500kV和220kV系統(tǒng)電壓諧波水平之間的關(guān)系分析

趙玲娜

(江西省電力公司檢修分公司，江西 南昌 330096)

在電力系統(tǒng)中，各級(jí)系統(tǒng)間的電力諧波會(huì)在變壓器工作過程發(fā)生滲透，通常情況下，低級(jí)系統(tǒng)向高級(jí)系統(tǒng)的諧波滲透系數(shù)較小，諧波基本忽略不計(jì)，但諧波在由高級(jí)系統(tǒng)向低級(jí)系統(tǒng)滲透時(shí)，滲透系數(shù)較大(接近1.0)，此時(shí)存在的諧波就不可忽視。這種諧波傳遞關(guān)系在≤220kV的各系統(tǒng)中都是成立的，所以在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》GB14549-2008)中，規(guī)定的電力系統(tǒng)各系統(tǒng)電壓諧波畸變率允許值設(shè)定都是高級(jí)系統(tǒng)小于低級(jí)系統(tǒng)。但筆者通過計(jì)算、分析220kV與500kV系統(tǒng)間的諧波傳遞系數(shù)，卻發(fā)現(xiàn)其諧波傳遞關(guān)系與這一規(guī)律并不符合，由此表明，500kV系統(tǒng)的諧波特性具有特殊性，在設(shè)定電壓諧波畸變率時(shí)，需做特殊考慮。

一 從下級(jí)向上級(jí)的諧波傳遞系數(shù)計(jì)算

500kV變電站中高壓與中壓系統(tǒng)間的典型接線方式，如圖一所示，其中500kV聯(lián)絡(luò)變壓器是自耦變壓器。設(shè):500kV系統(tǒng)h次諧波源Uah產(chǎn)生的諧波電壓為U1h;220kV系統(tǒng)的h次諧波源Ubh產(chǎn)生的諧波電壓為U2h;h次Ubh諧波源產(chǎn)生的諧波傳遞到500kV系統(tǒng)中的諧波電壓為Uhlh;h次Uah諧波源產(chǎn)生的諧波傳遞到220kV系統(tǒng)中的諧波電壓為Uhhl。可得出h次220kV、500kV母線上的諧波電壓為:Ubh=Uhhl+U2h;Uah=Uhlh+U1h。其他等級(jí)電壓系統(tǒng)相鄰間的諧波電壓關(guān)系也符合上式關(guān)系。

圖一 22kV與500kV的接線示意圖

滲透諧波電壓(Uhlh、Uhhl)的大小不僅與諧波源產(chǎn)生的諧波電壓(U1h、U2h)大小有關(guān)系，還與兩個(gè)系統(tǒng)的上級(jí)母線與下級(jí)母線間的諧波電壓(h次)傳遞系數(shù)(Thlh、Thhl)緊密相關(guān)。其中Thlh可定義為:下級(jí)對(duì)上級(jí)系統(tǒng)的諧波電壓(h次)傳遞系數(shù)，Thlh=Uhlh/Uhhl;Thhl可定義為:上級(jí)對(duì)下級(jí)系統(tǒng)的諧波電壓(h 次)傳遞系數(shù)，Thhl=Uhhl/Uhlh。

(一)≤220kV電壓系統(tǒng)的諧波傳遞系數(shù)情況

根據(jù)《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》，對(duì)≤220kV電壓系統(tǒng)，按照各母線上的諧波電流限值進(jìn)行計(jì)算，通過諧波潮流程序，計(jì)算出各系統(tǒng)母線間的諧波傳遞系數(shù)Thlh數(shù)值，如表1所示。從表一可知，所有諧波傳遞系數(shù)(Thlh)值均＜1.0，并且 Thlh的變化與電壓等級(jí)呈負(fù)相關(guān)。同時(shí)，各母線上的諧波電壓含有率(HRUh)也與電壓等級(jí)呈負(fù)相關(guān)，與相關(guān)文獻(xiàn)中的HRUh限值基本吻合。這說明在不考慮500kV系統(tǒng)的情況下，各電壓等級(jí)間的諧波電壓傳遞是合理的。諧波從低向高進(jìn)行傳遞，傳遞系數(shù)是非常小的。

