2010年IEEE电力与能源国际会议（PECon2010），2010年11月29日至12月1日，马来西亚吉隆坡
传输线操作过电压的限制
Heresh Seyedi1，Smko Golabi2 和Zaher Abam3
摘要 - 本文研究了实际传输线的开关过电压。使用电磁瞬变程序执行模拟。对伊朗的阿塞拜疆省网络进行了全面的转换瞬态研究。本研究的目的是确定UHV网络中不必要的预插入电阻，因为新策略是仅在关键时使用预插入电阻。在这项工作中提出的案例研究中，在一种情况下，不需要预插入电阻。在其他情况下，增强绝缘耐受水平时，可以省略预插入电阻。
关键词：开关过电压，传输线开关，临时过电压，预插电阻
I. 介绍
开关过电压是输电线路及其过电压保护装置设计中需要考虑的重要因素之一，尤其是在额定电压在300kV的系统中 [1]，[2]。
传统上，在线路的不同位置计算传输线的操作过电压。这是通过在适当的电力系统瞬时分析软件中对系统进行精确建模来完成的[3]，[4]。然后，将最大操作过电压与传输线的绝缘耐受水平进行比较。如果最大过电压超过耐受水平，则必须以某种方式降低。
实际的开关过电压降低方法可分为以下[2]：
插入前电阻[5] - [8]
中间避雷器[9] - [11]
受控切换[5]，[12] - [15]
减少开关过电压的传统方法是将预插入电阻与传输线路断路器并联安装。大多数断路器制造商不再推荐这种方法，因为除了成本和复杂的技术之外，其故障率有时高得令人无法接受。因此，使用这种方法时，整个系统的可靠性会降低[5]。
在沿传输线的一个或两个合适位置安装避雷器是另一种有效的限制方法。在[9]中，使用沿线的一组避雷器将实际传输线的开关过电压降低到可接受的水平。受控切换或点波切换另一种限制方法，近年来几乎普遍接受。[5]在这种方法中，断路器闭合瞬间由精确的继电器控制。以这种方式，在适当的时刻执行切换，以便最小化过电压。
多年来，许多公用事业采用的共同策略是为所有特高压输电线路使用预插入电阻。然而，由于与预插入电阻相关的成本和可靠性问题，该政策已在包括伊朗在内的许多国家进行了修订。在新策略中，预插入电阻仅安装在开关过电压可能超过绝缘耐受水平的传输线上。在这方面，对阿塞拜疆地区的400千伏输电线路进行了全面的瞬时研究，这是伊朗互联电网的重要设施之一。本文介绍了这项研究的总结。基于该工作的结果，可以解决与不必要的预插入电阻相关的许多问题。
II. 系统建模
EMTP建模的系统如图1所示。在与Tabriz 400 kV变电站相连的输电线路上从线的两端分别进行模拟进行交流研究。
对于传输线，使用JMARTI模型，该模型是频率相关模型，因此适用于切换瞬时研究[3]。所有避雷器都根据其VI特性进行了适当的建模。
III. 分析原则
EMTP中模拟网络的图示如图1所示。建模系统包括国家电网的一部分和正在研究的线路。研究输电线路开关过电压的分析原理主要是根据[1]。对于图1所示的每条传输线，一端的线路断路器闭合，而线路另一端的断路器断开，以获得最大过电压[16]。
网络分为内部和外部部分。前者包括从切换点通过所有可能的节点到下一个变电站的网络。对于本节，JMARTI模型用于建模传输线。后者通过戴维宁等效模型，其参数通过对伊朗电网的短路研究结果获得。
图1. 使用EMTP的模拟网络图
图2. 从大不里士侧切换Tabriz-Khoy3传输线的网络图
图3. 用于从Khoy3side切换Tabriz-Khoy3传输线的网络图
图2显示了用于从Tabriz变电站侧切换Tabriz-Khoy3传输线的网络。图3显示了用于从Khoy3变电站侧切换相同线路的网络。
建模中包含以下几点：
1.建模三相自动重合闸，以便于在切换时在获得最大源电压和具有相反极性的最大捕获电荷的瞬间发生闭合操作。这样，最坏的情况就是[17] - [23]。
2.在模拟结果中，1p.u.等于： kV (1)
3.切换操作在统计上执行，使用EMTP的统计开关。对于每种情况，执行t时刻的100次切换操作。t是具有均匀分布的随机变量。对于阶段A，t的平均值和标准差根据(2)。
平均值=0.05s
(2)
标准差=0.005s
4.根据图2和图3，所研究的传输线分为几个部分。使用100个随机模拟的结果计算每个部分中的过电压的平均值和标准差。这些不应与上面引用的切换时间的平均值和标准差混淆。
5.使用在步骤4中计算的平均值和标准差，并假设过电压的正态分布，根据（3）计算每个部分的统计过电压：
(3)
6.避雷器，图中的MOV元件。根据它们的VI特性对2和3进行建模。
7.根据[1]，使用(4)获得最大过电压的环境条件。
(4)
在该等式中，H是海拔高度，Ks是通常等于1.05的安全系数，并且m是从图4中所示的曲线导出的。
图4. 参数m的推导曲线
IV. 仿真结果
A.案例研究1：从Tabriz变电站切换Tabriz-Khoy3 400 kV线路
