CN102231572A

CN102231572A - 从超高压、特高压交流输电线路沿线抽能供电方法及系统

Info

Publication number: CN102231572A
Application number: CN2011101893876A
Authority: CN
Inventors: 崔翔; 王玲桃; 李占纯
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2011-07-07
Filing date: 2011-07-07
Publication date: 2011-11-02

Abstract

本发明公开了属于超高压、特高压长距离输电线路沿线抽能技术领域的一种从超高压、特高压长距离输电线路沿线抽能供电方法及系统。本发明利用超高压、特高压交流输电线路的杆塔，在输电线路中间相的正下方平行架设抽能导线，利用电磁耦合在抽能导线上感应出电动势，可以通过抽能导线的高度的改变来选择等效电源的电压等级为现有的电网额定电压等级，以便和现有的各类电气设备相匹配，为周边用户提供更为合适的电能。加装串联补偿电抗器，利用补偿电抗器与等效电源的内阻抗发生谐振时，补偿系统电容，从而极大地降低等效电源的内阻抗，提高抽能供电系统的带负载能力。本系统特别适用于长距离输电线路沿线经过很多负荷量小的偏远地区的区域供电。

Description

从超高压、特高压交流输电线路沿线抽能供电方法及系统

技术领域

本发明属于超高压、特高压长距离输电线路沿线抽能技术领域，特别涉及一种从超高压、特高压长距离输电线路沿线抽能供电方法及系统。

背景技术

我国是世界上能源分布和经济发展极不平衡的国家之一。国家电网公司提出了通过建设以特高压电网为骨干网架的坚强智能电网，以实现全国能源资源的优化配置、保障国家能源安全的发展战略。随着我国能源开发西移和北移的速度加快，大型能源基地与能源消费地之间的电力输送距离越来越远，超高压、特高压长距离交流输电线路沿线所经过的经济不发达的地区越多。这些地区负荷量较小，如果采用常规的变电和供电技术，直接从途经这些地区的超高压、特高压交流输电系统取电，需要配置超高压变压器、特高压变压器等一次设备，虽然获取的电功率容量很小，但是变压器等一次设备的绝缘成本过高。因此，这种电能的获取方式是非常昂贵和不经济的。

在已有的抽能供电方法中，主要是通过绝缘避雷线和抽能电抗器进行抽能，为一些特殊的、用电量很小的负荷提供电能。从目前的技术水平和实施情况来看，通过绝缘避雷线进行抽能、采用带有抽能绕组系统的并联电抗器进行抽能是最为成熟可行的两种方法。通过绝缘避雷线进行抽能供电，具有技术简单、易于实施、不用重新架设线路的优点，但其不足是可抽取的能量非常有限，只能够供给一些负荷量极小的地区或是通信设备用电。而且，如果不能很好地协调抽能供电和防雷的关系，势必会造成非常严重的后果。另外，绝缘避雷线上的感应电压往往都不是现有的电压等级，增加为负荷供电的困难性。利用抽能电抗器抽取能量进行供电，如果提高电抗器的抽能容量，可以向线路附近地区提供适当的电力，但其不足是成本比较高，要求输电线路中途有落点或是开关站，才能够实现抽能。

发明内容

本发明的目的在于针对目前超高压、特高压长距离交流输电线路沿线所经过的经济不发达地区的小量负载供电问题，提出一种从超高压、特高压交流输电线路沿线抽能供电方法及系统，其特征在于，所述方法包括：

1)架设抽能导线平行放置于输电线路中间相的正下方，通过电磁耦合在抽能导线上感应出电动势；

2)将第一台单相工频变压器连接到抽能导线，通过单相工频变压器降压给周边用户提供电能；

3)通过抽能导线给周边用户供电时，通过在第二台单相工频变压器的二次侧并联或串联补偿电抗器、或并联和串联补偿电抗器共同通过变压器的阻抗变换，变换到该台单相工频变压器的一次侧，补偿等效电源内阻抗中的容性阻抗，提高抽能供电系统的带负载能力；

