工频过电压

电力工程名词

工频过电压（power frequency overvoltage）指系统中由线路空载、不对称接地故障和甩负荷引起的的频率等于工频（50Hz）或接近工频的高于系统最高工作电压的过电压。

简介

特高压电网工频过电压主要考虑无接地三相甩负荷和单相接地三相甩负荷2种工频过电压。系统结构、电源容量、输电潮流、线路参数及线路高抗补偿情况是影响系统工频过电压的关键因素。

根据我国特高压电网的规划，在特高压交流输电通道中单段线路的长度差别较大，从几十公里到上百公里都有可能存在，且由于海拔和线路走廊的要求，有些特高压线路将会采用同塔双回和单回混合架设的方式；由于线路送端电源性质的不同，特高压系统有“厂对网”结构(送电端为电厂)和“网对网”结构(送电端为电网)之分。上述情况可能导致不同特高压系统工频过电压水平存在较大差异。

工频过电压系统

工频过电压（power frequency overvoltage）系统中在操作或接地故障时发生的频率等于工频（50 Hz）或接近工频的高于系统最高工作电压的过电压。当系统操作、接地跳闸后的数百毫秒之内，由于发电机中磁链不可能突变，发电机自动电压调节器的惯性作用，使发电机电动势保持不变，这段时间内的工频过电压称为暂时工频过电压。随着时间的增加，发电机自动电压调节器产生作用，使发电机电动势有所下降并趋于稳定，这时的工频过电压称为稳态工频过电压。产生工频过电压的主要原因是：空载长线路的电容效应，不对称接地引起的正序、负序和零序电压分量作用，系统突然甩负荷使发电机加速旋转等。限制工频过电压应针对具体情况采取专门的措施，常用的方法有：采用并联电抗器补偿空载长线的电容效应，选择合理的系统中性点运行方式，对发电机进行快速电压调整控制等等。

不同类型线路的工频过电压差异性

首先对相同系统条件下，长400 km 特高压输电线路分别采用单回架设、同塔双回架设及单/双回混合架设(分别用S、D及S&D 表示)3 种类型的工频过电压进行计算分析，结果列于表3。其中单/双回混合比例为1:1。另外，当线路采用D和S&D架设时，研究了双回运行和单回运行(分别用LD和LS 表示)2种方式，其中LS方式下，考虑了停运线路两侧接地刀闸悬空和接地(分别用LS-H 和LS-G表示)2种情况。

1）单回架设、同塔双回架设及同塔双回与单回混合架设3 种线路类型之间，线路零序电抗与正序电抗之比X0/X1 存在差异，使得同一线路长度的3种线路在单相接地甩负荷时，线路侧工频过电压数值存在差异，而无故障甩负荷母线侧和线路侧以及单相接地甩负荷母线侧过电压差别较小。

2）对于同塔双回线路，单回运行时，甩负荷引起的工频过电压比双回运行方式更为严重；单回运行方式下，停运线路两侧接地刀闸接地对工频过电压的抑制作用明显。同塔双回与单回混合架设的线路，停运线路两侧接地刀闸接地对工频过电压抑制效果应与单双回混合比例有关，在1:1 情况下，几乎没有抑制作用。

负荷时线路侧工频过电压研究结果可以看出：

1）相同系统条件下，各长度的3种架设方式的线路中，同塔双回线路的工频过电压水平最低，单回架设的线路过电压水平比其高0.1pu 左右。

2）单/双回混合架设的线路过电压水平随同塔双回所占的比例增大而减小，当同塔双回所占比例50%时，过电压水平与全线单回架设时相当；当同塔双回线所占比例>50%时，过电压水平比单回架设方式低，但仍高于同塔双回架设方式，如所占比例为83.3%时，过电压水平比其高0.05pu左右。考虑到后续特高压工程中，同塔双回线路类型应用较多，此后本文将重点针对特高压同塔双回输电系统的工频过电压特性开展研究。

线路串补对工频过电压的影响分析

1）串补对电源电势、线路输送潮流的影响。

特高压线路装设串补后，补偿了线路部分电抗，相当于缩短了线路长度，一方面，会使得线路输送潮流增加，可能带来工频过电压的增加；另一方面，使得在相同输送潮流下，送电端电源电势比无串补时要低，这对降低工频过电压又是有利的。

2）串补对接地系数的影响。

在线路发生单相接地故障后，若串补不旁路，则线路正序电抗降低，线路增加，从而导致线路单相接地甩负荷引起的工频过电压增加。但事实上，当判断为单相永久接地故障，线路三相两侧断路器跳闸的同时，会命令串补旁路开关闭合，将三相串补旁路，串补只是在旁路开关合闸的较短时间内(一般小于50ms)，对单相接地甩负荷操作过电压产生了一定的影响，而对操作过电压过后的工频过电压是不起作用的。

3）串补对沿线电压分布的影响。

对于加装串补的线路一般采取串补位于高抗线路侧的布置方式，以改善串补线路的沿线电压分布特性。当线路发生甩负荷后，将形成线路空载，此时容性无功流过串补，因此串补对线路侧电压有降低作用，但容性电流较小，作用并不明显。综上所述，串补主要影响线路输送潮流和甩负荷前电源电势，从而影响甩负荷引起的工频过电压水平。

线路设立开关站对工频过电压的影响分析

一般当输电距离超过 600 km 时，考虑在线路中间设立开关站，表示成2300 km、2350 km…。而对于该类线路，需考虑如下线路运行方式。

方式1：全线双回运行，用“LD-LD”表示；

方式2：全线单回运行，用“LS-LS”表示；

方式3：前段线路s1 双回运行，后段线路s2 单回运行，用“LD-LS”表示；

方式4：前段线路s1 单回运行，后段线路s2 双回运行，用“LS-LD”表示。

以长2300 km、2400 km 的特高压同塔双回线路为例，研究线路中间设立开关站对系统工频过电压的影响，长600 km 单段线路的工频过电压情况。高抗补偿度均按87%考虑。

可以看出：

1）由于开关站无负荷落点，此处实质是线路中间点，各种运行方式下，母线侧工频过电压水平均高于采用单段线路的情况，出现在开关站母线上。

2）线路中间设立开关站后，在全线双回及全线单回的对称运行方式下，变电站或开关站线路侧工频过电压水平与采用单段线路时基本相当。

3）中间有开关站的特高压同塔双回线路前、后两段线路不对称的运行方式，增加了线路零序电抗与正序电抗的比值，单相接地甩负荷工频过电压明显高于采用单段线路的情况。若线路较长、输送潮流较重，上述工况下的工频过电压问题可能更为突出。而实际上，从运行角度考虑，对于此类线路，当出现某段线路中的一回线退出运行时，另一段线路的两回线均在运行状态不是必要，因此可以采取全线单回的运行的方式，以避免此类不对称运行方式的出现。

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