淺析交流特高壓輸電線路的工頻過(guò)電壓及其抑制

蘇學(xué)林

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司檢修分公司特高壓交直流運(yùn)檢中心,江蘇南京,210000）

淺析交流特高壓輸電線路的工頻過(guò)電壓及其抑制

蘇學(xué)林

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司檢修分公司特高壓交直流運(yùn)檢中心,江蘇南京,210000）

在交流特高壓輸電電路中，工頻過(guò)電壓?jiǎn)栴}的出現(xiàn)對(duì)線路的輸電能力產(chǎn)生了一定的影響。為了保證人們用電需求的合理滿足，需要通過(guò)適宜抑制措施的應(yīng)用對(duì)工頻過(guò)電壓?jiǎn)栴}進(jìn)行有效控制。本文從工頻過(guò)電壓的概念入手，對(duì)交流特高壓輸電線路的工頻過(guò)電壓及其抑制進(jìn)行分析和研究。

交流特高壓輸電線路；工頻過(guò)電壓；抑制

0 前言

與以往相比，我國(guó)承擔(dān)重要輸電功能的交流特高壓輸電線路的傳輸容量和傳輸距離發(fā)生了顯著增加。在這種背景中，工頻特高壓?jiǎn)栴}變得越來(lái)越明顯，對(duì)此，為了保證特高壓系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，需要通過(guò)相應(yīng)抑制措施的應(yīng)用將其控制在一個(gè)較為穩(wěn)定的狀態(tài)中。

1 工頻過(guò)電壓

工頻過(guò)電壓是指，由甩負(fù)荷、線路空載等因素引發(fā)的系統(tǒng)頻率與工頻接近或相等的一種現(xiàn)象，在這種頻率變化的作用下，系統(tǒng)的電壓值會(huì)超出工作電壓的最高值，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)的輸電能力、輸電質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。

2 交流特高壓輸電線路的工頻過(guò)電壓

這里主要從以下幾方面對(duì)交流特高壓輸電線路的工頻過(guò)電壓進(jìn)行分析：

2.1 工頻過(guò)電壓?jiǎn)栴}產(chǎn)生的影響

在交流特高壓輸電線路的實(shí)際運(yùn)行中，由電容效應(yīng)、系統(tǒng)負(fù)荷突然變化等因素引發(fā)的工頻過(guò)電壓現(xiàn)象的發(fā)生時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。當(dāng)這種現(xiàn)象出現(xiàn)之后，交流特高壓輸電線路本身電壓等級(jí)發(fā)生提高變化時(shí)，這種現(xiàn)象對(duì)特高壓系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備絕緣情況產(chǎn)生的影響也越來(lái)越明顯。

2.2 影響交流特高壓輸電線路工頻過(guò)電壓的因素

工頻過(guò)電壓的影響因素主要包含以下幾種：第一，線路故障甩負(fù)荷效應(yīng)因素。在特高壓線路的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)線路末端的斷路器突然發(fā)生跳閘動(dòng)作時(shí)，其甩去負(fù)荷的變化會(huì)引發(fā)工頻過(guò)電壓現(xiàn)象。第二，線路不對(duì)稱故障。就中性點(diǎn)不接地的交流特高壓系統(tǒng)而言，一旦發(fā)生單相接地故障，非故障相的對(duì)地電壓將會(huì)變成線電壓。由于這種現(xiàn)象不符合特高壓輸電系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，因此該系統(tǒng)會(huì)通過(guò)中性點(diǎn)有效接地運(yùn)行方式的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)對(duì)非故障相對(duì)地電壓變化的控制。這種調(diào)整操作會(huì)引發(fā)工頻過(guò)電壓現(xiàn)象的產(chǎn)生。

3 交流特高壓輸電線路工頻過(guò)電壓的抑制

從整體角度來(lái)講，交流特高頻輸電線路工頻過(guò)電壓?jiǎn)栴}的抑制目的可以通過(guò)磁控電抗器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.1 具有抑制工頻過(guò)電壓作用的磁控電抗器結(jié)構(gòu)

為了起到有效抑制工頻過(guò)電壓的作用，應(yīng)該將磁控電抗器的結(jié)構(gòu)調(diào)整為單相式結(jié)構(gòu)，并結(jié)合隔離工作繞組和控制繞組形式的應(yīng)用對(duì)工頻過(guò)電壓?jiǎn)栴}引發(fā)的功率和電壓變化起到有效的抑制作用。磁控電抗器的組成要素主要包含以下幾種：第一，直流控制繞組。這種組成成分的作用是與交流特高壓輸電線路的晶閘管整流裝置連接起來(lái)。在實(shí)際作用過(guò)程中，磁控電抗器中的直流控制繞組可以對(duì)晶閘管產(chǎn)生觸發(fā)控制作用，進(jìn)而完成將主鐵心部分直流偏磁注入晶閘管的目的。第二，主鐵心。該組成部分的作用是通過(guò)直流控制繞組發(fā)揮出來(lái)的。為了保證磁控電抗器諧波特性與工頻過(guò)電壓抑制過(guò)程的契合性，可以磁控電抗器的主鐵心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為：在主鐵心的相應(yīng)位置加設(shè)一定數(shù)量的小窗，使得主鐵心形成多個(gè)具有等效特點(diǎn)的小截面，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)由邊緣效應(yīng)引發(fā)影響的有效控制。第三，交流控制繞組。該部分的作用是與1000kV交流特高壓輸電線路之間建立連接，并完成對(duì)該線路高電壓的承受。

