750kV分級(jí)投切式可控高壓并聯(lián)電抗器的動(dòng)態(tài)模擬研究

秦睿，郭文科，王惠中

(1.甘肅省電力科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730050;2.蘭州理工大學(xué) 電氣工程與信息工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050)

0 引言

為解決煤炭、水利、風(fēng)能等一次能源與負(fù)荷中心分布極不平衡的問(wèn)題，我國(guó)交流電力系統(tǒng)骨干網(wǎng)架宜采用超/特高壓緊湊型線路實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、大容量的輸電，達(dá)到資源的集約配置[1]。在超/特高壓電網(wǎng)中，可控并聯(lián)電抗器(controlled shunt reactor，CSR)可簡(jiǎn)化系統(tǒng)無(wú)功電壓控制、抑制工頻過(guò)電壓和操作過(guò)電壓、消除發(fā)電機(jī)自勵(lì)磁、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償線路充電功率、抑制潛供電流、阻尼系統(tǒng)諧振等功能，除了具有傳統(tǒng)并聯(lián)電抗器的優(yōu)點(diǎn)以外，可以平滑調(diào)節(jié)系統(tǒng)無(wú)功功率，對(duì)系統(tǒng)擾動(dòng)所引起的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定反應(yīng)迅速，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，增大輸電能力，提高電網(wǎng)的運(yùn)行效益[2－5]。

1 SCSR的結(jié)構(gòu)及工作原理

圖1所示為感性無(wú)功功率的控制[6]。

2 SCSR保護(hù)系統(tǒng)的特點(diǎn)及功能

2.1 SCSR保護(hù)系統(tǒng)的特點(diǎn)

目前，我國(guó)已開(kāi)始了對(duì)750kV分級(jí)投切式可控高抗的研制和生產(chǎn)，750kV分級(jí)投切式可控高抗的保護(hù)配置也正處于研發(fā)階段，其保護(hù)的研究主要有以下特點(diǎn)[7，8]:

首先，相對(duì)于傳統(tǒng)的固定高抗，750kV分級(jí)投切式可控高抗除了一次線圈外還有二次線圈，所以750kV分級(jí)投切式可控高抗保護(hù)的配置也就變得復(fù)雜一些。

其次，根據(jù)750kV分級(jí)投切式可控高抗的工作原理可知，其實(shí)質(zhì)上是在100%工作容量下二次繞組工作于短路狀態(tài)的高阻抗變壓器。為了實(shí)現(xiàn)容量的可控，二次繞組是根據(jù)串接電抗值的不同分級(jí)調(diào)節(jié)電抗器的工作容量，由此，二次繞組最大的特點(diǎn)是二次繞組在各種容量下的短路電流都小于其各級(jí)容量下的工作電流。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的保護(hù)都是根據(jù)短路情況下電壓的降低和電流的增大來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以這個(gè)特點(diǎn)給保護(hù)的配置加大了難度。

再次，750kV分級(jí)投切式可控高抗最大的特點(diǎn)是，在100%工作容量下二次繞組50%金屬性匝間短路時(shí)，其短路環(huán)電流為零，此時(shí)二次電流為額定工作電流，保護(hù)很難檢測(cè)到此種故障。

圖1 分級(jí)投切式可控高壓并聯(lián)電抗器單相原理接線

2.2 SCSR保護(hù)系統(tǒng)功能

為了保證750kV分級(jí)投切式可控高抗安全穩(wěn)定的運(yùn)行，其保護(hù)系統(tǒng)主要提供以下功能的保護(hù)[9－12]:閥拒觸發(fā)保護(hù);閥持續(xù)觸發(fā)保護(hù);閥裕度不足保護(hù);閥過(guò)電壓保護(hù);斷路器誤動(dòng)保護(hù);斷路器失靈保護(hù);暫態(tài)保護(hù)。

2.2.1 閥保護(hù)

