一种特高压限制工频过电压和潜供电流的高抗设计方法技术

本发明专利技术属于输变电工程技术领域，尤其涉及一种特高压限制工频过电压和潜供电流的高抗设计方法。本发明专利技术包括：步骤1.建立系统的基于电磁暂态仿真模型；步骤2.确定特高压输电线路的空载长线路末端工频过电压；步骤3.求取线路甩负荷造成的工频电压升高；步骤4.确定特高压线路单相短路导致工频过电压；步骤5.确定特高压线路高抗数值；步骤6.确定高压并联电抗器中性点电抗。本发明专利技术利用高压并联电抗器加装中性点电抗方法，减小潜供电流和恢复电压，解决了远距离特高压交流电网的暂时性工频过电压和潜供电流超标的问题，提高了特高压线路的单相重合闸成功率。该计算方法简单实用，为特高压电网中工频过电压及其对电网设备的影响提供技术支撑。技术支撑。技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种特高压限制工频过电压和潜供电流的高抗设计方法


[0001]本专利技术属于输变电工程
，尤其涉及一种特高压限制工频过电压和潜供电流的高抗设计方法，特别是一种利用特高压并联电抗器及其中性点小电抗限制交流特高压输电线路工频过电压和潜供电流的方法。

技术介绍

[0002]工频过电压的频率为工频或者接近工频。工频过电压产生的原因包括空载长线路的电容效应、不对称接地故障引起的正常相电压升高、负荷突变等，它和系统结构、容量、参数及运行方式有关。
[0003]特高压电网具有更远距离、更大容量、更低损耗的电力输送能力。但特高压输电线路每1km线路长度下的充电无功功率可超过5.3MVA，相同线路长度下约为500kV线路的4
‑
6倍。在特高压电力系统中，工频过电压大小直接影响操作过电压的幅值，并可能危及设备系统的安全运行。同时，工频过电压也是决定避雷器额定电压的重要依据，进而影响系统的过电压水平。
[0004]由于我国华北、华中和华东电网由特高压电网互联和南北互供等远距离送电的要求，相当一部分特高压线路都比较长。单段线路的充电功率很大，必须使用高压并联电抗器(简称高抗)进行补偿。特高压线路接入并联电抗器后，由于电抗器的感性无功功率部分地补偿了线路的容性无功功率，相当于减少了线路长度，降低了工频电压升高值。
[0005]根据国标GB/Z24842
‑
2009《1000kV特高压交流输变电工程过电压与绝缘配合》规定，1000kV系统工频过电压一般需限制在1.3pu以下，在单相接地和三相甩负荷情况下线路侧可短时(持续时间不超过0.5s)允许在1.4pu以下。
[0006]高抗的补偿度不能太高，以免给大负荷运行时的无功补偿和电压控制制造困难。根据我国在运特高压工程的经验，特高压电网建设初期，高抗补偿度控制在80％
‑
90％。在电网较强的地区或是特高压输电线路较短时，补偿度可适当降低。
[0007]潜供电流不属于过电压，但它是单相重合闸过程中产生的一种需要重视的电磁暂态现象。特高压线路的潜供电流大，恢复电压高，潜供电弧难以熄灭，可能影响单相重合闸的无电流间歇时间和成功率，故需研究限制潜供电流和加快潜供电弧熄灭的措施。

