串并联补偿对特高压交流输电线路电压特性的影响

串并联补偿对特高压交流输电线路电压特性的影响

0特高压交流输电系统的工频暂态电压和操作过错随着我国经济的快速发展，对能源的需求越来越大。能源系统正朝着容量、距离和高压的方向发展。电力系统输送容量、输送距离和电压等级的不断增加,使得系统的稳定性问题变得日益突出。串联补偿技术是一种提高稳定极限的有效方法。在输电线正中间加入串联补偿电容器能减小线路电抗,缩小线路两端的相角差,从而有效提高输电线路的输电能力和系统稳定性,且其在线路建设投资、输电走廊获取以及减少环境污染方面都有极大的优势。电走廊获取以及减少环境污染方面都有极大的优势。在特高压交流输电系统中,工频暂态过电压和操作过电压的水平是关系到设备绝缘设计的关键因素,直接影响到制造成本和系统的运行性能。而操作过电压又是在工频暂态过电压的基础上产生的,因此在特高压交流输电系统确定系统绝缘水平时,工频暂态过电压起着非常重要的作用。本文拟考虑在1000kV交流输电系统中加入串并联补偿,以目前正在建设的国家电网公司晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程为背景,采用国际上广泛使用的电磁暂态计算程序ATP-EMTP,对含有串联电容器补偿的1000kV交流输电线路各种工况下的工频暂态过电压进行全面计算和分析研究,以便为以后在我国特高压输电系统中采用串并联补偿装置做参考。1串联补偿方式(1)系统电源母线电压为1087kV,三相短路容量为50000MW。(2)参考晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程,由于在示范工程线路中间设有换流站,计算时线路长度选为300km,线路参数选取与示范工程相同,如表1所示。(3)串联补偿和并联补偿方式。目前串联补偿电容器的过电压保护主要采用无间隙金属氧化物可变电阻器(MetalOxidizedVaristor———MOV),当采用该保护方案时,由于图1中的串联补偿和并联补偿方式(串联补偿电容器装设在线路正中间,并联补偿电抗器装设在线路两端)对MOV的吸收能量要求相对较低,在实际中得到了广泛的应用,本文亦采用该种串联补偿和并联补偿方式。(4)线路两侧装设金属氧化物避雷器(MetalOxidizedArrester———MOA),采用日本特高压系统中C型MOA的参数,雷电流为20kA和10kA时的雷电冲击残压分别为1620kV和1550kV。2当前频率电压的计算工频电压升高的主要原因是空载线路的不对称效应、不对称接地故障、甩负荷等。本文将从上述三个方面进行分析。2.1空区域的容量效应2.1.1计算条件(1)线路末端不接负荷;(2)并联补偿度分别为70%、80%、90%;(3)串联补偿度分别为0、20%、30%、40%、50%。2.1.2线路电压基值并联补偿度从70%到90%时,不同串联补偿度空载线路的工频电压升高和沿线分布如表2~4所示。表中电压基值为1100/3=635.104kV,大写字示距线路首端0km、50km、100km、200km、250km和300km处,D和E分别表示距线路首端150km处(即串联电容器安装处)串联电容器左侧和右侧,下文中与此相同,不再赘述。2.1.3串联补偿度对工频电压的影响(1)并联电抗器对空载线路的电容效应具有一定的抑制作用。随着并联补偿度的增加,工频电压升高降低;(2)在串联电容器左侧,随着串联补偿度的增加,工频电压升高基本上保持不变;在串联电容器右侧,随着串联补偿度的增加,工频电压升高降低;(3)从整条线路的工频电压升高来看,呈现出两端较低,中间部分较高,且末端稍高于首端,工频电压升高最高值出现在串联电容器左侧。