可控高抗晶閘管閥工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，用于投切與之并聯(lián)的電抗器。其閥保護(hù)主要由閥拒觸發(fā)保護(hù)、閥持續(xù)觸發(fā)保護(hù)、閥裕度不足保護(hù)和閥過(guò)電壓保護(hù)等組成。其中，閥拒觸發(fā)保護(hù)和閥持續(xù)觸發(fā)保護(hù)主要用于保護(hù)閥觸發(fā)系統(tǒng)的故障;閥裕度不足保護(hù)主要用于保護(hù)閥裕度不足時(shí)避免因承受過(guò)電壓而導(dǎo)致?lián)p壞;閥過(guò)電壓保護(hù)主要用于保護(hù)串聯(lián)負(fù)載電抗器斷線引起的閥過(guò)電壓。

2.2.2 斷路器保護(hù)

斷路器保護(hù)主要包含斷路器誤動(dòng)保護(hù)和斷路器失靈保護(hù)。斷路器誤動(dòng)保護(hù)分為斷路器誤分保護(hù)和斷路器誤合保護(hù)。斷路器失靈保護(hù)分為合閘失靈保護(hù)和分閘失靈保護(hù)。

3 SCSR動(dòng)模試驗(yàn)研究

3.1 SCSR模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

750kV分級(jí)投切式可控高抗動(dòng)模試驗(yàn)建立試驗(yàn)系統(tǒng)模型為750kV新疆西藏聯(lián)網(wǎng)工程中的哈密經(jīng)敦煌到酒泉的同塔雙回等值輸電系統(tǒng)。模型系統(tǒng)如圖2所示。其中，哈密側(cè)用一臺(tái)同步發(fā)電機(jī)模擬哈密等值系統(tǒng)。酒泉側(cè)用無(wú)窮大電源模型模擬酒泉等值系統(tǒng)?？煽馗呖拱惭b在敦煌750kV母線側(cè)?？煽馗呖贡倔w為一臺(tái)高短路阻抗變壓器，其二次側(cè)并聯(lián)不同的分級(jí)電抗，通過(guò)對(duì)各級(jí)電抗的短接實(shí)現(xiàn)變壓器整體短路阻抗的分級(jí)調(diào)節(jié)，可控高抗具體參數(shù)見(jiàn)表1。哈密～敦煌，敦煌～酒泉分別為兩回同塔雙回輸電線路。

圖2 動(dòng)模試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 SCSR模擬裝置的參數(shù)設(shè)定

當(dāng)用于模擬750kV輸電系統(tǒng)中 SCSR時(shí)，參考實(shí)際系統(tǒng)中SCSR的 CT變比 kIr=800/1，PT變比 kUr=750/0.1，實(shí)驗(yàn)室動(dòng)模系統(tǒng) SCSR 選取 CT變比 kIm=2/1，PT變比 kUm=1.5/0.1，則實(shí)際系統(tǒng)中SCSR與實(shí)驗(yàn)室模擬SCSR的容量比為

若模擬實(shí)際系統(tǒng)額定容量為300 Mvar的SCSR，則模擬SCSR的額定容量為:

可控高抗模擬裝置模擬量變比參數(shù)設(shè)置，具體見(jiàn)表2。

表1 SCSR裝置主體參數(shù)

表2 SCSR裝置模擬量變比

3.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)論

根據(jù)《UP/CSR_CP－10可控高抗控制保護(hù)系統(tǒng) RTDS動(dòng)模試驗(yàn)報(bào)告》的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析[13]。

3.3.1 斷路器保護(hù)

斷路器保護(hù)試驗(yàn)包括可控高抗二次各級(jí)斷路器的拒動(dòng)作及誤動(dòng)作試驗(yàn)。

(1)斷路器拒動(dòng)作試驗(yàn)

由控制保護(hù)系統(tǒng)下達(dá)容量調(diào)節(jié)命令，而RTDS中相應(yīng)的斷路器設(shè)置為不受外部控制系統(tǒng)控制，而人為制造斷路器拒動(dòng)現(xiàn)象，包括分閘失靈及合閘失靈兩種情況。在該試驗(yàn)中，分別模擬50%、75%、及100%級(jí)斷路器拒動(dòng)作，無(wú)論是分閘失靈還是合閘失靈試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果均為失靈后閉鎖本級(jí)容量。