技术实现思路

[0008]针对上述现有技术中存在的不足之处，本专利技术提供了一种特高压限制工频过电压和潜供电流的高抗设计方法。其目的是为了实现解决远距离特高压交流电网的暂时性工频过电压和潜供电流超标的问题的专利技术目的。
[0009]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：
[0010]一种特高压限制工频过电压和潜供电流的高抗设计方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1.建立系统的基于电磁暂态仿真模型；
[0012]步骤2.确定特高压输电线路的空载长线路末端工频过电压；
[0013]步骤3.求取线路甩负荷造成的工频电压升高；
[0014]步骤4.确定特高压线路单相短路导致工频过电压；
[0015]步骤5.确定特高压线路高抗数值；
[0016]步骤6.确定高压并联电抗器中性点电抗。
[0017]更进一步的，步骤1所述建立系统的基于电磁暂态仿真模型,是依据收集的系统参数，基于电磁暂态建模方法，建立特高压输变电线路的分布式模型、主变压器和特高压联网工程详细模型和区域电网电源和负荷的等值模型。
[0018]更进一步的，所述收集的系统参数，包含局部同步电机主要参数、输电线路的主要参数；所述局部同步电机主要参数包括：同步电机、主变压器、串联补偿、低压电抗器补偿、低压电容器补偿、断面负荷系统参数；所述输电线路的主要参数包含：输电线路对地电容、相间电容，单位长度电感、电纳(电容)线路参数。
[0019]更进一步的，步骤2所述确定特高压输电线路的空载长线路末端工频过电压，是通过单纯考虑线路的容升效应和计及电源电抗后空载线路容升效应进行对比，得出电源电抗相当于增加了线路长度，进而进一步增加了工频过电压，使谐振点提前；
[0020]设空载无损线路长度为l，当末端电流计算出首端电压末端电压及线路中某一点的电压为式(1)：
[0021][0022]式中：为波阻抗；为相位常数；x为离受端的距离，L0为单位长度电抗；C0为单位长度电容，l为线路长度；
[0023]定义线路末端对首端的电压传递系数为式(2)：
[0024][0025]式中：首端电压末端电压线路末端对首端的电压传递系数为K
12
；
[0026]由式(2)可知，线路上的电压自首端起逐渐上升，沿线按余弦曲线分布，线路末端电压达到最大值，如当βl＝90
°
时，从线路首端看去，相当于发生串联谐振，K
12
→
∞，此时线路长度即为工频空载长线路上的电压分布的0.25倍波长；同时，空载线路的电容电流在电源电抗上也会形成电压升高，使线路首端的电压高于电源电动势，进一步增加了工频过电压；
[0027]考虑电源电抗后，可得线路末端电压与电源电动势的关系，如下式：
[0028][0029]上式中，为发电机电动势，j为虚数符号，Z
C
为波阻抗，X
S
为电源电抗，为线路首端电流；
[0030]令：将式(3)变型，可得线路末端电压与电源电动式的传递函数K
02
，如下式：
[0031][0032]电源电抗X
s
的影响通过角度表示，当时K
02
→
∞，此时相当于电源电抗增加了线路长度，谐振点提前，可知电源电抗也增加工频电压倍数；
[0033]线路末端电压对电源电动式的传递函数，表达如下：
[0034][0035]式(5)中：为波阻抗；为相位常数。
[0036]更进一步的，步骤3所述求取线路甩负荷造成的工频电压升高，是设系统正常运行时，线路首端电压为线路首端电流功率因数为则传输的有功功率无功功率若电源电抗X
s
，则发电电动式E为：
[0037][0038]甩负荷前，若线路上输送相当大的有功及感性无功功率，电源发电电动式E必然高于线路首端电压值U1，E＞U1；
[0039]甩负荷后，根据磁链不变原理，认为电源暂态电动势不变，电源暂态电动势E
′
d
≈E,E为发电机电动势；由于线路末端断路器分闸，形成电源带空载长线的运行方式；末端甩负荷后，线路首端电压高于电源电动势，长线路末端过电压更为严重。
[0040]更进一步的，步骤4所述确定特高压线路单相短路导致工频过电压，包括：
[0041]设系统中A相发生单相接地故障，其边界条件则有：
[0042][0043]式中为故障点处电压的正序、负序、零序分量；为故障处电流的正序、负序、零序分量；
