CN103259259A

CN103259259A - 一种抑制750kV多FACTS线路电磁暂态问题的高抗配置系统及方法

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Publication number: CN103259259A
Application number: CN2012104554356A
Authority: CN
Inventors: 尚勇; 许斐; 李润秋; 朱岸明; 郑彬; 韩亚楠; 周佩朋; 班连庚; 项祖涛
Original assignee: SHAANXI ELECTRIC POWER Corp PLANNING ASSESSMENT CENTER; State Grid Corp of China SGCC; China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Current assignee: SHAANXI ELECTRIC POWER Corp PLANNING ASSESSMENT CENTER; State Grid Corp of China SGCC; China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2032-11-14
Also published as: CN103259259B

Abstract

本发明涉及一种抑制750kV多FACTS线路电磁暂态问题的高抗配置系统及方法。该系统包括两段相同电压等级的线路、两个变电站、开关站和两个330kV等值电源；该方法包括下述步骤：（1）计算750kV单回输电线路在最高运行电压800kV下的充电功率；（2）筛选出至少一种线路高抗配置方案，并提出开关站母线高抗配置方案；（3）根据过电压限制要求确定线路高抗及母线高抗配置方案；（4）开展线路潜供电流及恢复电压、非全相运行过电压计算，校核验证线路高抗配置方案；（5）提出最优的线路高抗及母线高抗配置方案。本发明将远距离多FACTS线路过电压等电磁暂态问题限制到标准允许范围内的高抗配置方案，解决了采用以往技术方案时线路甩负荷工频过电压超标的问题。

Description

一种抑制750kV多FACTS线路电磁暂态问题的高抗配置系统及方法

技术领域

本发明涉及超高压输电系统领域，具体涉及一种抑制750kV多FACTS线路电磁暂态问题的高抗配置系统及方法。

背景技术

500kV及以上电压等级的交流输电线路较长时（100km以上），为解决无功平衡和潜供电流、过电压等电磁暂态问题，一般均在线路上装设高压并联电抗器（简称高抗）。高抗为感性无功元件，主要用于补偿输电线路的充电功率（容性无功），部分地补偿线路的容性无功功率，相当于减少了线路长度，降低工频电压升高幅度。装设高抗并在其中性点装设小电抗器可以补偿线路对地及相间电容，从而可以降低线路单相故障时由于相间耦合产生的潜供电流及恢复电压，改善线路故障相单相重合闸条件，实现成功自动重合闸，提高系统运行稳定性。图1所示为一个双端简化系统，线路一侧装设了高压并联电抗器及中性点小电抗器。图1中，E_IA、E_IB、E_IC、U_IA、U_IB、U_IC分别表示线路送端、受端三相等值电源，C_I-AB、C_I-AC及C_I-AC分别表示线路之间的互电容；X_R、X’_N分别表示线路的高压并联电抗器及其中性点电抗器。

一条线路的高抗容量与其充电功率的比值称为高抗补偿度。一般线路上装设高压电抗器时均采用欠补偿方式（即高抗容性小于充电功率），即补偿度小于100%。

系统重载、轻载等不同运行方式下，对高抗感性无功的需求不同。可控并联电抗器（简称可控高抗）可以通过控制系统调节高抗输出容量，当系统运行在轻载方式时，可控高抗工作在较高容量输出方式；当系统运行在重载方式时，可控高抗工作在较低容量输出方式；若可控高抗所在线路发生无故障甩负荷或单相接地甩负荷故障时，可控高抗在很短时间内调整至最大容量，以限制工频过电压。因此应用可控高抗即可以降低系统的工频过电压，又有利于提高系统稳定性，改善无功平衡，优化电压调节。

线路上装设可控高抗时，在线路发生接地故障或甩负荷的情况下，采用联动可控高抗调整至最大容量是抑制线路潜供电流、甩负荷过电压的主要措施。但当装设可控高抗的线路较长时，若高抗容量配置不合理，仅靠上述联动措施仍无法将过电压等问题限制到标准允许范围内。

某750kV工程，如图2所示，由甲、乙两座750kV变电站、中间一座750kV开关站及两段750kV线路构成，两段线路全长分别为329km和178km。由于中间站丙站为开关站，联接甲站、丙站及丙站、乙站的两段750kV线路相当于一段全长507km的线路。该工程设计初期推荐了一种高抗配置方案（即现有技术方案，称为方案1）如表1所示，其中甲站—丙站线路两侧高抗均为分级式可控高抗。图2所示为对应该技术方案的750kV高抗装设位置示意图。

