林曦 
摘要：分析了空載長線路電容效應(yīng)產(chǎn)生原因，對工頻過電壓升高進行了理論計算，并對其影響因素及應(yīng)對措施進行了分析。
關(guān)鍵詞：工頻過電壓；電容效應(yīng)；空載長線；理論計算
Abstract: the author analyzes the idling long the capacitance effects reason, thanked the increased frequency theory overvoltage calculation, and its influencing factors and its measures are analyzed.
Keywords: industrial frequency overvoltage; Capacitance effects; No-load long term; Theoretical calculation


中圖分類號：TM933.21    文獻標識碼：A      文章編號：
1 引言
電力系統(tǒng)的內(nèi)部過電壓的能量來源于系統(tǒng)本身的系統(tǒng)參數(shù)變化或配合不當，所以其幅值于系統(tǒng)標稱電壓成正比。一般將內(nèi)部過電壓幅值與系統(tǒng)最高運行相電壓幅值之比，稱為內(nèi)部過電壓倍數(shù)Kn，表征過電壓的高低。
內(nèi)部過電壓分為兩大類，即因操作或故障引起的瞬間電壓升高，稱為操作過電壓；因系統(tǒng)本身的電感、電容等參數(shù)配合不當,在瞬間過程完畢后出現(xiàn)的穩(wěn)態(tài)性質(zhì)的工頻電壓升高或諧振現(xiàn)象，稱為暫時過電壓。
暫時過電壓包括工頻過電壓和諧振過電壓。
2 工頻過電壓
電力系統(tǒng)中在正�；蚬收蠒r可能出現(xiàn)幅值超過最大工作相電壓、頻率為工頻或接近工頻的電壓升高，因此又稱工頻電壓升高。工頻過電壓在超高壓遠距離輸電確定系統(tǒng)絕緣水平時，卻起著重要的作用。原因有以下幾點：
工頻電壓升高的大小將直接影響操作過電壓的幅值；
工頻電壓升高的大小影響保護電器的工作條件和保護效果，例如避雷器的額定電壓是由工頻電壓升高決定的；
工頻電壓升高持續(xù)時間長，對設(shè)備絕緣及其運行性能有重大影響。例如，油紙絕緣內(nèi)部游離、污穢絕緣子閃絡(luò)、鐵芯過熱、電暈及其干擾等。
在我國超高壓系統(tǒng)中，要求線路側(cè)工頻過電壓不大于最高運行相電壓的1.4倍，母線側(cè)不大于1.3倍。
    空載線路電容效應(yīng)引起的工頻電壓升高、不對稱接地和突然甩負荷均能引起工頻過電壓。本文著重對空載線路電容效應(yīng)引起的工頻電壓進行分析。
3 空載長線路電容效應(yīng)

圖1 均勻長線分布參數(shù)特性
  如圖1所示，當線路末端空載時，一定條件下，首端的輸入阻抗為容性，計及電源內(nèi)阻抗的影響（感性）時，由于電容效應(yīng)不僅使線路末端電壓高于首端，而且使線路首、末端電壓高于電源電動勢。即空載線路上的電壓高于電源電壓，這就是空載線路的電感一電容效應(yīng)所引起的工頻電壓升高，簡稱電容效應(yīng)�？蛰d長線路的電容效應(yīng)引起工頻電壓升高，可能導(dǎo)致超高壓輸電線路中的設(shè)備因高壓竄入二次系統(tǒng)造成保護失靈，變電站的高抗及其附屬設(shè)備損壞，甚至造成電網(wǎng)或設(shè)備的重大事故。
在電容效應(yīng)的理論計算中，一般設(shè)三相線路均勻、對稱，并不考慮大地回路的影響，再略去線路電阻Ro、對地電阻Go。
4 500kV蓄北線電容效應(yīng)分析及對策
  500kV蓄北線于1993年5月10日投產(chǎn)，原名蓄羅線。在2000年8月7日改建接500kV北郊站更名為蓄北線，連接廣州抽水蓄能電廠和500kV北郊站。線路全長102.017公里，全線有220基桿塔,三相導(dǎo)線采用四分裂LGJ300/40*4型導(dǎo)線水平排列。在發(fā)電機組檢修或者系統(tǒng)“填谷”時段，線路電流為零或很小，都可以視為空載狀態(tài)。因此，應(yīng)進行電容效應(yīng)引起的工頻電壓升高的計算校驗，以保證變電站內(nèi)的電氣設(shè)備能安全地穩(wěn)定運行。
    在線路末端開路情況下，應(yīng)用入口阻抗概念，線路末端開路時示意圖如圖2所示：

圖2 線路末端開路時示意圖
   電源容量為有限，即XS0，空載線路末端電壓對于電源電勢的升高，其末端電壓的升高采用下式計算式：
     （1）
     U2為線路末端電壓，E為電源電動勢；a為相位系數(shù)，取a=0．06／KM；l為線路長度，本線路取l=102 km；Xs為電源漏抗，上級電源的阻抗標幺值為4．657，折算后Zc=67.58Ω；Zc為波阻抗，經(jīng)計算Zc=425.69 Ω。從公式中可以看出，電源漏抗的存在加劇了線路末端電壓的上升，因為線路電容電流流過電源漏抗所產(chǎn)生的電壓升高，使線路首端電壓U，高于電源電動勢E，相對來說，線路的電容電流增大了，長線路的電容效應(yīng)更趨于嚴重，或者說電源漏抗的存在，相當于增加了線路的長度。

圖3 空載無損長線末端電壓升高與線路長度的關(guān)系
對于單電源供電線路，估計最嚴重的工頻電壓升高，應(yīng)取最小運行方式時的電源漏抗值為依據(jù)。對于雙電源供電線路，線路兩側(cè)斷路器必須遵循一定的操作順序：線路合閘時，先合電源容量較大的一側(cè)，后合電源容量較小的一側(cè)；線路切除時，先切電容量較小的一側(cè)，對于500kV蓄北線，操作時應(yīng)遵循此原則。
經(jīng)過計算，500kV蓄北線U/E=1.023,低于超高壓系統(tǒng)中規(guī)定線路側(cè)工頻過電壓不大于最高運行相電壓的1.4倍的要求，因此不必采取相關(guān)限制措施。
    假如經(jīng)計算，工頻電壓升高值超過規(guī)范要求，則應(yīng)采取措施予以限制。其中最直接的方法就是在變電站的高壓側(cè)或低壓側(cè)增設(shè)并聯(lián)電抗器，利用并聯(lián)電抗器補償電容電流，削弱線路的電容效應(yīng)。                
                           
                                圖4 線路末端加裝電抗器
    如圖4所示，此時，，可得
          （2）
與式（1）相比，線路末端加裝并聯(lián)電抗后，線末電壓U2明顯下降。并聯(lián)電抗器組的容量對空載長線路容性無功功率的比值稱為補償度，此值通常在60%左右。值得注意的是，當線路負荷加重后，應(yīng)及時退出并聯(lián)電抗器，以減少電能損耗。
參考文獻：
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