措施費(fèi)用昂貴一般不采用。⑷采用帶合閘電阻的斷路器:這是限制合閘過電壓的主要也是最有效的措施，合閘過程是先合輔助觸頭后合主觸頭。兩個(gè)階段對阻值的要求是不同的。在合輔助觸頭時(shí)的第一階段，電阻對振蕩起阻尼作用，使過渡過程中的過電壓最大值有所降低，電阻阻值越大，過電壓就越小，所以希望選用較大的阻值；合閘的第二階段，將電阻短接，使線路直接與電源相連，完成合閘操作。在第二階段，電阻阻值越大，過電壓也越大，所以希望選用較小的阻值。統(tǒng)籌考慮在某一適當(dāng)?shù)碾娮柘驴蓪⒑祥l過電壓限制到最低。裝設(shè)合閘電阻后，電阻消耗了合閘的高頻能量，平滑了波形，顯著降低了合閘過電壓。⑸采用磁吹避雷器或氧化鋅避雷器做為后備保護(hù)。合閘過電壓往往延續(xù)數(shù)個(gè)半波，對于有間隙的避雷器，可能會多次動作，應(yīng)注意校驗(yàn)其通流容量。結(jié)束語在高壓電網(wǎng)中切除空載電纜線路過電壓已被限制，關(guān)合電纜線路過電壓成為確定絕緣水平的主要矛盾，為了減輕操作過電壓對電氣設(shè)備絕緣的影響，延長電纜的使用壽命，提出了合閘過電壓防范措施，可有效地抑制操作過電壓，防止送電過程中可能發(fā)生的絕緣擊穿現(xiàn)象。建議工程設(shè)計(jì)施工時(shí)，對于220kV電纜線路可考慮以上防范措施，實(shí)際操作中在合閘操作之前，盡可能合上線路兩端的接地開關(guān)，以降低電纜線路的殘余電位，降低操作過電壓水平。參考文獻(xiàn)陳文堅(jiān).配電線路過電壓保護(hù)探討[J].科技風(fēng),2020(12):181.鄭一鳴，劉石，劉浩軍，曹俊平，李晨，蔣鵬，楊勇.220kV電力電纜線路合閘操作過電壓分析[J].高壓電器,2020,56(04):153-15