4)将第一台单相工频变压器的二次侧连接到第二台单相工频变压器的一次侧，再串联负载形成回路，给周边用户提供电能。

所述第一台单相工频变压器连接到抽能导线形成回路是：将第一台单相工频变压器一次侧的一端与抽能导线相接，另一端接地；第一台单相工频变压器的二次侧与负载串联。

所述串联补偿电抗器与第二台单相工频变压器的二次侧并联，利用变压器的阻抗变换将串联补偿电抗器变换到该台单相工频变压器的一次侧补偿等效电源内阻抗中的容性阻抗，进行阻抗变换后，再串联到与抽能导线相连接的第一台单相工频变压器的二次侧。

一种从超高压、特高压交流输电线路沿线抽能供电系统，其特征在于，该系统包括两台单相工频变压器和一台串联补偿电抗器，所述第一台单相工频变压器的一次侧的一端与抽能导线相连，另一端接地；二次侧与另一台单相工频变压器的一次侧相连，再与负载串联；第二台单相工频变压器的一次侧的一端与第一台单相工频变压器的二次侧的一端相连，二次侧与串联补偿电抗器并连形成回路；第二台单相工频变压器的一次侧的另一端与负载的一端相连、并与第一台单相工频变压器二次侧的另一端相连形成回路；利用变压器的阻抗变换将串联补偿电抗器的补偿容量提高。

所述串联补偿电抗器的感性阻抗应与抽能供电系统等效电源内阻抗中的容性阻抗相等，即利用补偿电抗器与等效电源的内阻抗发生谐振时，补偿系统电容，从而极大地降低等效电源的内阻抗，提高抽能供电系统的带负载能力。

本发明的效果在于，利用超高压、特高压交流输电线路的杆塔单独架设抽能导线，利用单相工频变压器降压，在单相工频变压器二次侧加装串联补偿电抗器，与负载构成回路，可以在不影响防雷的情况下长期给周边用户供电，此外提高了抽能供电系统的带负载能力。

附图说明

图1为加装串联补偿电抗器后的超高压、特高压交流输电线路沿线抽能供电系统示意图。

图2为利用第二台变压器的阻抗变换将串联补偿电抗器的补偿容量提高后抽能供电系统的等效电路图。

图3为特高压交流输电线路水平排列方式下抽能导线感应电压的变化趋势随高度的变化图。

图4是特高压交流输电线路水平排列方式下等效电源内阻抗随高度的变化图。

图5-10是负载端电压随负载变化曲线图。

具体实施方式

本发明提出一种从超高压、特高压交流输电线路沿线抽能供电方法及系统。下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

如图1所示是加装串联补偿电抗器后的交流输电线路沿线抽能供电系统示意图。图中利用超高压、特高压交流输电线路的杆塔，在水平或三角排列方式下的三相交流输电线路2中A、B、C三相的B相的正下方平行架设抽能导线3，通过电磁耦合在抽能导线3上感应出等效电源(电动势)e；第一台单相工频变压器T1一次侧的一端与抽能导线3相接，另一端接地，构成供电电源，第一台单相工频变压器T1二次侧串联或不串联补偿电抗器jωL，补偿电抗器jωL与负载Z_L串联，再连接到第一台单相工频变压器T1二次侧的另一端形成回路。

如图2所示为利用第二台变压器的阻抗变换将串联补偿电抗器的补偿容量提高后抽能供电系统的等效电路图。在图1所示的结构中，利用第二台变压器将补偿电抗器jωL接入电路中；即在第一台单相工频变压器T1二次侧的一端与第二台单相工频变压器T2一次侧的一端相连，第二台单相工频变压器T2一次侧的另一端与负载Z_L串联后，再连接到第一台单相工频变压器T1二次侧的另一端形成回路。补偿电抗器jωL与第二台单相工频变压器T2的二次侧并联，利用变压器的阻抗变换将补偿电抗器jωL变换到该台单相工频变压器的一次侧补偿等效电源内阻抗Z_S(虚线框内)中的容性阻抗。

所述抽能供电系统等效电源通过容性耦合或感性耦合两种方式产生的，抽能供电系统等效电源的电压与输电线路的线路结构及其电压、电流有关，抽能导线3的平均高度、长度以及导线类型也对抽能导线感应电压的大小有一定的影响。

所述抽能供电系统等效电源的电压的计算可以通过多导体传输线理论来说明。将超高压或特高压三相交流输电线路2、抽能导线3以及大地看作4+1的多导体系统，在正弦稳态的条件下，列写节点电压方程，有：

