500 kV单相重合过程中的潜供电流

　　 500 kV单相重合过程中的潜供电流 结合神侯线500kV线路C相故障，分析单相重合过程中出现潜供电流的原因，及针对潜供电流采取的措施。 关键字： 500kV电力系统潜供电流重合闸　　在电力系统中，输电线路（特别是架空线路）最容易发生故障，因此，保证输电线路安全运行是很重要的。运行经验表明，架空线路的故障大都是暂时的，当故障线路被迅速断开之后，电弧即行熄灭，故障点的绝缘强度重新恢复，因此在线路被断开后进行一次重合闸，就有可能大大提高供电的可靠性。
　　
　　 110kV及以下线路大多采用三相一次重合闸，根据运行经验，110kV以上的大接地电流系统的高压架空线路上，短路故障中70%以上是单相接地短路，特别是220kV以上的架空线路，由于线间距离大，单相接地故障高达90%左右。在这种情况下，如果只把发生故障的一相断开，然后再进行单相重合闸，而未发生故障的两相在重合闸周期内仍然继续运行，就能大大提高供电的可靠性和系统并列运行的稳定性。因此在220kV以上的大接地电流系统中，广泛采用了单相重合闸。500kV输电线路和变电站的绝缘在500kV整个输变电工程造价中占的比重较大。为提高输变电的传输能力，降低操作过电压水平，在500kV输电线路上优先采用单相重合闸是基本措施之一。在绝缘配合中，对220kV电网一般以雷电过电压决定系统的绝缘水平，在超高压电网中，操作过电压起主导作用。220kV单相重合闸可以不考虑潜供电弧持续燃烧的现象，500kV系统则不同，500kV充电功率比220kV线路约大8倍，为平衡无功限制内部过电压，长距离500kV线路往往采用专门的限压措施，如加装并联电抗器等。事物都是一分为二的，单相重合闸过程中出现的非全相运行状态对保护的影响，以及单相重合闸过程中出现的潜供电流，是220kV以上的架空线路采用单相重合闸需要考虑的因素。
　　
　　 1神侯线掉闸分析
　　
　　 1993年，山西太原供电公司神侯线500kV线路C相故障，神头二厂5031断路器与侯村变电站5012断路器C相掉闸、故障两侧均重合不成功三相掉闸，在此同时，故障两侧的WDS-ZB故障录波器动作，录下了神侯线掉闸的全过程，从录波图图1看，神侯线85#塔发生C相放电，是瞬间故障，但重合不成功。
　　
　　 图1事故过程两侧录波图
　　
　　 从图1神头二厂录波图可以看出，故障开始为C相接地故障，神二500kV线路C相电压降为116.5kV，A、B相电压值基本上为正常值，C相电流达7.1kA，A、B相电流很小。事故开始经50ms后，C相断路器跳闸，经1090ms后，C相断路器重合，重合后又经80ms，三相全跳。在此非全相期间，A、B相电压基本正常，C相电压近似为零。三相跳闸后，A、B相电压变为不固定电压，C相电压仍接近为零。又经50ms后，C相电压也变为不固定电压，并且数值较大。 从图1侯村侧录波图中看出，故障开始为C相接地故障，候村500kV母线C相电压为114kV，C相电流为1.76kA，A、B相电压和A、B相电流同神头电源侧。故障开始经60ms后，C相断路器跳闸，经770ms后，C相断路器重合，重合后又经50ms后三相跳闸。在此非全相期间，A，B相电压基本正常，C相电压近似为零，三相跳闸后，经350ms，A、B相电压变为不固定电压，又经500ms，C相电压变为不固定电压。也就是故障相两侧A、B、C三相变为不固定电压的时间和波形是相同的。通过故障相两侧录波图分析，在非全相期间，C相电压近似为零，说明由于潜供电流影响，故障点电弧未熄灭，故障相一直处于接地状态，所以故障相两侧对地电压一直很小，如果电弧熄灭，故障相两侧都有较高电压数值。神头侧三相跳闸后，经50ms，C相电压变为不固定电压，说明电弧很快熄灭，其原因是三相跳闸无潜供电流影响。从而可判断C相故障性质为瞬时性故障。重合不成功的原因主要是在非全相期间，由于潜供电流的存在，以致造成持续性的弧光接地，而使故障相两侧单相重合失败。
