特高压线路高抗补偿方案研究.pdf

第３９卷第２０期２０１１年ｌ０月１６日电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＶ．０ｌ－３９Ｎｏ．２ＯＯｃｔ．１６．２０１１特高压线路高抗补偿方案研究‘易强，周浩，计荣荣，徐琼璨，苏菲，孙可，陈稼苗（１．浙江大学电气工程学院，浙江杭州３１００２７；２．江苏南京供电公司，江苏南京２１０００８；３．浙江省电力公司，浙江杭州３１００２７；４．浙江省电力设计院，浙江杭州３１００２７）摘要：高抗作为特高压线路的重要无功设备，其配置直接决定了特高压系统的安全稳定运行。为此，研究了各种高抗补偿方式的适用范围。研究表明，单端补偿方式的适用于补偿前仅有一端接地甩负荷之后工频过电压超标的线路，￣ＴＺＸ－频过电压未超标、但潜供电流超标的换位线路；而两端补偿方式的优势在于可限制线路两端甩负荷工频过电压；长度超过５５０ｋｍ的线路，宜采用分段补偿方式。提出了确定高抗补偿方案的系统方法，该方法在考虑工频过电压限制的前提下，兼顾工频过电压限制、潜供电流限制、空载线路电压控制、避免产生谐振过电压、电抗标准容量以及利于线路输送大功率时无功平衡等方面对高抗补偿度的要求，并通过实例对该方法进行了说明。关键词：特高压；高抗；工频过电压；补偿度；补偿方式；分段补偿—ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｒｅａｃｔｏｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｏｆＵＨＶＡＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓ—ＹＩＱｉａｎｇ，ＺＨＯＵＨａｏ，ＪＩＲｏｎｇ．ｒｕｎｇ，ＸＵＱｉｏｎｇ￣ｉｎｇ２，ＳＵＦｅｉ，ＳＵＮＫｅ，ＣＨＥＮＪｉａｍｉａｏ４（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ；２．ＮａｎｊｉｎｇＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＣｏｍｐａｎｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００８．Ｃｈｉｎａ；３．ＺｈｅｊｉａｎｇＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＣｏｍｐａｎｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ；４．ＺｈｅｊｉａｎｇＥｌｅｃ￣ｉｃＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｔｈｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｈｉｇｈ－ｖｏｌｔａｇｅｒｅａｃｔｏｒ’ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓｔｈｅｓａｆｅｔｙａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆＵＨＶｓｙｓｔｅｍ．Ｓｏｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒａｎｇｅｏｆｈｉｇｈ－ｖｏｌｔａｇｅｒｅａｃｔｏｒＳｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｍｏｄｅｈａｓｂｅｅｎｓｔｕｄｉｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｓｉｎｇｌｅ－ｊｕｎｃｔｉｏｎｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｍｏｄｅｉｓｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｌｉｎｅｓ：ｔｈｅｗａｎｓｐｏｓｅｄｌｉｎｅｓｏｎｌｙｏｎｅｏｆｗｈｏｓｅｅｎｄｐｏｉｎｔｔｈｒｏｗ．ｏｆｆＣａｌｌｃａｕｓｅｅｘｃｅｓｓｉｖｅｐｏｗｅｒ￣ｅｑｕｅｎｃｙｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅ，ａｎｄｔｒａｎｓｐｏｓｅｄｌｉｎｅｓｗｈｏｓｅｐｏｗｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｖｅｒ－ｖｏｌｔａｇｅｉｓｗｉｔｈｉｎｔｈｅｌｉｍｉｔｂｕｔｓｅｃｏｎｄａｒｙａｒｃｃｕｒｒｅｎｔｅｘｃｅｅｄｓｔｈｅｌｉｍｉｔ．Ｔｗｏ－ｊｕｎｃｔｉｏｎｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｍｏｄｅＣａｌｌｒｅｓｔｒｉｃｔｔｈｅｐｏｗｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｖｅｒ－ｖｏｌｔａｇｅｃａｕｓｅｄｂｙｌｏａｄｔｈｒｏｗ・ｏｆｆａｔｂｏｔｈｅｎｄｐｏｉｎｔｓｏｆｌｉｎｅ．Ｓｅｃｔｉｏｎａｌｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｃａｎｂｅｕｓｅｄｉｎｌｉｎｅｓｍｏｒｅｔｈａｎ５５０ｋｍｉｎｌｅｎｇｔｈ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｔｉｃｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈ・ｖｏｌｔａｇｅｒｅａｃｔｏｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｐｒｏｇｒａｍｉｓｇｉｖｅｎａｎｄｅｘｐｌａｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｅｘａｍｐｌｅ．Ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｃｏｎｓｉｄｅｒｓｔｈｅｐｏｗｅｒ￣ｅｑｕｅｎｃｙｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ，ａｎｄａｌｓｏｇｉｖｅｓａｔｔｅｎｔｉｏｎｔｏｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅ—ｓｅｃｏｎｄａｒｙａｒｃｌｉｍｉｔ，ｎｏｌｏａｄｖｏｌｔａｇｅｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ，ｒｅｓｏｎａｎｃｅｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ，ｈｉＩｇｈ－ｖｏｌｔａｇｅｒｅａｃｔｏｒｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ，ａｎｄｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｂａｌａｎｃｅｗｈｅｎｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇｈｉｇｈｐｏｗｅｒｉｓｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ．—Ｋｅｙｗｏｒｄｓ＝ｌＪＨＶ；ｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｒｅａｃｔｏｒ；ｐｏｗｅｒ￣ｅｑｕｅｎｃｙｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅ；ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｄｅｇｒｅｅ；ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｍｏｄｅ；ｓｅｃｔｉｏｎａｌｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ中图分类号：ＴＭ８３５；ＴＭ７１２文献标识码：Ａ—文章编号：１６７４．３４１５（２０１１）２０－００９８０８０引言特高压输电线路的充电功率大，在相同长度下约为５００ｋＶ线路的４～６倍，每百公里充电功率可达５３０Ｍｖａｒ＊巨大的充电功率可引起高幅值的工频过电压，目前我国主要使用大容量的高压电抗器对其基金项目：国家重点基础研究发展计划项目（９７３项目）（２０１１ＣＢ２０９４０５）进行限制【ＪＪ。高抗的主要目的是限制工频过电压ｐＪ，但其容量的确定还受到潜供电流限制、空载线路电压控制和无功平衡等方面因素的影响，目前对高抗补偿方案的研究尚不够全面。首先，未对高抗各种补偿方式的特性及其适用范围进行研究；同时，对长距离特高压线路分段补偿限制工频过电压的问题未仔细研究：在研究高抗、潜供电流限制、线路无功平衡、易强，等特高压线路高抗补偿方案研究一９９．谐振过电压等因素未有考虑，故未给出在综合考虑各种因素后详细的高抗补偿方案确定方法。本文针对上述问题，首先在对单端线路的高抗单端补偿方式和两端补偿方式对工频过电压的限制效果进行研究的基础上，提出了高抗补偿方案的确定方法及完整流程。同时，对特长特高压线路工频过电压进行了计算，给出了需采用分段补偿方式的线路长度范围。１计算条件采用ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ仿真软件，建立特高压交流工频过电压计算模型，进行仿真计算。由于绝大多数情况下，单相接地甩负荷引起的工频过电压最严重，故本研究中主要考虑该种工频过电压。１．１系统阻抗特高压系统成网之前，特高压线路两端多通过特高压变压器与超高压系统相连。