11111 000 kV特高壓南昌站投切低壓電抗器、電容器組過電壓和過電流仿真計算

葉 倩，李博江

（1.江西中醫藥大學，江西 南昌 330004；2.國網江西省電力有限公司電力科學研究院，江西 南昌 330096）

0 前言

南昌—長沙1 000 kV特高壓交流輸變電工程是雅中直流的配套工程，是華中“日”字型特高壓交流環網的重要組成部分。南昌—長沙1 000 kV系統是江西電網第一個特高壓系統，它加強了湘贛省間聯絡，提高了省間送受電能力，為雅中—江西特高壓直流工程達到額定功率運行奠定了基礎，有利于保障雅中電力在江西、湖南統一消納，同時也為限制華中電網短路電流水平、開斷部分500 kV環網創造了條件[1-8]。和其他電壓等級電網類似，在各種故障情況或操作情況下，特高壓交流系統也會出現各種各樣的過電流和過電流[9-14]。文中在PSCAD中搭建了南昌—長沙1 000 kV交流特高壓系統模型，針對投切低壓電容器組、電抗器組情況，通過仿真計算，觀察研究模型中各節點出現的過電壓和過電流。

1 PSCAD模型介紹

南昌—長沙1 000 kV特高壓交流輸變電工程中的南昌站一次主接線圖如圖1所示。南昌站為送端，電能由500 kV側送來，通過1 000 kV特高壓線路向長沙特高壓變電站輸送電能。筆者在電磁暫態仿真軟件PSCAD中搭建了完整的南昌特高壓變電站模型（包含1 000 kV瀟江1線和瀟江2線），模型如圖2所示。各子模型參數均是嚴格按照特高壓站實際參數設置，下文將詳細介紹各子模型參數。因目前長沙站的用戶負荷還未確定，故在此次仿真中設置1 000 kV線路為空載線路，未將長沙站納入模型。此次仿真中，仿真時長均為2 s，故障或操作時刻均設定在1 s。

圖1 1 000 kV特高壓贛江站一次系統接線圖

圖2 PSCAD中1 000 kV特高壓贛江站系統模型

1.1 1 000 kV主變參數

南昌站本期新建2臺特高壓主變，1 000 kV主變壓器的參數如表1所示，南昌站主變中性點經電抗器接地，中性點電抗值為8 Ω。

表1 1 000 kV主變壓器參數

1.2 1 000 kV輸電線路參數

南昌—長沙1 000 kV特高壓線路全長約341 km，表2給出了南昌—長沙1 000 kV線路的近似序參數，可供系統機電暫態和穩態分析使用。

表2 南昌—長沙1 000 kV特高壓線路參數

1.3 1 000 kV主變低壓電抗器和電容器參數

南昌站2號主變110 kV側裝設2組240 MVar低壓電抗器、2組240 MVar低壓電容器（串抗率為12%）；3號主變110 kV側裝設2組240 MVar低壓電抗器、2組240 MVar低壓電容器（串抗率為12%），如表3、表4所示。