(2)斷路器誤動(dòng)試驗(yàn)

斷路器誤動(dòng)試驗(yàn)中，可控高抗的二次側(cè)旁路斷路器在未收到外部控制保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出的動(dòng)作信號(hào)的情況下，利用RTDS內(nèi)部邏輯控制模型中相應(yīng)的斷路器進(jìn)行誤合閘及誤分閘操作。斷路器誤合閘時(shí)，閉鎖本級(jí)及以下級(jí)別的容量調(diào)節(jié);斷路器誤分時(shí)，只閉鎖本級(jí)容量調(diào)節(jié)。

3.3.2 閥保護(hù)

當(dāng)閥過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)，觸發(fā)100%級(jí)閥，并閉合100%級(jí)斷路器，禁止高抗所有容量等級(jí)的調(diào)節(jié)。若100%級(jí)斷路器有故障，則跳高抗斷路器。當(dāng)閥拒觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作時(shí)，發(fā)出報(bào)警，并啟動(dòng)故障錄波。當(dāng)閥持續(xù)導(dǎo)通保護(hù)動(dòng)作或者閥裕度不足保護(hù)動(dòng)作時(shí)，閉合該級(jí)旁路斷路器，如該級(jí)斷路器禁止操作，則觸發(fā)上一級(jí)閥并合上一級(jí)斷路器，若100%級(jí)斷路器有故障，則跳高抗斷路器。

利用RTDS控制邏輯，控制接受到閥觸發(fā)信號(hào)后將其展寬，模擬閥在接受到觸發(fā)信號(hào)后持續(xù)導(dǎo)通的狀態(tài)。模擬持續(xù)導(dǎo)通時(shí)間分別設(shè)為420 ms(I段定值)及620 ms(II段定值)。當(dāng)持續(xù)導(dǎo)通時(shí)間為420 ms時(shí)，各級(jí)的A、B、C相閥持續(xù)導(dǎo)通保護(hù)動(dòng)作，上兩級(jí)旁路斷路器閉合，同時(shí)閉鎖本級(jí)及上一級(jí)容量調(diào)節(jié)。當(dāng)持續(xù)導(dǎo)通時(shí)間大于II段時(shí)間定值時(shí)，三級(jí)容量閉鎖，并跳開(kāi)高抗的一次側(cè)母線斷路器，如圖3所示，即50%級(jí)A相閥持續(xù)導(dǎo)通試驗(yàn)錄波圖，導(dǎo)通時(shí)間為530 ms，100%與75%級(jí)旁路拒動(dòng)，所有開(kāi)關(guān)均跳開(kāi)。試驗(yàn)中如果閥持續(xù)導(dǎo)通保護(hù)動(dòng)作后，閥仍持續(xù)導(dǎo)通，則跳開(kāi)高抗的一次側(cè)母線斷路器。

圖3 閥持續(xù)導(dǎo)通保護(hù)試驗(yàn)錄波圖

4 結(jié)束語(yǔ)

(1)分級(jí)投切式可控高抗是將變壓器和電抗器設(shè)計(jì)成一體，將變壓器的漏抗設(shè)計(jì)為100%，根據(jù)其工作原理和特點(diǎn)可知，理論上能實(shí)現(xiàn)無(wú)過(guò)渡過(guò)程控制，具有諧波電流小、響應(yīng)速度快、功率損耗小等優(yōu)點(diǎn);

(2)分級(jí)投切式可控高抗由于其自身的特點(diǎn)，它的保護(hù)配置具有一定的難度和研究?jī)r(jià)值。為了給我國(guó)的超/特高壓工程做好充分的準(zhǔn)備工作，可控高抗保護(hù)的研究顯得尤為重要。

(3)對(duì)分級(jí)投切式可控高抗保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果表明，分級(jí)投切式可控高抗的閥保護(hù)及斷路器保護(hù)滿足要求，能夠保證可控高抗穩(wěn)定安全的運(yùn)行。

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