在这种情况下，根据图2，Tabriz-Khoy3 400 kV输电线路正在研究中。该线路分为10个部分，每个部分11.8公里，基于第III部分所述的原则。为了获得所有部分中的过电压的统计参数，执行100次模拟。在每次模拟中，在随机时间t时对Tabriz变电站中执行关闭操作。根据（2）选择随机变量t的平均值和标准偏差。
首先，在没有任何预插入电阻的情况下进行模拟，各区段过电压的平均值和标准差如表1所示。基于该信息，每个部分的统计过电压Vov计算并显示在表I中。
|
距离(km) |
平均值 |
标准差 |
Vov(pu) |
|
0 |
1.47.55 |
0.1456 |
1.774 |
|
11.8 |
1.607 |
0.2066 |
2.0305 |
|
23.6 |
1.7575 |
0.2839 |
2.3359 |
|
35.4 |
1.8765 |
0.3219 |
2.5364 |
|
47.2 |
1.9035 |
0.3142 |
2.5476 |
|
59 |
1.9145 |
0.3110 |
2.5521 |
|
70.8 |
1.912 |
0.2959 |
2.5186 |
|
82.6 |
1.9015 |
0.282 |
2.4796 |
|
94.4 |
1.891 |
0.2671 |
2.4386 |
|
106.2 |
1.8795 |
0.2515 |
2.3951 |
|
118 |
1.8755 |
0.2063 |
2.2984 |
表1. 阶段a中的最大操作过电压
在研究的下一阶段，所有模拟分别用100Omega;和200Omega;预插入电阻重复进行。如图5所示，预插入电阻与断路器的主触点并联安装。
图5. 带预插入电阻的断路器型号
每当断路器接收到关闭命令时，首先关闭电阻器触点。因此，预插入电阻有效地抑制了操作过电压。关闭操作后8 ms内，主触点闭合。以这种方式绕过电阻器。然后，电阻器触点在几毫秒内打开。与表1类似的表是为使用100Omega;和200Omega;预插入电阻的仿真而创建的。为了节省空间，这里没有提供表格。
这些案例的模拟结果如图6所示。在此图中，显示了三种情况下的过压配置文件：没有电阻，100Omega;电阻，最后是200Omega;电阻。
图6. 案例研究1的电压曲线
根据图6的结果可以推断，预插入电阻器有效地减少了操作过电压。
|
交换类型 |
Vov (pu) |
vov (kV) |
Ka*Ks*Vov |
距离（km） |
|
没有电阻 |
2.5521 |
875.19 |
1054.95 |
59 |
|
带有100Omega; 电阻 |
2.0399 |
699.54 |
854.24 |
118 |
|
带200Omega; 电阻 |
1.8928 |
649.54 |
795.91 |
118 |
表2. 案例研究1中沿线的最大操作过电压
表2列出了每项研究中沿线操作过电压的最大值。由于该线路的绝缘耐受等级为1050kv，因此不需要预插入电阻。虽然最大过电压为1054.95 kV，但由于研究中考虑了5％的安全裕度，因此在没有电阻的情况下可以接受这种情况。
B.案例研究2：从Khoy3变电站切换Tabriz-Khoy3 400 kV线路
本研究与案例研究相似1。但是在Khoy3变电站中，从线路的另一侧执行切换操作。该案例的网络图如图3所示。沿着线路的过电压配置文件，有和没有预插入电阻，如图7所示。
图7. 案例研究2的电压曲线
表3列出了沿线操作过电压的最大值。根据结果，Khoy3变电站需要100Omega;预插电阻。应该注意的是，虽然这条线路不需要预插入电阻器，但在Tabriz变电站中，Khoy3需要它。换句话说，同一行的研究结果可能在该行的每一端完全不同。
|
交换类型 |
Vov (pu) |
vov (kV) |
Ka*Ks*Vov |
距离（km） |
|
没有 电阻 |
2.7198 |
932.7 |
1120.37 |
59 |
|
带有100Omega; 电阻 |
2.1675 |
743.3 |
904.56 |
106.2 |
|
带有200Omega; 电阻 |
1.8527 |
635.34 |
904.56 |
106.2 |
|
电阻 |
表3. 案例研究2中沿线的最大操作过电压
C.案例研究3：从Tabriz变电站切换Tabriz-Ghayati 400 kV线路
在这种情况下，根据图2，Tabriz-Ghayati 400 kV输电线路正在研究中。该线分为10个部分，每个部分34.6公里。沿着线路的过电压配置文件，有和没有预插入电阻，如图8所示。
图8. 案例研究3的电
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