针对此类电源连接方式，将５００ｋｖ系统阻抗及变压器阻抗统一考虑，计算特高压线路电源阻抗变化范围。１１０ｋｖ母线图１特高压电压等值示意图’Ｆｉｇ．１ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆＵＨＶｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅＳｓｏｕｒｃｅ１０００ｋＶ电源系统的等值阻抗的计算过程如图１所示。主要步骤是根据已有的５００ｋＶ系统阻抗特性和特高压变压器建模，然后测出１０００ｋＶ母线的单相、三相短路电流，根据下式计算１０００ｋＶ电源系统的等值阻抗口１。ｚ＝＝一２Ｚ１式中：Ｅ为１０００ｋＶ侧相电压幅值；¨、分别为１０００ｋＶ侧母线单相短路电流和三相短路电流幅值；ｚＺ２Ｆ，Ｚ０分别为从１０００ｋＶ侧母线看进去系统的正序、负序和零序等值阻抗。５００ｋＶ系统的短路电流通常都在１２．５～７５ｋＡ范围之内，由短路电流计算公式可得出系统的等效—正序阻抗在３．９～２３．１Ｑ之间。综合文献【４５】，将５００ｋＶ系统ｘｏ／ｘ￣的范围定为０．５～３．５。采用目前我国特高压线路上使用变压器的参数，高、中绕组阻抗取为１８％，并考虑１～２台变压器。根据上述方法，计算得１０００ｋＶ线路的电源变化范围为４０～１８０Ｑ，Ｘｏ／Ｘ１变化范围为Ｏ．４～１．４。１．２功角差由于甩负荷类过电压在其他条件相同的情况下，输送功率越大则过电压越大，为得出各种情况下过电压可能出现的最大值，在计算中考虑线路输送功率最大的情况，即将送、受端功角差调至最大。根据线路输送功率公式１６ｌ：：～／ＳＵｓｉｎ，可Ｘ得线路静态稳定裕度为：。：—Ｐｍａｘ—－－Ｐｓ×１００％：尸ｍ．１－ｓｉｎＯ￣×１００％，考虑：３０％，可得线路两端电ｌ‘源功角差最大取４４。Ｊ。１．３杆塔及导线仿真采用平原地区特高压杆塔，单、双回线路杆塔分别采用猫头塔和鼓形塔。单回线路导线选用钢芯铝绞线８×ＬＧＪ一５００／３５，双回线路导线为８×ＬＧＪ．６３０／４５，分裂间距均为４００ｍｌｎ。２单段线路高抗方案的确定确定高抗补偿方案时，由于需考虑多个因素的相互协调，作者提出，先以工频过电压的限制确定高抗补偿方式，并计算出将工频过电压限制到规程要求范围以内所需的补偿度，然后结合潜供电流限制、线路电压控制、谐振过电压、高抗标准化容量以及无功平衡对补偿度所提出的要求，得出合适的补偿度配置方案。２．１高抗补偿方式的确定根据高抗补偿点数量，可将单段线路高抗补偿方式分为单端补偿和两端补偿。下面分别从过电压限制的角度对两种补偿方式的适用范围进行讨论。２．１．１单端补偿１）单端补偿仅能限制高抗所在端甩负荷引起的工频过电压对于任意一条线路，通过功率流向可以将线路两端区分为送端和受端。故单端补偿一般有两种情况，即送端补偿和受端补偿，如图２所示，图中有功功率Ｐ从Ｐ端流向ｑ端，和分别为两端电源等值阻抗。对长度为１００～３００ｋｍ、单端补偿方式的线路进行研究，计算各补偿度下送端补偿方式和受端补偿方式线路单相接地甩负荷过电压，计算结果分别如图３、图４所示。电力系统保护与控制（ｂ）受端补偿图２单端补偿线路示意图Ｆｉｇ．２Ｄｉａｇｒａｍｏｆｓｉｎｇｌｅ－ｊｕｎｃｔｉｏｎｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｍｏｄｅ补偿度‘补偿度，０（ａ】接地后送端甩负荷过电压Ｃｏ）接地后受端甩负荷过电压图３送端补偿方式线路接地甩负荷工频过电压Ｆｉｇ．３Ｐｏｗｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅｏｆｓｅｎｄｅｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄｌｉｎｅ补偿度／％补偿度／％（ａ）接地后送端尾负荷过电压（ｂ）接地后受端甩负荷过电压图４受端补偿方式线路接地甩负荷工频过电压Ｆｉｇ．４Ｐｏｗｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅｏｆｒｅｃｅｉｖｅｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄｌｉｎｅ从计算结果可以看出：送端补偿对接地后送端甩负荷过电压的限制效果明显，而对接地后受端甩负荷过电压几乎没有限制效果；受端补偿对接地后受端甩负荷过电压的限制效果明显，而对接地后受端甩负荷过电压几乎没有限制效果。单端补偿效果可综合概括为：单端补偿仅能限制高抗所在端甩负荷时的工频过电压。２）单端补偿方式的适用范围从上面的分析可知，单端补偿仅能限制线路一端接地甩负荷引起的过电压，同时，单端补偿由于其补偿点少，其经济性最好。基于这两个特点，单端补偿方式适用于以下两种特高压线路：①补偿前，仅有一端接地甩负荷之后工频过电压超标的线路。由于单端补偿只能对线路一端甩负荷过电压的限制效果明显，故单端补偿方式适用于两端电源特性存在较大差异，导致仅有某一端接地甩负荷工频过电压超标的线路。