特高壓輸電工頻過電壓抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種特高壓輸電技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，是一種特高壓輸電工頻過電壓 抑制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年米，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)電力的需求日益增大，甚至有些地方在 用電高峰期出現(xiàn)缺電情況，那么建立特高壓輸電系統(tǒng)將有助于解決該一情況，使資源更加 優(yōu)化，提高能源利用率。我國特高壓輸電的主要特點(diǎn)是傳輸容量大，輸電距離遠(yuǎn)，西部能源 基地與東部負(fù)荷中也距離在1000kmW上，隨之帶來的電磁暫態(tài)和過電壓問題就顯得比較 突出，主要表現(xiàn)為其電容效應(yīng)異常顯著，由此造成很大的空載線路工頻過電壓，如果不采取 相應(yīng)的措施，必將嚴(yán)重影響著線路的安全運(yùn)行。
[0003] 特高壓輸電系統(tǒng)已經(jīng)成為我國長距離、跨區(qū)域輸電的骨架網(wǎng)絡(luò).隨著電壓等級(jí)的 提升，在傳輸更大容量的同時(shí)卻由于線路的容升效應(yīng)，增大了系統(tǒng)的工頻過電壓，降低了系 統(tǒng)的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)穩(wěn)定性可W變化容量的可控電抗器的應(yīng)用，為該問題的解決提供了一條有 效的途徑。該裝置可兼顧限制工頻過電壓、無功調(diào)壓和系統(tǒng)穩(wěn)定性H方面的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 基于現(xiàn)有技術(shù)存在的特高壓輸電帶來的工頻過電壓問題，本發(fā)明提出適用于特高 壓系統(tǒng)的可控并聯(lián)電抗器模型，并對(duì)其結(jié)構(gòu)、原理做了介紹。重點(diǎn)通過對(duì)不同工況下可控電 抗器對(duì)于系統(tǒng)工頻過電壓的限制進(jìn)行了分析，說明了可控并聯(lián)電抗器對(duì)于抑制工頻過電壓 的有效性。
[0005] 工頻過電壓在電網(wǎng)內(nèi)部由于斷路器操作和各類故障（接地、斷線等），會(huì)使 得系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，引起電磁能量的振蕩和傳遞而出現(xiàn)電壓升高現(xiàn)象。它的能量 來源于電網(wǎng)本身。并在工頻電壓的基礎(chǔ)上振蕩產(chǎn)生，故其幅值大體與工頻電壓的大 小成正比關(guān)系，工頻過電壓電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合 DL/T620-1997)中規(guī)定了系統(tǒng)工頻過電壓水平。即線路斷路器的變電站側(cè)不宜超 過1. 3化.U.，線路斷路器的線路側(cè)不宜超過1. 40p.li.，工頻過電壓的基準(zhǔn)值取為 其中，y*為電網(wǎng)最高相電壓有效值，單位為kV。并且規(guī)定取正常送電狀態(tài)下甩負(fù) 荷合W及線路末端（受端）有單相接地故障下甩負(fù)荷作為確定電網(wǎng)工頻過電壓的條件。
[0006] 特高壓工頻過電壓主要由W下H種基本方式產(chǎn)生；（1)空載長線電容效應(yīng)；（2)不 對(duì)稱接地故障；（3)H相甩負(fù)荷（或H相分間）。
[0007] 空載長線電容效應(yīng)，集中參數(shù)LC電路中，當(dāng)容抗大于感抗時(shí)，電路中流過容性電 流。此時(shí)，電容上電壓等于電源電勢電壓與電感上電壓之化高于電源電勢。分布參數(shù)線路 可看作由無數(shù)個(gè)串聯(lián)的LC電路構(gòu)成，工頻下線路的總?cè)菘挂话愦笥诟锌?，故線路上的電壓 沿遠(yuǎn)離首端的方向逐漸升高，該就是空載線路電容效應(yīng)引起的工頻電壓升高。
[0008] 線路不對(duì)稱短路故障，不對(duì)稱短路故障主要指單相接地故障和兩相接地故障，其 中w單相接地故障最為常見，且引起的工頻電壓升高一般也更嚴(yán)重。
[0009] H相甩負(fù)荷工頻過電壓，當(dāng)輸電線路重負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由于某種原因線路末端斷路 器突然跳間甩掉負(fù)荷，也是造成工頻電壓升高的原因之一，通常稱為甩負(fù)荷效應(yīng)。W受端甩 負(fù)荷為例進(jìn)行分析。甩負(fù)荷前由于電源會(huì)向線路輸送潮流（包括有功潮流和無功潮流），從 而在送端電源等值阻抗上形成電壓降，使電源電勢高于母線電壓；由于甩負(fù)荷前后發(fā)電機(jī) 的磁鏈不能突變，甩負(fù)荷之后的短時(shí)間內(nèi)電源電勢基本保持不變，而甩負(fù)荷之后電壓等值 阻抗上電壓降消失，從而使母線電壓升高，在線路上形成較高過電壓。
[0010] 特高壓工頻過電壓的幅值受到很多因素的影響，該些因素主要包括故障類型、電 源等值阻抗、線路長度、接地故障點(diǎn)位置W及輸送功率等。
[0011] 為了限制工頻過電壓和操作過電壓，需要在特高壓長線路上裝設(shè)高補(bǔ)償度的并聯(lián) 電抗器，又由于特高壓交流輸電線路一般距離較遠(yuǎn)、潮流變化很大，受兩端變壓器低壓繞組 容量的限制，低壓無功補(bǔ)償裝置已調(diào)壓能力有限，已無法滿足特高壓線路限制過電壓與無 功補(bǔ)償?shù)拿?。根?jù)可控電抗器的原理，在特高壓電網(wǎng)中投入一定比例的可控電抗器可有 效解決特高壓線路限制過電壓和無功調(diào)節(jié)之間的矛盾。