[0044]根据所设的边界条件，形成单相接地时的复合序网，由该序网得出序电流和健全相电压，如下：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种特高压限制工频过电压和潜供电流的高抗设计方法，其特征是：包括以下步骤：步骤1.建立系统的基于电磁暂态仿真模型；步骤2.确定特高压输电线路的空载长线路末端工频过电压；步骤3.求取线路甩负荷造成的工频电压升高；步骤4.确定特高压线路单相短路导致工频过电压；步骤5.确定特高压线路高抗数值；步骤6.确定高压并联电抗器中性点电抗。2.根据权利要求1所述的一种特高压限制工频过电压和潜供电流的高抗设计方法，其特征是：步骤1所述建立系统的基于电磁暂态仿真模型,是依据收集的系统参数，基于电磁暂态建模方法，建立特高压输变电线路的分布式模型、主变压器和特高压联网工程详细模型和区域电网电源和负荷的等值模型。3.根据权利要求2所述的一种特高压限制工频过电压和潜供电流的高抗设计方法，其特征是：所述收集的系统参数，包含局部同步电机主要参数、输电线路的主要参数；所述局部同步电机主要参数包括：同步电机、主变压器、串联补偿、低压电抗器补偿、低压电容器补偿、断面负荷系统参数；所述输电线路的主要参数包含：输电线路对地电容、相间电容，单位长度电感、电纳(电容)线路参数。4.根据权利要求1所述的一种特高压限制工频过电压和潜供电流的高抗设计方法，其特征是：步骤2所述确定特高压输电线路的空载长线路末端工频过电压，是通过单纯考虑线路的容升效应和计及电源电抗后空载线路容升效应进行对比，得出电源电抗相当于增加了线路长度，进而进一步增加了工频过电压，使谐振点提前；设空载无损线路长度为l，当末端电流计算出首端电压末端电压及线路中某一点的电压为式(1)：式中：为波阻抗；为相位常数；x为离受端的距离，L0为单位长度电抗；C0为单位长度电容，l为线路长度；定义线路末端对首端的电压传递系数为式(2)：式中：首端电压末端电压线路末端对首端的电压传递系数为K
12
；由式(2)可知，线路上的电压自首端起逐渐上升，沿线按余弦曲线分布，线路末端电压达到最大值，如当βl＝90
°
时，从线路首端看去，相当于发生串联谐振，K
12
→
∞，
此时线路长度即为工频空载长线路上的电压分布的0.25倍波长；同时，空载线路的电容电流在电源电抗上也会形成电压升高，使线路首端的电压高于电源电动势，进一步增加了工频过电压；考虑电源电抗后，可得线路末端电压与电源电动势的关系，如下式：上式中，为发电机电动势，j为虚数符号，Z
C
为波阻抗，X
S
为电源电抗，为线路首端电流；令：将式(3)变型，可得线路末端电压与电源电动式的传递函数K
02
，如下式：电源电抗X
s
的影响通过角度表示，当时K
02
→
∞，此时相当于电源电抗增加了线路长度，谐振点提前，可知电源电抗也增加工频电压倍数；线路末端电压对电源电动式的传递函数，表达如下：式(5)中：式(5)中：为波阻抗；为相位常数。5.根据权利要求1所述的一种特高压限制工频过电压和潜供电流的高抗设计方法，其特征是：步骤3所述求取线路甩负荷造成的工频电压升高，是设系统正常运行时，线路首端电压为线路首端电流功率因数为则传输的有功功率无功功率若电源电抗X
s
，则发电电动式E为：甩负荷前，若线路上输送相当大的有功及感性无功功率，电源发电电动式E必然高于线路首端电压值U1，E＞U1；甩负荷后，根据磁链不变原理，认为电源暂态电动势不变，电源暂态电动势E
′
d
≈E,E为发电机电动势；由于线路末端断路器分闸，形成电源带空载长线的运行方式；末端甩负荷后，线路首端电压高于电源电动势，长线路末端过电压更为严重。6.根据权利要求1所述的一种特高压限制工频过电压和潜供电流的高抗设计方法，其特征是：步骤4所述确定特高压线路单相短路导致工频过电压，包括：
设系统中A相发生单相接地故障，其边界条件则有：式中为故障点处电压的正序、负序、零序分量；为故障处电流的正序、负序、零序分量；根据所设的边界条件，形成单相接地时的复合序网，由该序网得出序电流和健全相电压，如下：上式中a＝e
j120
°
；Z1、Z2、Z0为由故障点看进去的网络正序、负序、零序阻抗，为电网B相电压，为电网C相电压，为电源A相电动势；以K
(1)
表示单相接地故障后健全相电压升高，式(5)可简化为：上式中，为电网健全相电压；其中：上式中，Z1、Z2、Z0为由故障点看进去的网络正序、负序、零序阻抗，对于系统输送容量较大的特高压输电系统一般有Z1≈Z2,忽略各序阻抗电阻分量，简化为:上式中：X0为零序电抗，X1为正序电抗；由上式可知，工频过电压与由故障点看进去的X0/X1(零序与正序电抗之比)有很大关系；X0/X1增加将使单相接地故...

【专利技术属性】
技术研发人员：程孟增，商文颖，张明理，潘霄，赵琳，张娜，杨博，侯依昕，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：