表1已有的750kV高抗配置方案（方案1）

采用现有高抗配置方案（方案1）条件下，对于上述750kV工程，计及影响过电压的系统运行方式（重载、轻载）、线路运行方式（双回、单回）以及主变检修方式（甲站、乙站）等因素，对甲站—丙站—乙站线路发生无故障及单相接地故障甩负荷时的工频过电压进行计算分析，结果表明，采取任一条线路发生甩负荷即联动甲站—丙站线路两侧可控高抗调整至最大容量措施条件下，甲站—丙站线路侧甩负荷工频过电压最高为，丙站—乙站线路最高为1.47p.u.，均超过了国家电网公司企业标准Q/GDW101－2003《750kV变电所设计暂行技术规定（电气部分）》中规定的线路侧工频过电压不宜超过1.40p.u.的设计要求。

由此可知，采用现有高抗配置方案时，线路最高甩负荷工频过电压水平不能满足相关企业标准规定的过电压限制要求，需要对该设计方案进行改进。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种抑制远距离750kV多FACTS线路电磁暂态问题的高抗配置系统及方法，本发明可将远距离多FACTS线路过电压等电磁暂态问题限制到标准允许范围内的高抗配置方案，解决了采用以往技术方案时线路甩负荷工频过电压超标的问题。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种抑制750kV FACTS线路电磁暂态问题的高抗配置系统，其改进之处在于，所述系统包括两段相同电压等级的线路、两个变电站、开关站和两个330kV等值电源（63kV侧为角形接法，中性点不接地）；

所述两段相同电压等级的线路并联，组成双回输电线路；每段相同电压等级的线路称为单回输电线路；

其中一个变电站、开关站和另一个变电站依次配置在两段相同电压等级的线路上；其中一个变电站和开关站之间的双回线路两侧分别装设可控高压并联电抗器；所述开关站和另一个变电站之间的双回线路两侧分别装设固定高压并联电抗器；

在所述开关站的母线上装设可控高压并联电抗器；

其中一个等值电源与一个变电站的母线连接；另一个等值电源与另一个变电站的母线连接。

其中，装设在变电站和开关站之间的可控高压并联电抗器为390Mvar；；装设在开关站母线上的可控高压并联电抗器为330Mvar；所述固定高压并联电抗器为210Mvar的常规高压并联电抗器。

其中所述可控高压并联电抗器和固定高压并联电抗器均接地。

其中，所述固定高压并联电抗器是指连接在超高压或特高压线路的一端和地之间，用于无功补偿和限制过电压。

其中，所述两段相同电压等级的线路或为750kV；其中一个变电站和开关站之间的双回线路长为329km；所述开关站和另一个变电站之间的双回线路长为178km。

本发明基于另一目的提供的一种抑制FACTS线路电磁暂态问题的高抗配置方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

（1）计算所述750kV单回输电线路在最高运行电压800kV下的充电功率；

（2）筛选出至少一种线路高抗配置方案，并提出所述开关站母线高抗配置方案；

（3）根据过电压限制要求确定线路高抗配置方案及母线高抗配置方案；

（4）开展线路潜供电流及恢复电压、非全相运行过电压计算，校核验证所述线路高抗配置方案；

（5）提出最优的线路高抗及母线高抗配置方案。

其中，所述步骤（1）中，根据可控高压并联电抗器和固定高压并联电抗器所装设线路的正序电容参数分别计算750kV单回输电线路在最高电压下的充电功率。

其中，所述步骤（2）中，参考750kV电压等级高压并联电抗器单组容量序列，其容量级差为30Mvar，并按照线路高抗补偿度在70%~90%范围筛选出至少一种线路高抗配置方案，并参照相关无功补偿研究对开关站内感性无功补偿设备总容量的建议，提出开关站母线高抗配置方案。

其中，所述步骤（3）中，基于每种线路高抗配置方案，并结合750kV母线可控并联电抗器投运或退出，结合高抗配置、系统运行方式、线路运行方式以及主变检修方式，计算线路的甩负荷工频过电压，按照标准中规定的过电压限制要求确定线路高抗配置方案及母线高抗配置方案。

其中，所述步骤（4）中，根据步骤（3）确定的线路高抗配置方案计算线路的潜供电流、恢复电压和非全相运行过电压，对线路高抗配置方案做校核验证。

其中，所述步骤（5）中，根据步骤（1）-（4）确定的线路高抗及母线高抗配置方案，提出最优的高抗配置方案。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

（1）考虑各种系统运行方式、线路运行方式以及主变检修、母线可控高抗检修方式，采取任一条线路发生甩负荷即联动变电站—开关站线路两侧可控高抗调整至最大容量措施条件下，变电站—开关站及开关站—变电站的线路侧最大工频过电压分别为1.38p.u.和1.40p.u.，满足国家电网公司企业标准规定的线路侧工频过电压不宜超过1.40p.u.的设计要求。