此时高抗应装在接地甩负荷后的过电压超标的那一端，对于图２所示线路，若接地后Ｐ端甩负荷过电压超标、ｑ端甩负荷过电压不超标，则单端补偿的高抗应加装在Ｐ端，反之，则加装在ｑ端。②加装高抗前，工频过电压未超标，但潜供电流超标的换位线路。实际中存在一些具有如下特点的短距离特高压线路（长度一般在１００～２００ｋｍ之间）：ａ．由于三相平衡度的要求，三相完全换位；ｂ．即使不使用限制措施其工频过电压也不会超出规程要求范围；Ｃ．潜供电流已较为严重，需加以限制。对于此类线路，若从工频过电压角度考虑，是不需加装高抗的。但从限制潜供电流角度考虑，由于线路换位，使用快速接地开关（ＨＳＧＳ）的效果不好【２．７】，使用高抗中性点小电抗更为有效，故这类线路一般也会加装高抗为使用中性点小电抗提供条件。而由于补偿方式对潜供电流的限制影响很小，故通常采用补偿点最少、经济性最好的单端补偿方式。需要指出的是，对于特高压双回线路在采用单端补偿来限制潜供电流时，两回线路的高抗应采用如图５所示的对角补偿方式，这样做更有利于正常运行时线路的无功平衡。线路正常运行时，回路１的高抗除了向本回路提供无功外，还通过ｑ端母线向回路２提供无功，回路２的高抗也通过同样的方式向两回线路提供无功，这样很好地避免了无功潮流的长距离输送。图５双回线路对角补偿示意图Ｆｉｇ．５Ｄｉａｇｒａｍｏｆｄｉａｇｏｎａｌｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｍｏｄｅｏｎ—ｄｏｕｂｌｅｃｉｒｃｕｉｔｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅ２．１．２两端补偿１）两端甩负荷引起的工频过电压均能被限制两端补偿方式下线路结构如图６所示。对不同长度、两端补偿的特高压线路进行仿真，为简单起；ｌＩ．１ｒ馨出廿捌易强，等特高压线路高抗补偿方案研究见，考虑送受端电源特性相同、对称补偿的情况，结果如图７所示。ｊ罂图６两端补偿线路示意图Ｆｉｇ．６Ｄｉａｇｒａｍｏｆｔｗｏ－ｊｕｎｃｔｉｏｎｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｍｏｄｅ图７两端补偿方式下线路工频过电压Ｆｉｇ．７Ｐｏｗｅｒ￣ｅｑｕｅｎｃｙｏｖｅｒｖｏｔｔａｇｅｏｆｔｗｏ－ｊｕｎｃｔｉｏｎｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄｌｉｎｅ从图７中可以看出，两端补偿的高抗对送、受端甩负荷引起的工频过电压均能很好的限制。且线路越长，过电压水平随补偿度的增加下降得越快。在较高补偿度下，不同长度线路的工频过电压均能被限制在较低水平。与单端补偿方式相比，高抗两端补偿方式的优势在于：两端补偿方式对线路故障送、受两端甩负荷引起的工频过电压均有很好的限制效果。２）甩负荷端的高抗对工频过电压的限制起决定作用以长度为４００ｋｍ的特高压线路为例，研究送、受端高抗补偿度对甩负荷过电压的影响。计算送、受端补偿度为各种组合时、线路单相接地后受端甩负荷过电压。从计算结果可以看出：在受端（甩负荷端）补偿度固定的情况下，改变送端补偿度，对工频过电压影响很小；而改变受端（甩负荷端）补偿度对过电压影响显著，增加受端（甩负荷端）补偿度，可明显降低受端甩负荷引起的工频过电压幅值。由于仅有甩负荷端高抗容量对工频过电压起决定作用，因此，在确定两端补偿线路的高抗补偿方案时，可分别以线路单相接地后送、受端甩负荷过电压确定线路送、受端高抗的容量。线路两端高抗对线路受端接地甩负荷工频过电压的限制效果如图８所示。ｅ邕图８线路两端高抗对线路受端接地甩负荷工频过电压的限制效果Ｆｉｇ．８Ｌｉｍｉｔｅｄｅｆｆｅｃｔｏｆｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｒｅａｃｔｏｒｓｏｎｔｗｏｊｕｎｃｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅｃａｕｓｅｄｂｙｌｏａｄｔｈｒｏｗ－ｏｆｆｏｆｌｉｎｅｒｅｃｅｉｖｅｄｅｎｄｇｒｏｕｎｄｉｎｇ２．１．３补偿方式的选择方法根据上面的研究结果，可将补偿方式的选择方法归纳如下：①计算补偿前线路两端接地甩负荷过电压，若两端接地甩负荷过电压均未超标，则在确定补偿度时不需考虑工频过电压这一因素，一般采用单端补偿以降低成本。②若线路加装高抗补偿前，仅一端接地甩负荷过电压超标，则考虑采用单端补偿方式。③若线路加装高抗补偿前，两端接地甩负荷过电压均超标，则考虑采用两端补偿方式。④若采用两端补偿时，补偿度超过上限才能将工频过电压限制在规程要求范围以内，则需采用分段补偿方式。２．２补偿度的确定２．２．１补偿度的确定应考虑的因素１）以工频过电压限制确定初步高抗容量配置方案在确定了高抗补偿方式之后，还需对选取高抗的补偿度。高抗补偿度越高，工频过电压越低，故高抗补偿度需大于某一值才能将工频过电压限制在规程要求的１．４Ｐ－ｕ＿以内ｌ引。