鲁布革电厂空载线路引起母线电压越限分析与解决方法

师远明

摘要：线路空载运行期间常出现线路终端电厂母线电压越限，对此现象的原因进行分析，提出针对性控制措施，以期对遇到同样问题的厂站控制母线电压有所帮助。

关键字：空载线路；容升效应

0 前言

鲁布革电厂安装4台单机容量150WM的混流式水轮发电机，采用双母线接线方式，有4条220kV外送线路，其中220kV鲁马Ⅰ、Ⅱ线对侧为马窝换流站，220kV鲁罗Ⅰ、Ⅱ线对侧为罗平站。2016年云南电网与南方电网异步联网后，为防止鲁布革电厂异步联网，南网总调安排正常运行方式为：鲁布革电厂鲁罗Ⅰ、Ⅱ线转冷备用，双母联络运行，鲁马Ⅰ、Ⅱ线运行，4台机组全并马窝侧运行，并要求除特殊情况外，鲁布革电厂不得占用云南电网外送通道，即不送负荷至罗平站。但每年鲁马Ⅰ线或鲁马Ⅱ线检修期间，鲁布革电厂与主网仅剩一条线路。为保证鲁布革厂用电安全运行。南网总调将鲁布革电厂临时调整为分厂运行，即#1M母线、#2M母线分段运行，鲁马Ⅰ线（Ⅱ线）、#1机、#2机挂#1M运行，鲁罗Ⅰ线、Ⅱ线挂#2M运行，#3、#4机挂#2M备用。分厂运行期间由于#3、#4机基本不开机，导致鲁罗Ⅰ线、Ⅱ线长时间只带一段10kV厂用电运行，接近空载运行。

1 现象描述

根据中国南方电网每月运行方式安排，鲁布革电厂母线电压按运行方式执行，原则上不超过240kV，鲁罗Ⅰ线、Ⅱ线空载运行期间，因鲁布革电厂#3、#4机组停机备用且没有调相工况，电厂端无调节电压手段。常出现#2M母线电压超过240kV。

母线电压过高，对厂内二次回路元件有损坏，还会加速厂内电气设备绝缘老化，降低寿命,因此应尽快将其恢复至正常值。

2.原因分析

2.1 机理分析

对于高压线路来说，一般输送距离远，需采用分布参数等值电路，对于一条给定R、L、C的串联线路，采用集中参数T型等值电路， 、 分别是电源内部的电阻和电感， 、 、 分别为集中参数电路的等值电阻、电感，电容，将其简化则如图1所示。

图1 简化等值电路

（1）

该线路中容抗大于感抗，而电阻远远小于感抗和容抗，因此线路在电源的作用下流过的主要是容性电流，由于 相对于 为负，且 导致电容的压降大于 ，可得：

（2）

2.2 空载线路容升效应

其中 为电源电压， 为受端电压。可以把线路分成n段图1中简化等值电路串联起来，因此线路可等效为图2，由式（2）可推出：

图2

每一个节点都比前一个节点的电压高，1高于0，2高于1，3高于2，于是能推出 > ，即空载线路的末端电压升高。

2.3 空载线路末端电压决定因素

根据长线的基本方程，有如下的稳态解：

(3)

其中 , , 为线路的单位长度电感、电容，l为线路长度，当线路空载运行时， ,据（3）式得：

(4)

当线路长度l从0逐渐增大时， 由0往 变动，而 ， ， 值是由1往0变，它作为分母，往0变， 一定时 越来越大。假设有两条线路，分别为线路1、线路2，线路参数为：

线路1： ，

线路2： ， ，

可做出 关于线路长度 和单位长度电容 的曲线图3：

图3

由上图可知，当线路长度为1000km时:

线路1 =2.5倍

线路2 =5倍

可以理解为：同样距离情况下，多分裂导线比单导线电压升高更多，容升效应更明显。

而鲁布革电厂鲁罗Ⅰ、Ⅱ线，起始端均为罗平站，终止端为鲁布革电厂，因此鲁罗Ⅰ、Ⅱ线双线运行可等效为多分列导线，而鲁罗Ⅰ（Ⅱ）线单线运行可等效为单导线。即可得出结论：鲁罗Ⅰ、Ⅱ线双线空载运行容升效应比鲁罗Ⅰ（Ⅱ）线单线空载运行更明显，更容易造成鲁布革电厂#2M母线电压超240kV。

3. 解决方法

可通过以下三个方法限制鲁罗Ⅰ、Ⅱ线空载运行容升效应对鲁布革电厂220kV #2M母线电压的影响。

方法1：降低罗平站母线电压

方法2：开鲁布革电厂挂#2M机组，使鲁罗Ⅰ、Ⅱ线带负荷运行

方法3：将鲁罗Ⅰ、Ⅱ线其中一条转冷备用

当鲁布革电厂 #2M母线电压大于240kV，①若罗平站母线电压偏高，可通过方法1降低罗平站母线电压，使鲁布革电厂母线电压低于240kV。若罗平站母线电压已处于下限值时，不可采用方法1解决；

②方法1不可行时，鲁布革命电厂可向调度申请送负荷至罗平站，使鲁罗Ⅰ、Ⅱ线带负荷运行，消除空载线路容升效应；

③若断面潮流限制，方法2也不可行时，可采用方法3，将鲁罗Ⅰ、Ⅱ线其中一条转冷备用，从而上缓解容升效应对鲁布革电厂220kV #2M母线电压的影响。

3. 结论

2020年鲁布革电厂分厂运行期间，出现 #2M母线电压大于240kV时，多次利用方法1使鲁布革#2M母线电压恢复正常值运行。1次采用方法3将鲁罗Ⅱ线253开关转冷备用，减轻容升效应的影响，将#2M母线电压由240.5kV降至238.6kV运行。