500kV和220kV系統電壓諧波水平之間的關系分析

趙玲娜

(江西省電力公司檢修分公司，江西 南昌 330096)

在電力系統中，各級系統間的電力諧波會在變壓器工作過程發生滲透，通常情況下，低級系統向高級系統的諧波滲透系數較小，諧波基本忽略不計，但諧波在由高級系統向低級系統滲透時，滲透系數較大(接近1.0)，此時存在的諧波就不可忽視。這種諧波傳遞關系在≤220kV的各系統中都是成立的，所以在相關標準(《電能質量公用電網諧波》GB14549-2008)中，規定的電力系統各系統電壓諧波畸變率允許值設定都是高級系統小于低級系統。但筆者通過計算、分析220kV與500kV系統間的諧波傳遞系數，卻發現其諧波傳遞關系與這一規律并不符合，由此表明，500kV系統的諧波特性具有特殊性，在設定電壓諧波畸變率時，需做特殊考慮。

一 從下級向上級的諧波傳遞系數計算

500kV變電站中高壓與中壓系統間的典型接線方式，如圖一所示，其中500kV聯絡變壓器是自耦變壓器。設:500kV系統h次諧波源Uah產生的諧波電壓為U1h;220kV系統的h次諧波源Ubh產生的諧波電壓為U2h;h次Ubh諧波源產生的諧波傳遞到500kV系統中的諧波電壓為Uhlh;h次Uah諧波源產生的諧波傳遞到220kV系統中的諧波電壓為Uhhl。可得出h次220kV、500kV母線上的諧波電壓為:Ubh=Uhhl+U2h;Uah=Uhlh+U1h。其他等級電壓系統相鄰間的諧波電壓關系也符合上式關系。

圖一 22kV與500kV的接線示意圖

滲透諧波電壓(Uhlh、Uhhl)的大小不僅與諧波源產生的諧波電壓(U1h、U2h)大小有關系，還與兩個系統的上級母線與下級母線間的諧波電壓(h次)傳遞系數(Thlh、Thhl)緊密相關。其中Thlh可定義為:下級對上級系統的諧波電壓(h次)傳遞系數，Thlh=Uhlh/Uhhl;Thhl可定義為:上級對下級系統的諧波電壓(h 次)傳遞系數，Thhl=Uhhl/Uhlh。

(一)≤220kV電壓系統的諧波傳遞系數情況

根據《電能質量公用電網諧波》，對≤220kV電壓系統，按照各母線上的諧波電流限值進行計算，通過諧波潮流程序，計算出各系統母線間的諧波傳遞系數Thlh數值，如表1所示。從表一可知，所有諧波傳遞系數(Thlh)值均＜1.0，并且 Thlh的變化與電壓等級呈負相關。同時，各母線上的諧波電壓含有率(HRUh)也與電壓等級呈負相關，與相關文獻中的HRUh限值基本吻合。這說明在不考慮500kV系統的情況下，各電壓等級間的諧波電壓傳遞是合理的。諧波從低向高進行傳遞，傳遞系數是非常小的。

(二)≤500kV系統的諧波傳遞系數情況

1.無諧波源下的傳遞系數計算。將500kV系統假定為無諧波源，≤220kV各等級母線的諧波電流取值同上，計算出的Thlh如表二所示。從表二可知，220kV、500kV系統間的 Thlh(T1lh～T4lh)均 ＞1.0，同時 500kV系統的 HRUh值也都比220kV系統的HRUh值大。綜合分析表一和表二相關數據，可看出≤220kV各系統間的諧波傳遞系數變化規律一致，Thlh＜1.0;220kV～500kV系統間的諧波電壓傳遞系數變化則有所不同，Thlh＞1.0。

2.注入諧波電流下的500kV系統傳遞系數計算。采用勵磁諧波電流在500kV母線上注入諧波，≤220kV各系統的諧波電流注入同上。經計算，得出的HRUh數值表明500kV系統的HRUh均大于220kV系統的HRUh值，≤220kV各系統的HRUh值隨電壓的升高而減小;500kV與220kV母線間的傳遞系數Thlh均 ＞1.0，≤220kV 各系統的傳遞系數 Thlh絕大部分 ＜1.0，與表二數據相符合。由此表明，220kV、500kV系統間的諧波電壓傳遞與其他電壓等級間的諧波電壓傳遞確實是不相同的。

二 從上級向下級的諧波傳遞系數計算

在500kV母線上注入諧波電流的情況下，計算出的各母線(上級向下級滲透)間的諧波電壓傳遞系數(Thhl)詳見表三。分析表中數據，可知各電壓等級系統間的傳遞系數Thhl的取值范圍基本在0.60 ～0.93，部分 Thhl≥1.0。從表三中，還可以發現，220kV、500kV系統間，諧波次數越低的諧波電壓滲透性越強。由于這二者間多采用自耦變壓器(Y0/Y0接線)，針對3次諧波，變壓器連接的兩個系統完全相通，所以中、低壓系統的諧波極易滲透到超高壓系統中。實際測量顯示，HRU3值偏高，是造成500kV諧波水平較高的主要原因。另外，500kV系統是最高等級電壓系統，它在諧波傳輸、諧波阻抗性能方面都較為特殊性，這也是導致其諧波水平偏高的重要原因。

三 總結

綜上所述，220kV、500kV系統間的諧波電壓滲透性較強，諧波從低級向高級系統傳遞，其傳遞系數偏大(Thlh接近1.0)，這與≤220kV各系統的傳遞系數變化規律不相同。在設定500kV母線諧波電壓的HRUh限值時，需要特殊考慮，這是因為，電壓等級越高HRUh值越小這一規律，僅適用于≤220kV的各系統，并不適用于500kV系統。對于500kV系統的諧波標準制定，需要考慮傳遞系數(Thlh)的變化特點，同時還要考慮到500kV系統的諧波傳輸特性、諧波阻抗特性以及諧波源等方面的特殊性。只有充分考慮到500kV系統各方面的特殊性，才能設定出最為合理的諧波限值。

[1]楊曉妮.特高壓直流輸電諧波特性的研究[D].華北電力大學(北京)，2008.

[2]岳昊.特高壓交流輸電系統諧波特性的研究[D].華北電力大學(北京)，2010.

[3]林武漢.500kV/220kV高低壓環網電磁解環的相關研究[J].華電技術，2008，10：4-6+40.