其主要步骤如下：①对于单端补偿，逐步增加高抗的送端补偿度，计算高抗所在端甩负荷时的工频过电压；对于两端补偿，则首先将一端的高抗去掉，逐渐增加另一端高抗补偿度，计算高抗所在端甩负荷时的工频过电压，然后采用同样的方式计算对侧甩负荷时的工频过电压。②①对于单端补偿，根据步骤的计算结果，作．１０２．电力系统保护与控制出工频过电压与高抗补偿度的关系图。对于两端补偿，则两端分别作出工频过电压与高抗补偿度的关系曲线。③②在步骤所作出曲线基础上，作出纵轴工频过电压为１．４ｐ．ｕ．的水平线，工频过电压与高抗补偿度的关系曲线和１．４ｐ＿ｕ．水平线的交点的横坐标就是限制工频过电压所需要的高抗补偿度。２）其他因素高抗补偿度除了要满足限制工频过电压的要求外，还需考虑以下方面进行校核Ｊ：①潜供电流限制我国超、特高压线路主要采用高抗中性点小电抗限制潜供电流，其原理是通过小电抗将高抗的部分容量分配到线路的相间，使其与相间电容（双回线路则还包括回间电容）发生并联谐振以阻断潜供电流容性分量通路。故单回线路高抗容量至少高于线路相间容量，双回线路高抗容量只是高于相见电容和回间电容之和，以保证可限制潜供电流。②满足空载电压要求为使空载时线路两端电压低于１１００ｋＶ以满足投切空载线路的要求，线路无功设计时一般要求感性无功完全补偿线路充电功率的原则来确定，即高、低压电抗器总补偿度应达到或超过１００％。受到变压器第三绕组容量的限制，低压无功设备容量存在上限，故高抗容量应足够大，以使高、低压感性无功总补偿度达到或超过１００％。③避免产生谐振过电压［】高抗补偿度过大会产生高幅值谐振过电压，补偿度初步确定后应校核谐振过电压。④电抗标准容量目前，我国有２００Ｍｖａｒ，２４０Ｍｖａｒ以及３２０Ｍｖａｒ等几种固定容量的特高压高抗【２Ｊ，这会对特高压高抗配置研究产生两方面影响：ａ．在特高压高抗实际配置中，其补偿度也不可能连续变化，而只能阶梯状改变，这在研究中需要进行考虑；ｂ．每一个变电站或开关站最好只有一种规格的高压电抗器，以减小高抗备用数量，节约成本。⑤利于线路输送大功率时的无功平衡在线路输送大功率时，线路电感可产生大量的感性无功来平衡线路电容产生的容性无功，在线路输送自然功率时，两种则达到平衡。从无功平衡角度来看，此时接在线路上的大容量高抗是多余的，并且有两方面的负面作用：ａ．需要电源向其提供无功，大容量的无功流动使电能的损耗增加；ｂ．不利于无功平衡和电压控制，需增加了大量无功设备的投入平衡高抗的感性无功，在无功设备无法满足要求时甚至会影响线路的输送能力。故考虑上述两方面的影响，高抗补偿度应在满足其他功能的前提下尽量偏小。２．２．２补偿度的确定方法①以工频过电压限制确定高抗补偿度的初步方案；②考虑电抗标准容量，确定实际可行的方案；③以潜供电流限制、空载线路电压控制、避免②发生谐振，对步骤确定的补偿方案进行校核；④为利于线路输送大功率时的无功平衡，高抗补偿度在满足其他要求的前提下应尽量偏小。３分段补偿研究本节主要讨论特高压线路长度达到多大时需要采用分段补偿方式。３．１电源对工频过电压的影响在计算工频过电压时，为给出关于线路长度的定量分析结果，要求考虑各种电源情况。电源的特性主要包括电源零正序阻抗比和正序阻抗大小Ｌ９】。１）零正序阻抗比越大，过电压越高。在功率不变的情况下，研究电源零正序阻抗比对工频过电压的影响ｌ】０ｌ，计算电源零正序阻抗比为不同值时的工频过电压，结果如图９所示。图９电源阻抗对工频过电压的影响（恒功率）Ｆｉｇ．９Ｅｆｆｅｃｔｏｆｓｏｕｒｃｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｉｍｐｅｄａｎｃｅｏｎｐｏｗｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅ（ｃｏｎｓｔａｎｔｐｏｗｅｒ）可以看出，电压零正序阻抗比越大过电压越严重。故要计算最严重过电压，零正序阻抗比应取为最大。２）送、受端功角差固定时，正序阻抗越大，过电压越高。在输送功率相同的情况下，电压正序阻抗越大，工频过电压越高。但由于正序阻抗不同时，线路可输送的最大功率不同，所以仅考虑相同功率下正序阻抗对工频过电压的影响对比较不同正序阻抗时的易强，等特高压线路高抗补偿方案研究－１０３一最大工频过电压是没有意义的。按照静态稳定裕度３０％的要求，线路传输最大功率时，功角差为４４。。此时，正序阻抗越大则输送的最大功率越小，正序阻抗和最大输送功率是相互矛盾的两个因素。故有必要研究功角一定时，正序阻抗和输送功率这两个因素中哪个对工频过电压的影响更大。图１０为保持功角４４。时，电源正序阻抗为不同值时的工频过电压。电源正序阻抗／Ｑ图１０电源阻抗对工频过电压的影响（恒功角）Ｆｉｇ．１０Ｅｆｆｅｃｔｏｆｓｏｕｒｃｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｉｍｐｅｄａｎｃｅｏｎｐｏｗｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅ（ｃｏｎｓｔａｎｔｐｏｗｅｒａｎｇｌｅ）从图中可以看出，正序阻抗增加时，工频过电压逐渐升高，即阻抗增加和功率减小这两因素中，阻抗增加对工频过电压的影响更大。