（2）通过合理选择高抗的中性点小电抗，变电站—开关站及开关站—变电站线路发生单相接地故障时的潜供电流和恢复电压最大分别为17.4A和81.9kV，按照绝缘子串净距离7m计算出恢复电压梯度为11.7kV/m，参照国内电力行业标准AL/T615-1997《交流高压断路器参数选用导则》，在1.5~2.5m/s风速下潜供电弧熄灭时间的90％概率值小于0.22s，单相重合闸条件较好，可以满足西北电网750kV输电系统常用的0.6s单相重合闸整定时间要求。

（3）变电站—开关站及开关站—变电站线路发生非全相运行时，断开相电压上工频电压最高为21.4kV，不会发生工频谐振问题。

（4）在开关站750kV母线上装设高抗可以对工频过电压起到进一步限制作用，使得过电压水平与标准限值之间裕度变得更大，对设备及系统运行安全更有利。开关站不装设母线高抗条件下，开关站-变电站线路发生单相接地甩负荷时在线路侧产生的最高工频过电压为1.40p.u.，满足标准要求，但没有裕度，而开关站装设母线可控高抗时，最大工频过电压可降至1.29p.u.，可将过电压裕度增大至0.11p.u.。其中p.u为标幺值。

本发明提供的高抗配置方案将工程运行中可能出现的过电压、潜供电流等电磁暂态问题限制到标准或设计允许范围内，与现有技术方案相比具有明显的优势。

附图说明

图1是线路上装设高抗及其中性点小电抗示意图；

图2是现有技术方案1中的高抗装设位置示意图；

图3是本发明提供的抑制远距离750kV多FACTS线路电磁暂态问题的高抗配置系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明提供的一种抑制远距离750kV多FACTS线路电磁暂态问题的高抗配置系统如图3所示，包括两段相同电压等级的线路、两个变电站、开关站和两个等值电源；

所述两段相同电压等级的线路并联，组成双回输电线路；每段相同电压等级的线路称为单回输电线路；其中一个变电站、开关站和另一个变电站依次配置在两段相同电压等级的线路上；其中一个变电站和开关站之间的双回线路两侧分别装设可控高压并联电抗器；所述开关站和另一个变电站之间的双回线路两侧分别装设固定高压并联电抗器；在开关站的母线上装设可控高压并联电抗器；其中一个等值电源与一个变电站的母线连接；另一个等值电源与另一个变电站的母线连接。

装设在变电站和开关站之间的可控高压并联电抗器为390Mvar；；装设在开关站母线上的可控高压并联电抗器为330Mvar；固定高压并联电抗器为210Mvar的常规高压并联电抗器。可控高压并联电抗器和固定高压并联电抗器均接地。固定高压并联电抗器是指连接在超高压或特高压的末端和地之间，用于无功补偿和限制过电压。

两段相同电压等级的线路或为750kV；其中一个变电站和开关站之间的双回线路长为329km；开关站和另一个变电站之间的双回线路长为178km；两个等值电源或为63kV。

实施例

以750kV线路为例，高抗配置方案如表2所示，甲站—丙站750kV线路每回线两侧各装设一组390Mvar的可控高抗，丙站-乙站750kV线路每回线两侧各装设一组210Mvar的固定高抗，在丙站750kV母线上装设一组330Mvar的可控高抗，高抗装设位置如图3所示。

表2本发明提出的750kV高抗配置方案

实现图3所示技术方案的步骤如下：

（1）根据高抗所装设线路的正序电容参数计算单回输电线路在最高电压下的充电功率；

（2）参考现有750kV电压等级高压并联电抗器单组容量序列（容量级差为30Mvar），并按照线路高抗补偿度在70%~90%范围筛选出几种可能的线路高抗配置方案，在此基础上，参照相关无功补偿课题研究对丙站内感性无功补偿设备总容量的研究建议，提出丙站母线高抗配置方案；

（3）基于每种线路高抗配置方案，并考虑母线高抗投运或退出，考虑系统各种运行方式、线路运行方式以及主变检修方式，计算线路的甩负荷工频过电压，按照标准中规定的过电压限制要求进一步研究可行的线路高抗及母线高抗配置方案；

（4）针对按照步骤（3）比选出的线路高抗配置方案计算线路的潜供电流及恢复电压、非全相运行过电压，对线路高抗配置方案的可行性做最终校核验证；

（5）基于步骤（1）~（4）的研究结果，提出最终推荐的高抗配置方案。

本发明提出的技术方案中，甲站—丙站及丙站—乙站750kV线路的高抗装设容量更大，对线路充电功率的补偿度更高，并且由于在丙站母线上也装设一组可控高抗，使得甲站—丙站—乙站整条输电通道上的感性无功补偿容量更大，从而与现有技术方案相比，在同样采取快速联动调节可控高抗容量至最大措施的条件下，各种工况下，线路侧最大甩负荷工频过电压可从超过标准要求的1.41p.u.和1.47p.u.而降至标准允许范围，并且与标准限值1.4p.u相比留有0.11p.u.的安全裕度。此外，采取本发明提出的技术方案时，线路的潜供电流及恢复电压、非全相运行电压等电磁暂态问题指标也均较低，满足工程设计要求。