[0012] 特高壓線路可控電抗器補(bǔ)償度上限的確定
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種特高壓輸電工頻過電壓抑制方法，其特征在于，特高壓輸電工頻過電壓包括： 空載長線電容效應(yīng)、不對(duì)稱接地故障和三相甩負(fù)荷（或三相分閘），采用并聯(lián)可控電抗器抑 制特高壓輸電工頻過電壓。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種特高壓輸電工頻過電壓抑制方法，其特征在于，特高壓線 路并聯(lián)可控電抗器補(bǔ)償度上限的確定方法為：
A相與B相對(duì)地電容及兩相之間的相間電容直接接在正常相電源，C點(diǎn)電位為懸空的C相電位，C相相電壓Uc為
式中，為相電壓有效值；
日一 定的可控電抗器及小電抗參數(shù)配合下，若條件
滿足，則相間阻抗和對(duì)地阻抗可能發(fā)生串聯(lián)諧振，并產(chǎn)生幅值很高的諧振過電壓為相 間電容；為各相對(duì)地電容；LP為可控電抗器；LN為可控電抗器中性點(diǎn)接地電抗，即小電 抗，為等效相間電抗，為等效對(duì)地電抗。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種特高壓輸電工頻過電壓抑制方法，其特征在于，可控電抗 器補(bǔ)償度k為工頻下可控電抗器補(bǔ)償容量與線路正序電容無功功率的百分比
式中，4為相電壓為可控電抗器阻抗,為線路正序電容的阻抗值。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種特高壓輸電工頻過電壓抑制方法，其特征在于，可控電抗 器補(bǔ)償度上限計(jì)算的具體步驟如下： ① 計(jì)算線路各序參數(shù)； ② 計(jì)算工頻下相間電容完全補(bǔ)償時(shí)的小電抗阻抗值; ③ 推導(dǎo)工頻下小電抗阻抗值與線路實(shí)際所需小電抗阻抗值之間存在的最大偏差，令偏 差最大時(shí)的小電抗電感值為; ④ 結(jié)合線路參數(shù)，計(jì)算小電抗偏差最大時(shí)相間電抗和對(duì)地電抗lins，并進(jìn)一步計(jì) 算對(duì)應(yīng)的相間電感LMS以及對(duì)地電感LDS，然后將LMS和LDS代入式（4)計(jì)算線路回路發(fā)生 諧振時(shí)的頻率；改變可控電抗器補(bǔ)償度k，計(jì)算各可控電抗器補(bǔ)償度下的諧振頻率，作出可 控電抗器補(bǔ)償度k與諧振頻率的關(guān)系圖； ⑤ 確定成品可控電抗器補(bǔ)償容量存在的最大正偏差，得出實(shí)際可控電抗器補(bǔ)償度與最 初設(shè)計(jì)時(shí)可控電抗器補(bǔ)償度的比例P，將由步驟④所得出的可控電抗器補(bǔ)償度k與諧振頻 率的關(guān)系曲線的橫坐標(biāo)縮小P倍，得出考慮可控電抗器偏差和小電抗偏差的可控電抗器補(bǔ) 償度與諧振頻率的關(guān)系曲線； ⑥ 根據(jù)諧振頻率要求，從上述可控電抗器補(bǔ)償度k與諧振頻率的關(guān)系圖得出可控電抗 器補(bǔ)償度的上限。
5. 如權(quán)利要求4所述的一種特高壓輸電工頻過電壓抑制方法，其特征在于，可控電抗 器補(bǔ)償度下限可按下式計(jì)算
1為相間電容，^為線路正序電容。 -1
6. 如權(quán)利要求5所述的一種特高壓輸電工頻過電壓抑制方法，其特征在于，可控并聯(lián) 電抗器的暫態(tài)調(diào)節(jié)流程為： 1) 收到保護(hù)動(dòng)作信號(hào)或斷路器分閘信號(hào)，啟動(dòng)暫態(tài)調(diào)節(jié)流程； 2) 同時(shí)發(fā)出容量閥導(dǎo)通和旁路斷路器閉合命令； 3) 等容量旁路斷路器閉合后，閉鎖容量閥； 4) 故障恢復(fù)或斷路器重合閘成功后，可控并聯(lián)電抗器回到穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)流程， 5) 根據(jù)系統(tǒng)計(jì)算調(diào)節(jié)到需要的分級(jí)數(shù)； 可控并聯(lián)電抗器容量切換過程中，晶閘管閥首先導(dǎo)通，然后與晶閘管閥并聯(lián)的斷路器 導(dǎo)通，等斷路器導(dǎo)通后，晶閘管閥閉鎖，斷路器承擔(dān)長期工作電流，容量切換過程中，電流過 渡平滑，無直流分量，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成沖擊，穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)間< 20ms，暫態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)間< 40ms。
【專利摘要】一種特高壓輸電工頻過電壓抑制方法，針對(duì)空載長線電容效應(yīng)、不對(duì)稱接地故障和三相甩負(fù)荷(或三相分閘)產(chǎn)生的工頻過電壓，通過選擇并聯(lián)電抗器，并對(duì)電抗器選用的上下限計(jì)算并通過可控電抗器的暫態(tài)調(diào)節(jié)以及級(jí)數(shù)切換，來限制特高壓輸電系統(tǒng)的工頻過電壓，從而保障特高壓輸電的穩(wěn)定性與安全性。
【IPC分類】H02H9-04
【公開號(hào)】CN104701833
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510143202
【發(fā)明人】馬新攀
【申請(qǐng)人】河南行知專利服務(wù)有限公司
【公開日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年3月30日