因此，在计算最严重过电压时，电源正序阻抗应取最大值。综上可知，在计算最严重工频过电压时，应在保证功角最大的前提下、选取电源零正序阻抗比和正序阻抗最大的运行方式，而计算最不严重工频过电压时，则相反。３．２需要采用分段补偿的线路长度随着线路长度的增加，线路工频过电压问题更加严重。对于特长特高压线路，采用两端补偿方式时，即使高抗补偿度达到上限（产生谐振），工频过电压仍可能超出规程要求范围。根据前面的研究结果，为包含绝大部分可能出现的情况，分别考虑最不严重情况（电源正序阻抗４０Ｑ，零正序阻抗比０．４）和最严重情况（电源正序阻抗１８０Ｑ，零正序阻抗比１．４），计算２００～６００ｋｍ线路沿线不同位置接地后末端甩负荷时的沿线最大工频过电压，功角差取４４。，若功率超过５０００Ｍｗ，则降低功角差时功率降至５０００Ｍｗ，补偿度取９０％，计算结果如图１１（ａ）所示。可以看出，随着线路长度增加，图１１中曲线中部逐渐凸起，即产生最大工频过电压的接地点位置逐渐向线路中部移动，且线路越长，中间凸起越明显，对于６００ｋｍ的线路，其中部接地时产生的沿线工频过电压最大值已远超过末端接地时的情况。接地故障点位置，』接地故障点位置／Ｉ（ａ）最不严重情况（ｂ）最严重情况图１１线路不同位置接地时过电压幅值Ｆｉｇ．１１Ｐｏｗｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅｃａｕｓｅｄｂｙｇｒｏｕｎｄｆａｕｌｔｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｏｓｉｔｉｏｎｓ图ｌ２给出了两种情况下各种长度线路的沿线最大工频过电压幅值，从中可以看出：１）对于最严重情况，线路长度超过５５０ｋｍ时，工频过电压已超过规程要求的１．４Ｐ．ｕ．。２）即使对于最不严重情况，线路长度超过５５０ｋｍ时，工频过电压也超过１．３３Ｐ．Ｕ．；线路长度达到６００ｋｍ时，工频过电压已十分接近１．４Ｐ．ｕ．。３）当长度小于５００ｋｍ时，过电压水平随线路长度增加的增速相对较缓慢，但线路长度超过５００ｋｍ时，两种情况下过电压水平的增速突然加快。线路长度／ｋｍ图１２线路最大工频过电压幅值Ｆｉｇ．１２Ｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅａｍｐｌｉｔｕｄｅ由于工频过电压一般在上述两种情况之间，同时考虑到工频过电压应与规程要求之间留有一定裕度，建议单段特高压线路长度不宜大于５５０ｋｍ。对于长度超过５５０ｋｍ的线路，要继续降低线路工频过电压，已不能增加高抗补偿度，而要从其他方面进行改进。从图１１中可以看出，长距离特高压线路中部接地引起的甩负荷工频过电压幅值最大，故可考虑改变高抗在线路上的布置以限制线路中部接地产生的工频过电压。由于高抗可有效降低其附近接地时产生的工频过电压，所以考虑在线路中间增加补偿点，将两端补偿的高抗容量更均匀地电力系统保护与控制分布到线路上，即采用分段补偿方式来限制线路中部接地产生的工频过电压Ｌｌ】。分段补偿实际上是将线路分成若干段，每段线路分别采用两端补偿或单端补偿方式，所以其各补偿点的补偿容量的确定方法与单端线路完全一样。图１３所示的为两段三点补偿方式。图１３两段三点补偿线路示意图，Ｆｉｇ．１３Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｗｏ－ｓｅｇｍｅｎｔｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄＵＨＶｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅ４算例以某特高压线路为例，确定其高抗补偿方案。系统结构如图９所示，线路长４００ｋｍ，两端各通过一台特高压变压器与５００ｋＶ系统相连，送端（ｐ端）零、正序等值阻抗分别为１５０、１４０，受端（ｑ端）零、正序阻抗分别为１００、１１０；线路杆塔采用猫头塔。％１５０ｄ４００ｋｍ’‰＝１００Ｑ蜀ｌ４０ｎＸｉｑ＝ｌ１０Ｑ图１４系统示意图Ｆｉｇ．１４Ｄｉａｇｒａｍｏｆｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅ安装步骤确定补偿方案：１）考虑过电压最严重的情况，即功角为４４。时的过电压，此时功率为２６００ＭＷ。２）首先确定补偿方式。通过计算可得，在不加高抗补偿时，送、受端接地甩负荷的过电压分别为１．５４ｐ－ｕ＿和１．６４Ｐ．Ｕ．，均超过规程所规定的１．４Ｐ－ｕ．，故考虑采用两端补偿方式。３）受端补偿度置零，逐渐增加送端补偿度，计算送端接地甩负荷的工频过电压；送端补偿度置零，逐渐增加受端补偿度，计算受端接地甩负荷的工频过电压。分别作出两端甩负荷过电压随补偿度变化的曲线，如图ｌ５所示。４）从图１５可以看出，送端加装补偿度约为２０％即可，受端加装补偿度也只需约２５％。