2.2短路接地保护不对称短路是输电线路中最常见的故障形式,在单相或两相不对称短路接地短路时,非故障相的电压一般会升高,其中单相接地时非故障相的电压可达较高的数值。特殊情况下,两相短路接地也会出现较高的工频过电压,但此种概率较小。本文只讨论单相接地故障。2.2.1工频电压增加串联补偿度(1)接地故障发生在线路的不同位置。故障发生时间设为在一个工频周期内的均匀时间,并通过120次计算得到这种情况下工频电压升高2%的统计值;(2)并联补偿度设为90%;(3)串联补偿度分别为0、20%、30%、40%、50%;(4)线路三相负载分别为1000MW、2000MW、3000MW。2.2.2不同串联补偿度下的工频电压线路三相负载分别为1000MW、2000MW、3000MW时不同串联补偿度下的单相接地工频过电压的幅值如表5~7所示。相同情况下线路中不同故障点引起的工频电压升高幅值如表8所示。2.2.3工频电压升温的幅值(1)串联补偿度越大,单相接地工频电压升高的幅值越大;(2)线路负载越大,单相接地工频电压升高的幅值越小;(3)工频电压升高的最大值出现在线路中间串联电容器的右侧,呈现出首端、末端和串联电容器两侧电压高,其它部分低的分布趋势;(4)当短路故障点在线路首端时工频电压升高较小,在串联电容器两侧和线路末端时工频电压较高,且在串联电容器右侧时工频电压升高最高。2.3线路末端交流较重负荷除了上述空载线路的电容效应和不对称短路之外,在输电线路传输较重负荷时,线路末端断路器跳闸,突然甩去负荷,是造成工频电压升高的又一原因。2.3.1不同串联补偿度期均匀时间(1)在无故障情况下,线路末端断路器切除负荷;断路器跳闸发生在一个工频周期的均匀时间,并通过120次计算得到甩负荷时工频电压升高2%的统计值;(2)并联补偿度设为90%;(3)串联补偿度分别为0、20%、30%、40%、50%;(4)线路三相负载分别为1000MW、2000MW、3000MW。2.3.2计算线路三相负载分别为1000MW、2000MW、3000MW时不同串联补偿度下的三相甩负荷工频电压升高幅值如表9~表11所示。2.3.3荷时双向降压幅值的变化(1)随着线路串联补偿度的增加,小负荷时,串联电容器的左侧三相甩负荷工频电压升高的幅值减少;大负荷时,在串联电容器的左侧三相甩负荷工频电压升高的幅值增加;(2)随着线路串联补偿度的增加,在串联电容器的右侧三相甩负荷工频电压升高的幅值增加;(3)随着线路负荷的增加,三相甩负荷工频电压升高的幅值增加;(4)线路工频电压升高呈现出两端低,中部高,末端高于首端,且最高值出现在串联电容器右侧。3工频暂态电压特高压交流输电线路的输电能力受到其稳定极限的限制,采用串联补偿能够提高其稳定极限,可以有效提高线路的输电能力和系统的稳定性。但由于是在系统中增加的串联电容补偿设备改变了系统之间原有的电气距离,影响了系统及装设串联补偿装置的输电线路沿线的电压特性。本文采用ATP-EMTP,结合国家电网公司晋东南-南阳-荆门特高压交流示范工程,对含有串联补偿装置的特高压交流输电线路各种工况下的工频暂态过电压进行了计算分析,结论如下:(1)空载线路的工频电压升高最大值为1.11pu。随着并联补偿度的增加,工频电压升高降低;随着串联补偿度的增加,工频电压升高降低;从整条线路的工频电压升高来看,呈现出两端较低,中间部分较高,且末端稍高于首端的现象;(2)线路不对称接地故障工频电压升高最大值为1.36pu。串联补偿度越大,单相接地工频电压升高的幅值越大;线路负载越大,单相接地工频电压升高的幅值越小;工频电压升高呈现出首端、末端和串联电容器两侧电压高,其它部分低的分布趋势;当短路故障点在线路首端时工频电压升高较