220kV电缆线路工频过电压及操作过电压的研究

220kV电缆线路工频过电压及操作过电压的研究

潘崇杰

中山市电力工程有限公司广东中山528400

摘要：本文介绍了应用电磁暂态仿真程序EMTP对220kV电缆线路的过电压进行的研究，分析了不同排列方式和电缆截面对电缆参数的影响。研究结果表明：架空线和长距离电缆混合线路的工频过电压和分闸空载线路重燃过电压、长距离纯电缆的分闸空载线路重燃过电压均超出限值，通过采用加装220kV并联电抗器的方法予以限制。

关键词：线路；参数；排列方式；影响；操作

现今，220kV输电线路建设常常由于受到地理环境、城镇规划建设等影响，在新建或对已建线路改造过程中，220kV电缆得到越来越广泛的应用，尤其大截面、长距离的电缆。由于电力电缆具有相对于架空线很大的电容，在输电线路的末端会因空载线路的容升效应而使电压升高。再加上架空线与电缆相连，更增加了波在线路上传播的复杂性，造成了这类线路的过电压。

建立正确的模型，是进行正确的仿真计算的前提。因此，本文首先从电缆线路的参数矩阵出发，结合了中山地区某220kV桂中甲、乙线架空线改造情况，对电缆线路工频过电压及操作过电压进行了阐述。

1某改造工程工程概况

改造前：220kV桂中甲线及220kV桂中乙线输电线路为500kV桂山站至220kV中山站输电线路。其中220kV桂中甲线线路总长：20.892km，架空总长18.679km，电缆长2.195km；导线型号为2×LGJX-240/40、2×LGJX-300/40、2×LGJ-630/45，电缆截面为2000mm2。其中220kV桂中乙线线路总长：20.037km，架空总长17.5km，电缆长2.537km；导线型号为2×LGJX-240/40、2×LGJ-630/45，电缆截面为2000mm2。

因城市建设，将220kV桂中甲线#54-#57塔段与220kV桂中乙线#44-#47塔段架空线进行地埋改造，拆除原架空线路长2×0.5km，导线为2×LGJ-630/45，地线为一根LGJ-95/55及一根72芯OPGW。架空改地埋敷设双回路电缆长0.9km，电缆截面为2000mm2。

2电缆参数

2.1电缆结构

研究用的220kV交联聚乙烯电缆结构图见图1，由优化物资要求选择常用220kV电缆截面进行论述。

当前220kV优化物资选择截面有1600mm2、2000mm2、2500mm2。当电缆线路长度较长（大于1km）时，应将电缆均匀分割成3段或3的倍数段，采用金属护套交叉互联的接地方式。

2.2电缆排列方式

不同的电缆排列方式会影响到各相导线之间的电磁交链和静电感应，进而影响到电缆的电气参数。常见双回路电缆排管布置方式有水平布置、垂直布置和品字形布置三种。

2.3排列方式对电缆参数的影响

根据地区发展及实际情况，电缆排列方式参数分析采用地下排管垂直布置、水平布置和品字形布置来分析。在EMTP中建立了电缆参数的计算模型，对不同排列方式的电缆参数分别进行分析研究，并将电缆矩阵参数转化为电缆序参数，计算结果如表2所示。

由表1可以看出：电缆在水平排列下电缆的正序电阻比垂直排列和品字形排列的电缆正序电阻大了约56%，增加了电力系统正常运行时的电能损耗；但当采用这种排列方式时，电缆的正序电抗比垂直排列和品字形排列下的电缆正序电抗小了约13%，即其自然输送功率较大，当输送相同潮流时，水平排列方式的线路的电压降落较低；电缆在不同的排列方式下的电容参数基本相等，即电缆线路的充电功率基本相同，且电缆电路的正序电容和零序电容基本相等。

3工频过电压

3.1纯电缆线路

产生工频过电压的主要原因是空载线路的电容效应、不对称接地故障、发电机突然甩负荷等。对于短路容量较大的系统，发电机突然甩负荷的影响不大，因此只计算空载线路的电容效应和不对称接地故障引起的工频过电压。

经过大量的仿真分析后发现，系统小方式运行、双回线路中非故障回线路停运状态下，纯电缆线路的电容效应更为严重，并且线路侧的工频过电压高于母线侧。因此在研究电缆参数对工频过电压的影响时主要以这种运行状态对线路侧工频过电压进行分析。

3.2架空线和电缆混合线路

架空线路的电感比较大，而电缆线路的电容比较大，因此架空线和电缆混合线路的过电压情况较为复杂。本文仿真计算中，架空线导线型号为导线型号为2×LGJ-630/45；地线为一根LGJ-95/55及一根72芯OPGW，同塔双回架设，呼高为39m，档距为330m，大地电阻率取50Ω·m，导线按照逆相序排列。

假定混合线路总长度为50km，计算了不同电缆线路长度下，各种运行方式对工频过电压的影响。可以得出，空载端在电缆线路侧大于空载端在架空线侧，这是由于电缆电容电流全部流经架空线，在感抗上形成的压降较大；混合线路大于纯电缆线路；非故障回路停运大于非故障回路运行，当非故障回路停运时，单相接地故障工频过电压的幅值超过了1.3p.u.，对避雷器的安全运行造成威胁，需采取过电压限制措施。

4操作过电压

电力系统中可引起操作过电压的情况有很多种。经研究计算，对于220kV电缆线路，分闸空载线路重燃过电压幅值较高，所以主要以分闸空载线路重燃过电压来考虑绝缘水平。

4.1纯电缆线路

根据工频过电压的计算结果可以知道，当线路的非故障回停运时候，系统的过电压水平较高，因此本节只研究非故障回停运状况下的分闸过电压情况。

假定电缆截面2500mm2、电缆垂直方式排列，计算不同电缆线路长度下，纯电缆线路的分闸空载线路重燃过电压。

从表2可以看出：纯电缆线路相-地分闸过电压在规程规定范围之内，不会对设备造成绝缘危害；断路器的断口电压和相间过电压较高，当电缆线路长达到20km及以上时，断口过电压超过了4.1p.u.，极易造成多次重燃，对设备的绝缘造成严重威胁，建议采取必要的限制措施。

为限制分闸空载线路重燃过电压，同时补偿长距离电缆线路容性无功功率，工程设计中通常加装220kV并联电抗器。

4.2架空线和电缆混合线路

对10、15km电缆与不同长度架空线混合线路，分别计算了分闸空载线路重燃过电压，计算结果见表3。从表3可以看出：混合线路切空线重燃时，断路器断口电压比纯电缆线路低，而相-地分闸过电压和相间过电压比纯电缆线路高。对于含有长距离电缆线路的混合线路，电缆长度和架空线长度对分闸过电压均有较大影响，设计时应详细计算。

5结语

综上所述，通过对220kV桂中甲线#54-#57塔段与220kV桂中乙线#44-#47塔段架空线进行地埋改造情况，发现架空线和长距离电缆混合线路单相接地故障引起的工频过电压较高，设计时需着重计算。长距离电缆线路分闸空载线路重燃过电压水平较高，易造成多次重燃，对设备的绝缘造成威胁，设计中通常采用加装220kV并联电抗器的方法降低断口重燃可能性。因此，对于长距离电缆线路、架空线和长距离电缆混合线路，在设计时需进行过电压计算，必要时采取限制措施。

参考文献

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[2]李山，陈文涛，范旭华.750kV吐鲁番—巴州线路工频及操作过电压研究[J].新疆电力技术.2012

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