Page 16 - 电力与能源2021年第六期

6 2 4 王卿玮, 等: 城网 500kV 电缆与气体绝缘金属封闭输电线路操作过电压计算分析及比较

计算正常有计划的合闸操作, 即合闸后, 线路各点
电压由零值过渡到考虑电容效应后的工频稳态电
压值的过程中出现的合闸过电压。在计算空载线
路合闸操作过电压时, 考虑断路器随机合闸 100
次, 取每次合闸三相中最高的过电压值进行统计,
记录 100 次操作中出现概率为 2% 的过电压。根
据典型断路器性能参数, 断路器三相合闸最大时
差在 5ms以内。电缆线路和 GIL 中部均不会发
图 2 GIL 结构示意图
生相间绝缘击穿, 因此仅计算相对地过电压统计
径) 170mm ; XLPE 相对介电常数 2.300 ; 三角形
值。线路长度分别为 15km 和 20km 的双拼电
排列; 正序、 零序电容 0.232 μ F / km 。
缆和 GIL 空载合闸统计过电压情况如表 1 所示。
( 2 ) 500kV GIL 。根据国内厂家生产的 GIL
在表 1 中, 统计过电压( 2% ) 为 100 次操作中出现
产品, 500kV GIL 典型参数: 截面 2500mm ; 导
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概率不超过 2% 的过电压值, 统计最高过电压为
体外径 140mm ; 导体厚度 15mm ; 壳体外径 516
100 次操作中出现的最高过电压值。
mm ; 壳体厚度 8mm ; 绝缘介质 SF 6 SF 6 相对介 表 1 空载线路合闸过电压统计值( 标幺值)
,
电常数 1.002 ; 上中下排列; 正序、 零序电容 0.043 2×2500 截面电缆 GIL 线路
线路长度 / 统计测量
μ F / km 。 位置 统计过 统计最高 统计过 统计最高
km
电压( 2% ) 过电压 电压( 2% ) 过电压
3 操作过电压计算 线路首端 1.80 1.80 1.75 1.75
15 线路中间 1.83 1.84 1.83 1.83
3.1 计算条件 线路末端 1.85 1.85 1.85 1.86
( 1 ) 采用 ATP-EMTP ( 55 版) 程序进行操作 线路首端 1.79 1.80 1.75 1.75
20 线路中间 1.84 1.84 1.85 1.85
过电压计算。 线路末端 1.86 1.87 1.88 1.88
( 2 ) 考虑到 500kV 电缆( 2500mm 截面) 的
2
从表 1 可见, 线路长度为 15km 和 20km 的
输送容量约 170 万 kVA , 500kV GIL 的输送容 双拼 2500mm 截面电缆与 GIL , 在线路的统计
2
量一般可达 340~430 万 kVA 。为使 500kV 电 过电压值均能够控制在 2.0 ( 标幺值) 的标准范围
缆线路的输送容量与 GIL 相匹配, 考虑采用双拼 内。双拼电缆和 GIL 的统计过电压值和变化趋
2500 mm 截 面 电 缆, 2 回 电 缆 仅 在 首 末 两 端 势较为接近, 均呈现线路首端最低、 末端最高的特
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并联。 点, 其中线路首端 GIL 的统计过电压低于双拼电
( 3 ) 参照国内典型大城市电网运行情况, 按系 缆, 在线路中间和线路末端二者的计算结果非常
统侧等值电压源电压为 515kV 、 系统侧 500kV 接近。长度为 20km 的双拼电缆和 GIL 的统计
短路电流水平为 60kA 进行等值。 过电压值与 15km 线路非常接近, 总体略高于 15
( 4 ) 参照国内典型大城市电网 500kV 电缆
km 线路的统计过电压值。
3.3 空载线路分闸重燃过电压
运行实际, 按电缆与 GIL 长度分别为15km 和20
km 计算分析操作过电压情况, 电缆按 PI模型、 如断路器不发生重燃, 空载线路分闸时系统
中不会出现操作过电压, 但在考虑断路器重燃的
集中参数进行模拟, 分为 6~8 段、 每段 2.5km
开展仿真计算。 情况下, 系统中可能出现很高的操作过电压。因
( 5 ) 考虑在变电站 500kV 母线和线路首末 目前断路器的性能较好, 发生多次重燃的可能性

端均 加 装 避 雷 器, 避 雷 器 型 号 采 用 Y20W-444 / 较小, 本文仅讨论断路器一次重燃的操作过电压
1106 , 参数参照国内厂家的该型号避雷器典型技 情况。在仿真计算中, 假设断路器一相在端口电

术参数。 压最大时发生重燃, 并在该相电流过零点时熄弧。
3.2 空载线路合闸过电压 因电缆和 GIL 中部均不会发生相间绝缘击穿, 仅
电缆线路和 GIL 的接地故障多是永久性故 计算母线、 线路相对地过电压值以及断路器断口
障, 不考虑重合闸操作。空载线路合闸过电压只 的过电压值。 500kV 系统的相对地操作过电压