3.2 磁控電抗器抑制特高壓工頻過(guò)電壓的不同方式

就磁控電抗器而言，其對(duì)交流特高壓輸電線路工頻過(guò)電壓的抑制方式主要包含以下幾種：

（1）固定電抗抑制方式

這種抑制方式是指，在固定電抗條件下，結(jié)合交流特高壓輸電線路本身產(chǎn)生的變化完成對(duì)電抗器補(bǔ)償容量的確定。這種方式能夠?qū)涣魈馗邏狠旊娋€路的工頻過(guò)電壓?jiǎn)栴}產(chǎn)生一定的控制作用，但這種抑制方式的效果具有一定的限制范圍。當(dāng)輸電線路的輸送功率與線路自然功率的數(shù)值較為接近時(shí)，磁控電抗器所提供的補(bǔ)償電抗以及輸電線路的無(wú)功無(wú)法實(shí)現(xiàn)自我平衡。在這種情況下，交流特高壓輸電線路吸收的無(wú)功功率會(huì)發(fā)生顯著增加，并且實(shí)際吸收數(shù)值會(huì)受到輸電線路輸送有功因素的影響。這種現(xiàn)象在擴(kuò)大輸電線路有功損耗的同時(shí)，對(duì)輸電線路的輸送能力也產(chǎn)生了一定的影響。

（2）可控電抗抑制方式

這種抑制方式與固定電抗抑制方式的作用原理相同。但這種抑制方式不會(huì)受到交流特高壓輸電線路輸送功率值與自然功率之間接近變化的影響。當(dāng)出現(xiàn)現(xiàn)象時(shí)，可控電抗抑制方式可以在對(duì)輸電線路工頻過(guò)電壓?jiǎn)栴}產(chǎn)生抑制作用的同時(shí)，保證無(wú)功平衡，因此，這種抑制方式的應(yīng)用可以促進(jìn)交流特高壓輸電線路輸電效率的顯著提升。除此之外，這種抑制方式的劣勢(shì)表現(xiàn)為：其并聯(lián)電抗器調(diào)節(jié)范圍的利用率較低，進(jìn)而造成資源浪費(fèi)。

（3）混合電抗抑制方式

這種方式是指，將可控電抗與固定電抗結(jié)合起來(lái)，結(jié)合交流特高壓輸電線路輸送功率的變化范圍確定該補(bǔ)償方式賬可控電抗及固定電抗補(bǔ)償容量的各自占比。研究表明，如果交流特高壓輸電線路的輸送功率處于20°-45°變化范圍時(shí)，可以將固定電抗與可控電抗補(bǔ)償容量的比例確定為5:1。與單純的固定電抗抑制方式和可控電抗抑制方式相比，應(yīng)用混合電抗抑制方式之后，交流特高壓輸電線路的無(wú)功平衡得到調(diào)整的同時(shí)，其有功功率也會(huì)發(fā)生相應(yīng)增加。與固定電抗抑制方式相比，混合電抗抑制方式的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)交流特高壓輸電線路工頻過(guò)電壓?jiǎn)栴}的有效控制。

4 結(jié)論

對(duì)于交流特高壓輸電線路而言，工頻過(guò)電壓現(xiàn)象的出現(xiàn)會(huì)從一定程度上影響線路的輸電能力和輸送效率。對(duì)此，可以通過(guò)磁控電抗器對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)行有效抑制。這種抑制措施的常用形式主要包含固定電抗抑制、可控電抗抑制以及混合電抗抑制三種，其中混合電抗抑制的效果最好。

[1]韓夢(mèng)夢(mèng),吳文輝,黃戡,萬(wàn)麗琴. 特高壓輸電線路工頻過(guò)電壓抑制的研究[J]. 大功率變流技術(shù),2014,01:42-45.

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[3]趙永生. 特高壓輸電線路過(guò)電壓及其抑制策略研究[D].西南交通大學(xué),2009.

[4]張友華. 特高壓輸電線路的過(guò)電壓研究與仿真[D].貴州大學(xué),2008.

Analysis of power frequency overvoltage of UHV AC transmission line and its suppression

Su Xuelin
（State Grid Jiangsu electric power company maintenance branch UHV AC and DC Inspection Center,Nanjing Jiangsu,210000）

In the high voltage transmission circuit, the power frequency overvoltage problem has a certain influence on the transmission capacity of the transmission line.In order to ensure the reasonable satisfaction of the demand of electricity,the application of appropriate control measures should be used to control the power frequency overvoltage problem effectively.Based on the concept of power frequency overvoltage,this paper analyzes and studies the frequency overvoltage and its suppression of UHV AC transmission lines.

AC UHV transmission line;power frequency over-voltage;suppression