目前已有的电抗器单相容量有２００Ｍｖａｒ、２４０Ｍｖａｒ和３２０Ｍｖａｒ三种，其容量分别为４００ｋｍ特高压线路充电功率的２８．１％、３３．８％和４５．０％。故安装高抗容量取小原则，初步定为两端均加装３×２００Ｍｖａｒ的高抗，总补偿度为５６．２％。—ｅ一送端甩负荷—各一受端甩负荷Ｏｌ０２０３０４０５０补偿度，％图１５不同补偿度下的工频过电压Ｆｉｇ．１５Ｐｏｗｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｄｅｇｒｅｅｓ５）以潜供电流的限制确定高抗补偿度下限。测得线路正序和零序电容分别为０．０１３８￣／ｋｒｎ和０．００８５￣／ｋｒｎ，得相间电容为０．００１８恤。故可得相问电容容量占整个充电功率的比例为３８．４％，即按潜供电流的限制确定的补偿度下限为３８．４％，考虑一定裕度取５０％。６）考虑空载线路电压控制确定高抗补偿度下限。变压器第三绕组每相容量为３３４Ｍｖａｒ，低压电抗器容量每相为８０Ｍｖａｒ，故每台变压器每相最多可装四台低抗，总容量３２０Ｍｖａｒ，即两端变压器各向线路提供３×３２０Ｍｖａｒ＝９６０Ｍｖａｒ。由线路正序电容得线路每百公里充电功率为５３２Ｍｖａｒ。故补偿度下限为：二±×ｌ００％：×，—５３ｌｘ４－（９—６０＋９６０）×１００％：１０％５３１×４即按空载线路电压控制确定的补偿度下限为１０％。７）考虑小电抗计算理论值和实际所需值１５％的偏差、高抗一２．５％偏差、频率±２Ｈｚ偏差，得出为避免谐振电压的补偿度上限为９０％。８）综合５）、６）所确定的下限和步骤７）所确定的上限，可以看出，初步补偿方案中５６．２％的总补偿度未超出补偿度的上下限，是合理的。故高抗补偿方案为：ａ）补偿方式：采用两端补偿方式；ｂ）补偿容量：线路送、受端端均加装３×２００Ｍｖａｒ的高抗。５结论１）单端补偿方式适用于：补偿前仅有一端接地！ｌｌ１．ｄ，鎏蹬掣魁易强，等特高压线路高抗补偿方案研究．１０５．甩负荷之后工频过电压超标的线路，以及工频过电压未超标，但潜供电流超标的换位线路。２）对于两端补偿的线路，甩负荷端的高抗对工频过电压的限制起决定作用，可分别以线路单相接地后送、受端甩负荷过电压确定线路送、受端高抗的容量。３）根据工频过电压限制确定补偿方式，以工频过电压限制确定高抗补偿度的初步方案之后，之后需利用潜供电流的限制和空载线路电压控制、谐振过电压对其进行校核。４）送、受端功角差固定时，正序阻抗越大，过电压越高。在保证功角最大的前提下、选取电源零正序阻抗比和正序阻抗最大的运行方式，计算最严重工频过电压。５）单段特高压线路长度不宜大于５５０ｋｍ，超过５５０ｋｍ时宜采用分段补偿方式。其各补偿点的补偿容量的确定方法与单端线路完全一样。参考文献［１］周浩．发展我国交流特高压输电的建议［Ｊ］．高电压技术，１９９６，２２（１）：２５．２７．ＺＨＯＵＨａｏ．ＳｕｇｇｅｓｔｉｏｎｏｆｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇＵＨＶｉｎＣｈｉｎａ【Ｊ］．—ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９６，２２（１）：２５２７．［２］刘振亚．特高压交流输电技术研究成果专辑（２００５年）【Ｍ】．北京：中国电力出版社，２００６．——ＬＩＵＺｈｅｎｙａ．Ｕｌｔｒａｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅ（ＵＨＶ）ＡＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｒｅｓｅａｒｃｈａｃｈｉｖｅｍｅｎｔｓ（２００５）【Ｍ】．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＰｒｅｓｓ，２００６．［３］刘振亚．特高压电网［Ｍ】．北京：中国经济出版社，２００５．ＬＩＵＺｈｅｎ－ｙａ．Ｕｌｔｒａ－ｈｉｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｇｒｉｄ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＥｃｏｎｏｍｙＰｒｅｓｓ，２００５．［４］陈慈萱．电气工程基础【Ｍ】．北京：中国电力出版社，２００３．ＣＨＥＮＣｉ－ｘｕａｎ．Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＰｒｅｓｓ，２００３．［５］江林，王自强，张庆庆，等．５００ｋＶ及２２０ｋＶ自耦变压器对电网单相短路电流的影响［Ｊ］．电力系统保护与控制，２００８，３６（１８）：１０８．１１２．—ＪＩＡＮＧＬｉｎ，ＷＡＮＧＺｉｑｉａｎｇ，ＺＨＡＮＧＱｉｎｇ－ｑｉｎｇ，ｅｔａ１．