式中，

分别为超高压或特高压交流输电线路的三相电压；

为抽能导线上的对地感应电压，即抽能供电系统的等效电源的开路电压；

为节点i的注入电流；YY为节点导纳矩阵。

令有：

则抽能供电系统的等效电源的开路电压为：

将式(1)变形为：

式中，ZZ＝YY^-1。

令

有：

则抽能供电系统的等效电源的短路电流为：

从而有抽能供电系统的等效电源的内阻抗Zs为：

在特高压交流输电线路水平排列方式下，抽能供电系统的等效电源的开路电压(即抽能导线感应电压)随抽能导线平均高度的变化趋势如图3所示。由图3可以知道，在特高压交流输电线路水平排列方式下，等效电源的开路电压随着平均高度的增大而增大。抽能导线平均高度越高，抽能导线与输电线路之间的阻抗越大，与大地之间的阻抗越小，抽能导线上的感应电压也就越大。水平排列方式下，抽能导线感应电压的产生主要是输电线路中间相与抽能导线之间的静电感应作用。

在特高压交流输电线路水平排列方式下，对于不同长度的抽能导线，抽能供电系统的等效电源的内阻抗随抽能导线平均高度的变化曲线分别如图4所示。由图4可以知道，抽能导线越长，抽能供电系统的等效电源的内阻抗越小，其带负载能力也就越强。对于输电线路水平排列方式，当抽能导线平均高度在5m和28m米之间等效电源内阻抗变化比较平缓。

由抽能供电系统的等效电源分析可以得出抽能供电系统的各项参数，即抽能导线平行放置于特高压交流输电线路中间相的正下方，抽能导线长度为10km，导线型号按照等效电源开路电压的电压等级来选择。

由抽能供电系统的等效电源分析可知，其等效电源内阻抗很大，由此直接导致系统的带负载能力很低。等效电源内阻抗以容抗为主，因此在变压器二次侧串联补偿电抗器jωL，当补偿电抗器与等效电源的内阻抗发生谐振时，可以补偿系统电容，从而极大的降低等效电源的内阻抗，提高抽能供电系统的带负载能力。

如果对抽能供电系统进行完全补偿，抽能供电系统所需的补偿电抗器的容量较大，不符合工程实际。因此，考虑实际电抗器的容量，变压器T1的变比n₁按照实际电抗器的容量以及抽能供电系统所需补偿电抗器的大小进行设计，从而使补偿电抗器的容量既满足与等效电源内阻抗发生谐振的需要，又符合工程实际。

实施例1

220kV抽能供电系统的排列方式和相关参数为：

(1)特高压交流输电线路为水平排列方式；

(2)抽能导线平均高度19.64m；

(3)抽能导线长度10km；

(4)抽能导线型号为LGJ-400/50；

(5)降压变压器为220/10kV单相变压器。

未加装串联补偿电抗器情况下，220kV抽能供电系统的负载端电压随负载的变化曲线如图5所示。由图5可以看出，抽能供电系统的带负载能力不很理想。

对于图1-2所示的220kV抽能供电系统，通过串联电抗器补偿后的负载端电压随负载的变化曲线如图6所示。由图可以看出，与未加装串联补偿电抗器情况相比，抽能供电系统的负载端电压有了很明显的改善，抽能供电系统所能提供的能量也相应地增大。加装串联补偿电抗器后，对于纯阻性负载，抽能供电系统提供的有功功率由130kW提高为1.6MW，此时补偿电抗器所吸收的无功功率为6.9MVar；对于功率因数为0.9的感性负载，抽能供电系统提供的有功功率由75kW提高至1.3MW，此时补偿电抗器所吸收的无功功率为5.6MVar。

实施例2

110kV抽能供电系统的排列方式和相关参数为：

(1)特高压交流输电线路为水平排列方式；

(2)抽能导线平均高度12.92m；

(3)抽能导线长度10km；

(4)抽能导线型号为LGJ-400/35；

(5)降压变压器为110/10kV单相变压器。

110kV抽能供电系统的负载端电压随负载的变化曲线如图7所示。由图7可以看出，抽能供电系统的带负载能力很差。

对于图1-2所示的110kV抽能供电系统，通过串联电抗器补偿后的负载端电压随负载的变化曲线如图8所示。由图8可以看出，与未加装串联补偿电抗器情况相比，抽能供电系统的负载端电压有了很明显的改善，抽能供电系统所能提供的能量也相应地增大。加装串联补偿电抗器后，对于纯阻性负载，抽能供电系统提供的有功功率由48kW提高为0.4MW，此时补偿电抗器所吸收的无功功率为1.7MVar；对于功率因数为0.9的感性负载，抽能供电系统提供的有功功率由76kW提高至0.3MW，此时补偿电抗器所吸收的无功功率为1.4MVar。