表3 110 kV低壓電抗器參數

表4 110 kV低壓電容器參數

1.4 避雷器參數

南昌站1 000 kV、500 kV、110 kV側均接有避雷器，各側避雷器參數如表5所示。

表5 南昌站1 000 kV、500 kV、110 kV側避雷器伏安特性

2 投切低壓電抗器、電容器組的仿真計算

文中將詳細描述投切低壓電容器、電抗器組時的電磁暫態軟件PSCAD仿真結果。如圖中含有三相波形圖，藍色為a相，綠色為b相，紅色為c相。

2.1 電容器組合閘操作

以合閘2號主變110 kV 3號母線的電容器組為例，在PSCAD中進行合閘操作，仿真結果如圖3、圖4、圖5、圖6和圖7所示。

圖3 110 kV 3號母線暫態電位

圖4 110 kV電容器組暫態電位

圖5 110 kV電容器組c相兩端暫態電位差

圖6 110 kV串抗兩端暫態電位差

圖7 110 kV 3號母線電容器組支路電流暫態值

圖3中可以看到，110 kV 3號母線電位三相最大暫態峰值達到了94 kV，經過一段暫態過程后達到了穩態值。

圖4中，110 kV電容器組三相最大暫態電位峰值達到了157.5 kV。可以看到，暫態過程比較劇烈。

圖5中，110 kV電容器組c相兩端電位差暫態峰值達到了-160 kV，暫態峰值較高，經過十幾個周期后達到穩態值。

圖6中，110 kV串抗三相最大兩端電位差暫態峰值達到了-94.35 kV，暫態過程較劇烈。

圖7中，110 kV電容器組支路電流三相最大暫態峰值達到了-4.65 kA，暫態幅值較高，暫態過渡過程較劇烈，經過幾十個周期才達到穩態值。

2.2 電容器組分閘操作

以分閘2號主變110 kV 3號母線的電容器組為例，在PSCAD中進行分閘操作，仿真結果如圖8、圖9、圖10、圖11和圖12所示。

圖8 110 kV 3號母線暫態電位

圖9 110 kV電容器組暫態電位

圖10 110 kV電容器組兩端暫態電位差

圖11 110 kV串抗兩端暫態電位差

圖12 110 kV 3號母線電容器組支路電流暫態值

圖8中，110 kV 3號母線電位經過了約1個周期的過渡過程后又重新回到了正常值。

在圖9中可以看到，在分閘暫態過程中，a相暫態峰值達到138.2 kV，過渡過程結束后，穩定在直流99.5 kV；b相暫態峰值達到了74.5 kV，過渡過程結束后，穩定在直流36.4 kV；c相在過渡過程結束后，電位穩定在了直流-134.6 kV。

圖10中，110 kV電容器組兩端電位差在分閘后，沒有暫態過渡過程，穩定在了100.4 kV直流。

圖11中，110 kV串抗兩端電位差暫態峰值不高，過渡過程結束后，電位差穩定在0。

圖12中，電容器組支路電流暫態峰值不高，過渡過程結束后，支路電流值穩定在0。

2.3 電抗器組合閘操作

以合閘2號主變110 kV 3號母線的電抗器組為例，在PSCAD中進行分閘操作，仿真結果如圖13、圖14和圖15所示。

圖13 2號主變110 kV號母線電位

圖14 2號主變110 kV 3號母線電抗器組c相兩端電位差

圖15 電抗器組支路電流

圖13中，在t≥1 s時，母線電位幾乎沒有過渡過程。

圖14中，在t≥1 s時，電抗器組c相兩端電位差經過一個很短的過渡過程便進入穩態，穩態幅值為89 kV。

圖15中，在分閘后，支路電流開始一個緩慢且幅值較高的過渡過程，最大暫態峰值為3.49 kA，經過幾十個周波后三相電流達到穩態值。

2.4 電抗器組分閘操作

以分閘2號主變110 kV 3號母線的電抗器組為例，在PSCAD中進行分閘操作，仿真結果如圖16、圖17和圖18所示。

圖16 2號主變110 kV 3號母線電位

圖17 2號主變110 kV 3號母線電抗器組c相兩端電位差

圖18 電抗器組支路電流

圖16中，在t≥1 s時，母線電位經過了約為20 ms的暫態過渡過程后，穩定在了正常值。

圖17中，在0＜t＜1 s時，c相兩端電位差穩態峰值為88.4 kV，在t≥1 s時，電抗器組c相兩端電位差驟降為0。

圖18中，在分閘后，支路電流經過了一個過渡過程降為0，過渡過程中暫態幅值不高。

3 結語

文中通過在PSCAD電磁暫態仿真軟件中搭建了南昌—長沙1 000 kV特高壓交流輸變電系統中1 000 kV南昌特高壓變電站模型（包含1 000 kV瀟江1線和瀟江2線），通過仿真計算，觀察研究了投切低壓電容器組和電抗器組時模型中各節點出現的過電壓和過電流，仿真結果總結如下：

1）在分閘或合閘低壓電容器組時，110 kV母線電位并未呈現出幅值較大的暫態過電壓，很快便達到穩態值；在合閘低壓電容器組時，110 kV電容器組電位、110 kV串抗兩端電位差、110 kV電容器組支路電流均呈現幅值較高的暫態值，過渡振蕩過程較劇烈。

2）在分閘或合閘低壓電抗器組時，110 kV母線電位未呈現出明顯的過渡振蕩過程；在合閘低壓電抗器組時，110 kV電抗器組支路電流呈現出幅值較高的暫態峰值，經過幾十個周波后達到穩態值。