Ｉｍｐａｃｔｏｆｕｓｉｎｇ５００ｋＶａｎｄ２２０ｋＶａｕｔｏｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓｔｏ—ｔｈｅｓｉｎｇｌｅｐｈａｓｅｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔｃｕｒｒｅｎｔ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２００８，３６（１８）：１０８．１１２．［６］王渝红，赵丽平，李群湛，等．５００ｋＶ交流长线路稳定性及其提高措施研究［Ｊ］．电力系统保护与控制，２００８，３６（１９）：５３－５７．—ＷＡＮＧＹｕ－ｈｏｎｇ，ＺＨＡＯＬｉｐｉｎｇ，ＬＩＱｕｎ－ｚｈａｎ，ｅｔａ１．Ｓｔｕｄｙｏｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆ５００ｋＶＡＣｌｉｎｅｓａｎｄｉｔｓｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｓ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄ—Ｃｏｎｔｒｏｌ，２００８，３６（１９）：５３５７．［７］吴剑凌，张思，张仪，等．特高压线路采用ＨＳＧＳ限制潜供电流的研究［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１０，—３８（６）：５２５５．—ＷＵＪｉａｎｌｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＳｉ，ＺＨＡＮＧＹｉ，ｅｔａ１．ＳｔｕｄｙｏｎｓｅｃｏｎｄａｒｙａｒＣｃｕｒｒｅｎｔｏｆｕＨＶＨｎｅｕｓｉｎｇＨＳＧＳ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１０，３８（６）：—５２５５．［８］ＧＢ／Ｚ２４８４２．２００９，１０００ｋＶ特高压交流输变电工程过电压和绝缘配合【Ｓ】．２００９．［９］ＭａｎｏｅｌＡｆｏｎｓｏｄｅＣａｒｖａｌｈｏ．Ｊｒ．ＬｕｉＡｎｔｏｎｉｏＭａｇｎａｔａｄａＦｏｎｔｅ．Ｓｔｅａｄｙｓｔａｔｅａｎｄｔｒａｎｓｉｅｎｔｖｏｌｔａｇｅｃｏｎｔｒｏｌｏｎｌｏｎｇ—ＥＨＶｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ，２００１，９（１）：４０９４１４．［１０］李红玉，黄燕艳，施围．良导体地线限制超高压输电系统工频过电压的作用［Ｊ］．高压电器，２００４，４０（３）：１８６．１８８．—ＬＩＨｏｎｇ－ｙｕ，ＨＵＡＮＧＹａｎｙａｎ，ＳＨＩＷｌｅｉ．ＥｆｆｅｃｔｏｆＡＣＳＲｏｎｓｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇｐｏｗｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅｏｆＥＨＶｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ［Ｊ】．ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＡｐｐａｒａｔｕｓ，２００４，４０（３）：１８６．１８８．［１１］黄佳，王钢，李海锋，等．１０００ｋＶ长距离交流输电线路工频过电压仿真研究ｆＪ】．继电器，２００７，３５（４）：３２．３９．—ＨＵＡＮＧＪｉａ，ＷＡＮＧＧａｎｇ，ＬＩＨａｉｆｅｎｇ，ｅｔａ１．ＳｔｕｄｙｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅｓｆｏｒｕＨＶＡＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓ【Ｊ】＿Ｒｅｌａｙ，２００７，３５（４）：—３２３９．［１２］陈德树，唐萃，尹项根，等．特高压交流输电继电保护及相关问题『Ｊ１．继电器，２００７，３５（５）：１－３．ＣＨＥＮＤｅ－ｓｈｕ，ＴＡＮＧＣｕｉ，Ｙ１ＮＸｉａｎｇ－ｇｅｎ，ｅｔａ１．ＳｐｅｃｉａｌｉｓｓｕｅｓａｎｄｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｏｎｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅｒｅｌａｙｉｎｇａｐｐｌｉｅｄｉｎＵＨＶｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅ［Ｊ】．Ｒｅｌａｙ，２００７，３５（５）：１－３．收稿日期：２０１０－１０－２１；修回日期：２０１０－１２－０３作者简介：易强（１９８６－），男，硕士研究生，从事电力系统过电压方面的研究：Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｉｑｉａｎｇｌ７＠ｙａｈｏｏ．ｃｎ周浩（１９６３－），男，教授，博导，从事高电压测量和电力系统过电压等方面的研究。