特高壓輸電線路并聯(lián)電抗器最佳補償度的計算研究

張豹，許志兵，徐海濱，陳鵬，王駿強

(廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院，廣西南寧530004)

特高壓輸電線路并聯(lián)電抗器最佳補償度的計算研究

張豹，許志兵，徐海濱，陳鵬，王駿強

(廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院，廣西南寧530004)

探討了特高壓輸電線路空載時的電容效應(yīng)，并研究了并聯(lián)電抗器對空載輸電線路工頻電壓升高的抑制機(jī)理及其特性。利用仿真軟件ATP－EMTP，找出了并聯(lián)電抗器抑制空載長線路工頻過電壓的最佳補償度。研究結(jié)果表明，特高壓輸電線路空載或輕載時會出現(xiàn)工頻電壓升高;采用并聯(lián)電抗器的補償措施可以有效的抑制工頻過電壓;并聯(lián)電抗器的最佳補償度應(yīng)控制在75%～90%。

特高壓輸電線路;電容效應(yīng);工頻過電壓;并聯(lián)電抗器

1 引言

特高壓輸電線路距離長，輸電容量大，輸電線路的電容不能忽略，此時就必須考慮線路的電容效應(yīng)。所謂電容效應(yīng)，是指在電感、電容的串聯(lián)回路中，當(dāng)容抗大于感抗時，在電源電動勢E的作用下，容性電流在感抗上的壓降UL把容抗壓降UC抬高的一種現(xiàn)象，即UC=E+UL。特高壓空載輸電線路是由無窮多個電感－電容的串聯(lián)鏈組成的回路，電容效應(yīng)使得輸電線路上的各點電壓高于電源電壓，而且越往線路末端，電壓升高越嚴(yán)重。如果串聯(lián)回路中的感抗接近于容抗，則會發(fā)生串聯(lián)諧振，輸電線路上的各點電壓將急劇升高，所以電容效應(yīng)實際上是一種接近于諧振的工頻電壓升高現(xiàn)象［1］。這種過電壓雖然對系統(tǒng)正常絕緣的電氣設(shè)備沒有太大的危害，但在特高壓遠(yuǎn)距離輸電確定絕緣水平時卻起著重要作用。為了限制電容效應(yīng)引起的工頻過電壓，在特高壓電網(wǎng)中，廣泛采用并聯(lián)電抗器來補償線路的電容電流，以削弱其電容效應(yīng)。本文主要探討并聯(lián)電抗器對特高壓輸電線路電容效應(yīng)的抑制作用，力求找出并聯(lián)電抗器抑制電容效應(yīng)最佳的補償度。

2 特高壓輸電線路的電容效應(yīng)

長度為的空載無損線路如圖1所示。

圖1 空載線路等值電路圖

式中，x為距線路末端的距離。由式(4)可知，線路上的電壓自首端起逐漸上升，沿線按余弦曲線分布，線路末端電壓達(dá)到最大值。

考慮電源電抗后，根據(jù)式(1)，可得線路末端電壓與電源電動勢的關(guān)系為

圖2為空載輸電線路末端電壓升高與線路長度的關(guān)系。

虛線表示φ=10°時K02與線路長度的關(guān)系曲線(虛線)。此時βl=90°－φ，線路長度為1333km時發(fā)生諧振，諧振點提前了，電源電抗相當(dāng)于增加了線路長度［2］。

3 并聯(lián)電抗器抑制電容效應(yīng)的特性

并聯(lián)電抗器可實現(xiàn)并聯(lián)無功補償，它可吸收線路過剩的無功，改善沿線電壓分布。本文以典型的500kV輸電線路為例，線路末端并接電抗器，研究輸電線路并聯(lián)電抗器最佳的補償度。線路長度為300km，電源電動勢為E，電源電抗XS=150Ω，線路單位長度正序電感和電容分別為L0=0.9mH/km、C0= 0.0127μF/km，忽略輸電線路電導(dǎo)和電納，電抗器電抗XP=1000Ω，等值電路如圖3所示［3－4］，建立ATP－EMTP仿真模型，補償度為0，60%，80%，100%時的波形如圖4～7所示。

圖2 空載線路電壓傳遞系數(shù)與線路長度關(guān)系曲線圖

圖3 末端接有并聯(lián)電抗器的長線路等值電路圖

圖4 補償度為0時，空載線路電源電壓和末端電壓的波形

圖5 補償度為60%時，空載線路電源電壓和末端電壓波形

表1

由仿真波形統(tǒng)計出補償度KP與過電壓系數(shù)K02的關(guān)系如表1所示，折線圖如圖8所示。

圖8 補償度KP與輸電線路過電壓系數(shù)K02折線圖

從表格和折線圖可以看出，并聯(lián)電抗器的接入可以降低長輸電線路的工頻過電壓，而且，隨著并聯(lián)電抗器補償度的提高，輸電線路的過電壓傳遞系數(shù)降低［5］。如折線圖所示，并聯(lián)電抗器的最佳補償度應(yīng)控制在75%～90%，補償度過低，則工頻過電壓倍數(shù)提高，補償度過高，則會給正常運行時的無功補償和電壓控制造成困難。在電網(wǎng)比較強的地區(qū)或者比較短的特高壓線路，補償度可以適當(dāng)降低［2］。

4 結(jié)語

(1)特高壓輸電線路在空載或輕載時會出現(xiàn)工頻電壓升高，如不采取措施，對設(shè)備絕緣及其運行條件產(chǎn)生重大影響，影響保護(hù)電器的工作條件和效果。

(2)采用并聯(lián)電抗器的無功補償措施可以有效的抑制工頻過電壓的升高，且并聯(lián)電抗器的補償度越大，抑制工頻過電壓的效果越明顯。

(3)并聯(lián)電抗器的最佳補償度應(yīng)控制在75%～ 90%，考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等各方面的因素，合理的確定補償度，但也要注意，補償度不能過高，以免給正常運行時的無功補償和電壓控制造成困難。

［1］解廣潤.電力系統(tǒng)過電壓［M］.水利電力出版社，1985.

［2］吳文輝，曹祥麟.電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)計算與EMTP應(yīng)用［M］.中國水利水電出版社，2012.

［3］杜斌祥，張友鵬，田銘興，等.特高壓可控并聯(lián)電抗器補償度的研究［J］.高壓電器，2010，46(11):5－8，11.

［4］都磊.長輸電線路中的新型可控電抗器理論及應(yīng)用［D］.湖南大學(xué)，2010.

［5］1000kV交流輸電線路的工頻暫態(tài)過電壓研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2005，29(19):1－5.

Study on the Optimum Compensation Degree for the Shunt Reactor of UHV Transmission Line

ZHANG Bao，XU Zhi-bing，XU Hai-bin，CHEN Peng，WANG Jun-qiang
(College of Electrical Engineering，Guangxi University，Nanning 530004，China)

the capacitive effect of the no-load of UHV transmission line is discussed，and the mechanism and characteristics of the suppression of the power line voltage of the shunt reactor are studied.Using the simulation software ATPEMTP，the optimal compensation degree of the shunt reactor to suppress the over-voltage of the no-load long line is found.Research results show that the UHV transmission line no-load or light load will occur when the power frequency overvoltage;shunt reactor compensation measures are adopted to effectively restrain the power frequency overvoltage;optimal compensation of the shunt reactor should be controlled in 70%～90%.

UHV transmission line;capacitor effect;power frequency overvoltage;shunt reactor

TM47

B

1004－289X(2016)04－0039－03

2015－06－02