从限制远距离、750kV多FACTS线路过电压角度而言，在本发明提出的高抗配置方案基础上，还可能出现进一步增大线路可控高抗容量、提高高抗补偿度的高抗配置方案，该方案虽然可以解决过电压问题，但与本发明提出的技术方案相比有以下不足：

①在本发明提出的高抗补偿度条件下，若再进行提高，则线路非全相运行时，高抗及其中性点小电抗以及线路对地电容之间的固有谐振频率升高，使得更接近工频频率50Hz，当出现非全相运行状态时，在断开相上产生的电压幅值将越高，对设备安全运行不利。

②对于同塔双回线路或回路间存在较强耦合作用的两回单回架设方式线路，提高高抗补偿度将使得一回线停运时在停运线路上产生的静电感应电压升高，对线路接地开关开合静电感应电压技术条件提出更高要求，可能造成设备选型困难或对设备运行安全不利。

③增大高抗容量也将提高设备制造成本。

综上，本发明提出的高抗配置方案可以将工程运行中可能出现的过电压、潜供电流等电磁暂态问题限制到标准或设计允许范围内，与现有技术方案相比具有明显的优势。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种抑制750kV FACTS线路电磁暂态问题的高抗配置系统，其特征在于，所述系统包括两段相同电压等级的线路、两个变电站、开关站和两个330kV等值电源；

在所述开关站的母线上装设可控高压并联电抗器；

2.如权利要求1所述的抑制750kV FACTS线路电磁暂态问题的高抗配置系统，其特征在于，装设在变电站和开关站之间的可控高压并联电抗器为390Mvar；；装设在开关站母线上的可控高压并联电抗器为330Mvar；所述固定高压并联电抗器为210Mvar的常规高压并联电抗器。

3.如权利要求2所述的抑制750kV FACTS线路电磁暂态问题的高抗配置系统，其特征在于，所述可控高压并联电抗器和固定高压并联电抗器均接地。

4.如权利要求2所述的抑制750kV FACTS线路电磁暂态问题的高抗配置系统，其特征在于，所述固定高压并联电抗器是指连接在超高压或特高压线路的一端和地之间，用于无功补偿和限制过电压。

5.如权利要求1所述的抑制750kV FACTS线路电磁暂态问题的高抗配置系统，其特征在于，所述两段相同电压等级的线路或为750kV；其中一个变电站和开关站之间的双回线路长为329km；所述开关站和另一个变电站之间的双回线路长为178km。

6.一种抑制FACTS线路电磁暂态问题的高抗配置方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

（5）提出最优的线路高抗及母线高抗配置方案。

7.如权利要求6所述的抑制750kV FACTS线路电磁暂态问题的高抗配置方法，其特征在于，所述步骤（1）中，根据可控高压并联电抗器和固定高压并联电抗器所装设线路的正序电容参数分别计算750kV单回输电线路在最高电压下的充电功率。

8.如权利要求6所述的抑制750kV FACTS线路电磁暂态问题的高抗配置方法，其特征在于，所述步骤（2）中，参考750kV电压等级高压并联电抗器单组容量序列，其容量级差为30Mvar，并按照线路高抗补偿度在70%~90%范围筛选出至少一种线路高抗配置方案，并参照相关无功补偿研究对开关站内感性无功补偿设备总容量的建议，提出开关站母线高抗配置方案。

9.如权利要求6所述的抑制750kV FACTS线路电磁暂态问题的高抗配置方法，其特征在于，所述步骤（3）中，基于每种线路高抗配置方案，并结合750kV母线可控并联电抗器投运或退出，结合高抗配置、系统运行方式、线路运行方式以及主变检修方式，计算线路的甩负荷工频过电压，按照标准中规定的过电压限制要求确定线路高抗配置方案及母线高抗配置方案。

10.如权利要求6所述的抑制750kV FACTS线路电磁暂态问题的高抗配置方法，其特征在于，所述步骤（4）中，根据步骤（3）确定的线路高抗配置方案计算线路的潜供电流、恢复电压和非全相运行过电压，对线路高抗配置方案做校核验证。

11.如权利要求6所述的抑制750kV FACTS线路电磁暂态问题的高抗配置方法，其特征在于，所述步骤（5）中，根据步骤（1）-（4）确定的线路高抗及母线高抗配置方案，提出最优的高抗配置方案。