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user: 4. 仿真结果及分析 4.1. 空载线路合闸操作过电压 4.1.1. 三相同期合闸空载线路 目前多数文献都未详细介绍三相同期合闸过电压，只是泛泛的概述同期合闸过电压比三相不同期合闸过电压低，实际工程中由于断路器的机械特性，断路器三相同期合闸几乎不存在。为了更深刻认识同期与不同期的差异，同时也为了研究合闸时初相角对合空线操作过电压的影响，本文仿真了三相断路器在一个工频周期内各个相位同期合闸过电压。断路器无合闸电阻，线路与母线侧都未加装避雷器，从武川侧合闸空充武蓄线路，电压观测点在线路末端抽蓄侧。利用PSCAD软件中Multiple Run组件，使断路器在一个工频周期内服从均匀分布，运行360次，即让合闸初相角在[0， 360]每个不同的角度合闸一次，由于同期合闸过电压不符合蒙特卡洛法，所以不能利用2％统计值，但我们可以利用记录的数据绘制出一个周期的波形表征。在一个周期内三相同期合闸三相序电压分布情况一样。因此我们取其中的A相进行统计研究。 由表2和图6得知合闸初相角对操作过电压的影响非常大，在0˚、180˚、360˚附近合闸时，线路末端的电压最大为1.590 p.u，在90˚、270˚附近合闸时线路末端电压最小为0.944 p.u。符合余弦电源电压在0˚时最大，在90˚时最小的特征。因此在进行合空线操作过电压时，合理的选择电源初相角可以有效的抑制过电压的大小。 4.1.2. 三相不同期合闸空载线路 在实际的断路器操作中，三相断路器A、B、C合闸时会存在一定的时间差，尽管时间很短，但由于先合闸断路器会使后合闸断路器感应电压，这样就使三相不同期合闸产生的过电压比同期合闸产生的过电压严重很多。断路器无合闸电阻，线路与母线侧都未加装避雷器，从武川侧合闸空充武蓄线路 [ 12 ] 。利 图5. 统计过电压计算的Multiple Run组件 图6. A相合空线操作过电压随初相角的分布 Table 2 Effect of closing angle of overhead line operating overvoltag 合闸初相角(˚) 线路末端电压(p.u) 0 1.590 30 1.321 60 0.953 90 0.944 120 0.975 150 1.412 180 1.590 210 1.321 240 0.953 270 0.944 300 0.975 330 1.412 360 1.321 表2. 合闸初相角对合空线操作过电压的影响 用PSCAD软件中Multiple Run 组件如图5所示，T L 表示在一个工频周期内服从均匀分布，T A 、T B 、T C 表示对T L 的偏移量，在[−0.0015， 0.0015]服从正态分布，运行360次。V A 、V B 、V C 分别记录线路末端各自相序电压，V MAX 记录三相序电压绝对值的最大值。 通过对不同期合闸仿真，利用蒙特卡洛法统计数据显示，三相电压选最大值绝对值统计V MAX 与单独统计的相序最大值V B 比较略大些，由于采取三相电压选最大值绝对值统计时整体数据比较大，均值也比较高，导致U 2% 比较高。我们统计时到底选取哪一个作为末端电压比较合理。根据目前多数文献 [ 13 ] - [ 15 ] 研究表明合空线操作三相数据相关性较强，不可单独进行统计，应采用Case-peak法，选取V MAX 作为末端最大操作过电压统计比较合理。同时我们可以观察到，三相不同期末端过电压值V MAX 相对于同期过电压最大值高很多，这是由于正常运行时线路处于对称状态，当断路器三相不同期合闸时，线路将短时运行在不对称状态。此时，先合闸相产生的过度电压将通过相间电容耦合到未合闸相的孤立导线上，使未合闸的相感应出初始电压。 通过图7显示三相合闸具有不同期性，C相合闸过电压最大约为1.70 p.u，与同期合闸最大过电压1.59 p.u相比明显高出许多，进一步证实不同期合闸过电压比同期合闸过电压严重。同时我们可以观察发现合闸过电压持续大概三个工频周期衰减完毕，这也符合操作过电压幅值高、高频振荡、阻尼强和持续时间较短的特点。 图7. 空载线路不同期合闸操作时三相电压末端波形 4.1.3. 三相不同期合闸，线路长度对合闸过电压的影响 在4.1.2基础上只改变武蓄空载线路长度，我们定性的研究线路长度对计划合闸过电压的影响，见表3。 从表仿真数据显示，线路长度越长过电压越高，当线路长度在100 KM以内，线路末端U 2% 过电压均未超过500 KV电网操作过电压水平允许值2 p.u [ 16 ] 。 4.1.4. 三相不同期合闸，母线与线路侧加装避雷器 在4.1.2 基础上加装避雷器于武川母线侧与武蓄线路末端 [ 17 ] ，测量线路末端的电压值。 