实施例3

66kV抽能供电系统的排列方式和相关参数为：

(1)特高压交流输电线路为三角排列方式；

(2)抽能导线平均高度14.52m；

(3)抽能导线长度10km；

(4)抽能导线型号为LGJ-240/30；

(5)降压变压器为66/10kV单相变压器。

66kV抽能供电系统的负载端电压随负载的变化曲线如图9所示。由图9可以看出，抽能供电系统的带负载能力很差。

对于图1-2所示的66kV抽能供电系统，通过串联电抗器补偿后的负载端电压随负载的变化曲线如图10所示。由图10可以看出，与未加装串联补偿电抗器情况相比，抽能供电系统的负载端电压有了很明显的改善，抽能供电系统所能提供的能量也相应地增大。加装串联补偿电抗器后，对于纯阻性负载，抽能供电系统提供的有功功率由16kW提高为0.15MW，此时补偿电抗器所吸收的无功功率为0.6MVar；对于功率因数为0.9的感性负载，抽能供电系统提供的有功功率由26kW提高至0.11MW，此时补偿电抗器所吸收的无功功率为0.5MVar。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种从超高压、特高压交流输电线路沿线抽能供电方法及系统，其特征在于，所述方法包括：

1)将架设的抽能导线平行放置于输电线路中间相的正下方，通过电磁耦合在抽能导线上感应出电动势；

3)当通过抽能导线给周边用户供电时，通过在第二台单相工频变压器的二次侧并联或串联补偿电抗器、或并联和串联补偿电抗器共同通过变压器的阻抗变换，变换到该台单相工频变压器的一次侧，补偿等效电源内阻抗中的容性阻抗，提高抽能供电系统的带负载能力；

2.根据权利要求1所述从超高压、特高压交流输电线路沿线抽能供电方法及系统，其特征在于，所述第一台单相工频变压器连接到抽能导线形成回路是：将第一台单相工频变压器一次侧的一端与抽能导线相接，另一端接地；第一台单相工频变压器的二次侧与负载串联。

3.根据权利要求1所述从超高压、特高压交流输电线路沿线抽能供电方法及系统，其特征在于，所述串联补偿电抗器与第二台单相工频变压器的二次侧并联，利用变压器的阻抗变换将串联补偿电抗器变换到该台单相工频变压器的一次侧补偿等效电源内阻抗中的容性阻抗，进行阻抗变换后，再串联到与抽能导线相连接的第一台单相工频变压器的二次侧。

4.一种从超高压、特高压交流输电线路沿线抽能供电系统，其特征在于，第一台单相工频变压器T1一次侧的一端与抽能导线3相接，另一端接地，构成供电电源，第一台单相工频变压器T1二次侧串联或不串联补偿电抗器jωL，补偿电抗器jωL与负载Z_L串联，再连接到第一台单相工频变压器T1二次侧的另一端形成回路。

5.一种从超高压、特高压交流输电线路沿线抽能供电系统，其特征在于该系统包括两台单相工频变压器和一台串联补偿电抗器，所述第一台单相工频变压器的一次侧的一端与抽能导线相连，另一端接地，构成供电电源；二次侧与另一台单相工频变压器的一次侧相连，再与负载串联；第二台单相工频变压器的一次侧的一端与第一台单相工频变压器的二次侧的一端相连，二次侧与串联补偿电抗器并连形成回路；第二台单相工频变压器的一次侧的另一端与负载的一端相连、并与第一台单相工频变压器二次侧的另一端相连形成回路；利用变压器的阻抗变换将串联补偿电抗器的补偿容量提高。

6.根据权利要求5或6所述从超高压、特高压交流输电线路沿线抽能供电系统，其特征在于，所述串联补偿电抗器的感性阻抗应与抽能供电系统等效电源内阻抗中的容性阻抗相等，即利用补偿电抗器与等效电源的内阻抗发生谐振时，补偿系统电容，从而极大地降低等效电源的内阻抗，提高抽能供电系统的带负载能力。