　　
　　 2单相重合闸过程中出现潜供电流的原因
　　
　　 2.1产生潜供电流的原因
　　
　　 在超高压远距离输电线路上，当发生单相（如C相）暂时性接地故障时，线路两侧C相的断路器跳开，故障点的短路电流虽被切断，但非故障的其他两相A、B仍处在工作状态，由于各相间存在电容，所以A、B两相将通过电容向故障点供给电容性电流。同时，由于各相之间存在互感，所以带有负荷电流的A、B两相将对故障相感应一电势，该互感电势通过故障点及相对地的电容，形成回路，因此向故障点供给一电感性电流，这两部分电流分量的总和就构成潜供电流。
　　
　　 2.2对单相重合闸的影响
　　
　　 由于潜供电流的存在，从而使短路处的电弧不能很快自灭。如果采用快速单相重合闸，这将又一次造成持续性的弧光接地，而使线路单相重合失败，此次神侯线单相重合失败，就属这种情况。这样就直接影响到输电线路的正常运行。因此，单相重合闸的时间必须充分考虑潜供电流的影响。当潜供电流熄灭瞬间，故障相短路处的对地电压即为持续弧光的恢复电压，恢复电压不宜过大，如果太大可能再一次出现弧光接地。
　　
　　 2.3潜供电流及恢复电压的计算
　　
　　 潜供电流大小与线路参数有关。一般来说，线路电压越高，负荷电流越大，潜供电流也越大。由于潜供电流的存在，故障点电弧不易熄灭，使单相重合延时。当采用快速单相重合时，可能使单相重合失效而跳开三相断路器。
　　
　　 为了简化计算，假设输电线路的中性点直接接地，当一相发生故障被切除后，其他继续工作的两相之间仍保持120°的相位差。忽略输电线路的电阻和电导，以及非故障相上的自感和对地电容，并认为非故障相上沿线各点的电压和电流均保持恒定。潜供电流包括两个部分：即由非故障相上的电压，通过非故障相与故障相间的电容，引起的电容分量；和由非故障相上的工作电流，及相间互感引起的电感分量。潜供电流的持续时间不仅与其数值大小有关，而且与故障电流大小、故障切除时间、弧光长度、以及故障点风速等因素有关。
　　 3对潜供电流采取的措施
　　
　　 利用架空地线，减小潜供电流的电感分量，健全相通过互感耦合，在故障点及在架空地线上产生的电感性电流，方向相反而互相抵消。
　　
　　 将超高压输电线路并联电抗器中性点，经一小电抗接地。适当选择小电抗值，利用相间及对地电感补偿高压输电线路上相间及相对地电容。
　　
　　 线路并联电抗器采用三角形接线，潜供电流主要是由非故障相通过相间电容和相对地电容所形成。输电线路上一般接有高压并联电抗器，通常为星形接线。如果并联电抗器接为点接线，就可以利用非故障相通过相间电抗产生的电流，抵消非故障相通过相间电容产生的电流。从而减小潜供电流，加速潜供电弧的自灭。
　　
　　 这些措施的作用是有限的，因受到电容分布参数与电抗器集中参数、短路点位置不同等因素的影响。所以在实际应用中，正确整定单相重合闸时间，是至关重要的。常规单相重合闸时间的整定是确定一个固定数值，当单相跳开后，以此固定时间进行重合，不考虑故障点故障是否还存在。本文建议根据故障点电弧熄灭时间，动态确定重合闸时间。
　　
　　 4单相重合闸时间的选择
　　
　　 根据整定计算确定线路最长允许非全相运行时间，作为单相重合闸的最大允许时间。
　　
　　 利用线路两侧电压的大小，区分故障是否存在。此电压称为Uz，Uz的整定必须大于潜供电流存在时两侧的最大残压。
　　
　　 理论计算和实践证明，像神侯线这样长度的线路残压不大于额定电压的10%，而电弧熄灭后的电压至少大于额定电压的25%，故一般选取Uz为额定电压的15%或20%。当故障线路两侧电压大于Uz时，再通过一个时间t（t等于绝缘恢复时间减去断路器合闸时间）发出重合脉冲允许重合。如果非全相时间超过最大允许时间，就切除另外两相。国内外许多电力系统都是由实测试验来确定。
　　
　　 参考文献
　　
　　 [1]山东工学院，电力系统继电保护，水利电力出版社，1997.