(二)≤500kV系統(tǒng)的諧波傳遞系數(shù)情況

1.無諧波源下的傳遞系數(shù)計(jì)算。將500kV系統(tǒng)假定為無諧波源，≤220kV各等級(jí)母線的諧波電流取值同上，計(jì)算出的Thlh如表二所示。從表二可知，220kV、500kV系統(tǒng)間的 Thlh(T1lh～T4lh)均 ＞1.0，同時(shí) 500kV系統(tǒng)的 HRUh值也都比220kV系統(tǒng)的HRUh值大。綜合分析表一和表二相關(guān)數(shù)據(jù)，可看出≤220kV各系統(tǒng)間的諧波傳遞系數(shù)變化規(guī)律一致，Thlh＜1.0;220kV～500kV系統(tǒng)間的諧波電壓傳遞系數(shù)變化則有所不同，Thlh＞1.0。

2.注入諧波電流下的500kV系統(tǒng)傳遞系數(shù)計(jì)算。采用勵(lì)磁諧波電流在500kV母線上注入諧波，≤220kV各系統(tǒng)的諧波電流注入同上。經(jīng)計(jì)算，得出的HRUh數(shù)值表明500kV系統(tǒng)的HRUh均大于220kV系統(tǒng)的HRUh值，≤220kV各系統(tǒng)的HRUh值隨電壓的升高而減小;500kV與220kV母線間的傳遞系數(shù)Thlh均 ＞1.0，≤220kV 各系統(tǒng)的傳遞系數(shù) Thlh絕大部分 ＜1.0，與表二數(shù)據(jù)相符合。由此表明，220kV、500kV系統(tǒng)間的諧波電壓傳遞與其他電壓等級(jí)間的諧波電壓傳遞確實(shí)是不相同的。

二 從上級(jí)向下級(jí)的諧波傳遞系數(shù)計(jì)算

在500kV母線上注入諧波電流的情況下，計(jì)算出的各母線(上級(jí)向下級(jí)滲透)間的諧波電壓傳遞系數(shù)(Thhl)詳見表三。分析表中數(shù)據(jù)，可知各電壓等級(jí)系統(tǒng)間的傳遞系數(shù)Thhl的取值范圍基本在0.60 ～0.93，部分 Thhl≥1.0。從表三中，還可以發(fā)現(xiàn)，220kV、500kV系統(tǒng)間，諧波次數(shù)越低的諧波電壓滲透性越強(qiáng)。由于這二者間多采用自耦變壓器(Y0/Y0接線)，針對(duì)3次諧波，變壓器連接的兩個(gè)系統(tǒng)完全相通，所以中、低壓系統(tǒng)的諧波極易滲透到超高壓系統(tǒng)中。實(shí)際測(cè)量顯示，HRU3值偏高，是造成500kV諧波水平較高的主要原因。另外，500kV系統(tǒng)是最高等級(jí)電壓系統(tǒng)，它在諧波傳輸、諧波阻抗性能方面都較為特殊性，這也是導(dǎo)致其諧波水平偏高的重要原因。

三 總結(jié)

綜上所述，220kV、500kV系統(tǒng)間的諧波電壓滲透性較強(qiáng)，諧波從低級(jí)向高級(jí)系統(tǒng)傳遞，其傳遞系數(shù)偏大(Thlh接近1.0)，這與≤220kV各系統(tǒng)的傳遞系數(shù)變化規(guī)律不相同。在設(shè)定500kV母線諧波電壓的HRUh限值時(shí)，需要特殊考慮，這是因?yàn)?，電壓等?jí)越高HRUh值越小這一規(guī)律，僅適用于≤220kV的各系統(tǒng)，并不適用于500kV系統(tǒng)。對(duì)于500kV系統(tǒng)的諧波標(biāo)準(zhǔn)制定，需要考慮傳遞系數(shù)(Thlh)的變化特點(diǎn)，同時(shí)還要考慮到500kV系統(tǒng)的諧波傳輸特性、諧波阻抗特性以及諧波源等方面的特殊性。只有充分考慮到500kV系統(tǒng)各方面的特殊性，才能設(shè)定出最為合理的諧波限值。

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[2]岳昊.特高壓交流輸電系統(tǒng)諧波特性的研究[D].華北電力大學(xué)(北京)，2010.

[3]林武漢.500kV/220kV高低壓環(huán)網(wǎng)電磁解環(huán)的相關(guān)研究[J].華電技術(shù)，2008，10：4-6+40.