由表4与表5数据对比可知加装避雷器能有效的限制合闸过电压水平，表4数据为此次工程的真实值。线路末端U 2% 为1.695 p.u小于500 KV电网规定操作过电压水平2 p.u。 4.1.5. 三相不同期合闸，断路器加装并联合闸电阻 在4.1.2 基础上断路器加装并联合闸电阻，接入时间为8 ms [ 18 ] 。 经表6得知，断路器并入合闸电阻后线路末端电压显著降低，合闸电阻值为400 Ω时限压效果最明显。因此工程中断路器合闸电阻值一般也为400 Ω。实际操作中由于带有合闸电阻断路器造价非常昂贵，如果避雷器可以限制合空线操作过电压在规程之内，我们一般就不使用合闸电阻，在本工程当中由于线 Table 3 Effect of line length of overhead line operating overvoltag 线路长度(km) 不同线路长度下末端U 2% (p.u) 10 1.718 20 1.718 50 1.834 80 1.885 100 1.943 200 2.059 500 2.523 表3. 线路长度对合空线操作过电压的影响 Table 4 Effect of arrester of overhead line operating over voltag 武川侧合空线线路末端U 2% 值 V A (p.u) V B (p.u) V C (p.u) V MAX (p.u) 1.648 1.655 1.604 1.695 表4. 避雷器对合空线操作过电压的影响 Table 5 Three-phase unsynchronization of overhead line operating over voltag 武川侧合空线线路末端U 2% 值 V A (p.u) V B (p.u) V C (p.u) V MAX (p.u) 1.688 1.694 1.632 1.718 表5. 三相不同期合空线操作过电压 Table 6 Effect of closing resistance of lines operating overvoltag 武川侧合空线线路末端U 2% 值 合闸电阻(Ω) V A (p.u) V B (p.u) V C (p.u) V MAX (p.u) 400 1.245 1.239 1.237 1.260 600 1.370 1.358 1.347 1.383 800 1.477 1.462 1.442 1.488 表6. 合闸电阻对合空线操作过电压的影响 Table 7 Single phase switching overvoltag 武川侧单相重合线路末端U 2% 值 重合相序 V A (p.u) V B (p.u) V C (p.u) A相 1.743 1.226 1.222 B相 1.237 1.760 1.243 C相 1.247 1.228 1.730 表7. 单相重合闸操作过电压 路比较短，断路器未采用带有并联电阻的断路器，但是对于长距离电压等级更高的线路，就有必要使用带有并联电阻的断路器抑制合空线操作过电压。 4.2. 线路发生单相接地故障后重合闸过电压 根据运行情况表明，在220 kV以上的超高压线路故障中，90%以上为单相接地故障。在单相接地故障时仅跳开故障相，而未发生故障的两相仍然继续运行，采用单相自动重合闸方式。实行单相自动重合闸有利于提高系统的动态稳定；在单侧电源供电的线路上采用单相自动重合闸可以不间断对用户供电。因此在这些线路上单相自动重合闸获得广泛的应用 [ 19 ] [ 20 ] 。 武蓄线路中的任一相发生单相接地故障后，故障相线路两侧断路器断开，待故障切除后，武川侧断路器重合，断路器无合闸电阻，线路与母线侧加装避雷器，操作方式如图5所示。利用Multiple Run 组件运行360次，记录下线路测末端各相序的电压U 2% 值。单相重合闸统计相关文献介绍的比较少，我们必须通过计算判断三相相关性强弱来判定使用哪种统计。以C相序单相重合闸为例，用记录的数据计算AB、AC、BC两相之间的相关系数。Ρab = 0.58，ρac = 0.05，ρbc = 0.08，根据文献 [ 21 ] 可知否定域ρ为0.179，AC、BC两相之间的相关系数均小于0.179。由此我们可以得出故障相与非故障相之间的相关性非常弱，所以采取单相序统计最大值U 2% 。 通过表7可知，单相重合闸过电压与相序相关，B相发生故障重合闸过电压最严重约为1.76 p.u，小于500 KV电网规定操作过电压水平2 p.u，符合规程规定。工程中一般取最大值作为标准，即取B相作为单相重合闸过电压水平。通过表4与表7对比显示单相重合闸操作过电压比合空线操作过电压严重，这是由于非故障两相一直运行导致合闸起始电压比空载线路合闸时高，其次就是非故障相通过相间电容感应电压。