特高壓交流輸電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償策略分析

李靜雅

（三峽大學(xué)，湖北 宜昌 443002）

1 特高壓無(wú)功功率及電壓特性

高電壓、遠(yuǎn)距離的特高壓交流輸電線路，必須對(duì)線路的分布參數(shù)特性進(jìn)行考慮。特高壓輸電線路通常采用8～10分裂導(dǎo)線，導(dǎo)線的直徑通常在1 100 mm左右，單位長(zhǎng)度的電阻減少很多，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于單位長(zhǎng)度的電抗，大約為單位長(zhǎng)度電抗的2%左右，同時(shí)特高壓電壓等級(jí)較高，輸電電流相對(duì)較小［1］。因此在對(duì)特高壓無(wú)功電壓進(jìn)行分析時(shí)，可以假設(shè)其屬于無(wú)損線路。特高壓長(zhǎng)線路的等值電路如圖1所示。

圖1 特高壓長(zhǎng)線路等值電路示意圖

根據(jù)圖1所示，可以利用下面的公式描述特高壓輸電線路沿線電壓及電流的無(wú)損長(zhǎng)線路：

以受端電壓＝UR∠0°以及自然功率Sn＝／Zc為基礎(chǔ)取標(biāo)幺值，如果受端傳輸功率為SR＊＝PR＊＋jQR＊，則公式（1）的標(biāo)幺值可以采用下面的公式進(jìn)行表示：

如圖1所示，長(zhǎng)度為l的線路所產(chǎn)生的充電無(wú)功采用b0的充電功率積分形式來(lái)表示，標(biāo)幺值如下：

結(jié)合公式（2）中的電壓方程，可以用下面的公式表示長(zhǎng)線路充電功率：

與充電功率分析類(lèi)似，長(zhǎng)度為l的線路的無(wú)功損耗采用x0的積分形式來(lái)表示，標(biāo)幺值如下：

結(jié)合公式（2）中的電壓方程，可以用下面的公式表示長(zhǎng)線路無(wú)功損耗：

2 特高壓無(wú)功補(bǔ)償方法

在現(xiàn)代大型電力系統(tǒng)中，特高壓輸電網(wǎng)的線路分布電容能產(chǎn)生大量的無(wú)功功率，從系統(tǒng)運(yùn)行考慮，需要裝設(shè)并聯(lián)電抗器予以吸收，根據(jù)我國(guó)有關(guān)技術(shù)導(dǎo)則，高壓電網(wǎng)應(yīng)按無(wú)功分層就地平衡的基本要求配置高、低壓并聯(lián)電抗器［2］。

線路在不同的傳輸功率下，所注入變電站無(wú)功的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

變電站兩端采取送受端恒電壓控制所能傳輸?shù)墓β蕵O限要大，既能提高線路的傳輸能力，又可抑制工頻過(guò)電壓，因此保持特高壓變電站為給定的數(shù)值應(yīng)作為變電站無(wú)功控制的目標(biāo)，由此提出特高壓變電站無(wú)功補(bǔ)償量的計(jì)算方法，導(dǎo)出相應(yīng)的算式：

上式可以用于規(guī)劃設(shè)計(jì)與運(yùn)行調(diào)度，規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，按輸電線的最大傳輸功率與最小傳輸功率規(guī)劃值，以保持額定電壓為控制目標(biāo)，計(jì)算無(wú)功補(bǔ)償器的安裝容量；運(yùn)行時(shí)，按調(diào)度給定的有功負(fù)荷和電壓曲線，計(jì)算各個(gè)時(shí)段無(wú)功補(bǔ)償器的投入容量、自然功率的計(jì)算電壓與給定電壓相同。

3 特高壓電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)

本文以某特高壓試驗(yàn)示范工程為例，該工程中包括變電站A、B、C，其中變電站A與變電站B之間的線路長(zhǎng)度為363 km，變電站B與C之間的線路長(zhǎng)度為291 km。設(shè)計(jì)擬采用的高抗配置如下：變電站A側(cè)的高抗配置容量為96萬(wàn)kVar；變電站B兩側(cè)高抗配置容量均為72萬(wàn)kVar；變電站C側(cè)的高抗配置容量為60萬(wàn)kVar。設(shè)計(jì)擬采用的抵押無(wú)功補(bǔ)償配置方案具體為：變電站A和C配置低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置，低壓電容器的單組容量為24萬(wàn)kVar，低壓電抗器單組容量為24萬(wàn)kVar。兩站各配置3組低壓電容和2組低壓電抗。

3.1 低壓無(wú)功需求分析

（1）低壓并聯(lián)電電容器

低壓電容器補(bǔ)償容量的計(jì)算公式如下［3］：

式中，QC表示低壓電容器的補(bǔ)償容量；QLT表示變壓器的無(wú)功功率損耗；QL表示輸電線路串抗的無(wú)功功率損耗；QB表示輸電線路電容的充電功率；QG表示線路首末端高抗的配置容量。

在變電站A中，吸收無(wú)功的元件包括：變壓器無(wú)功損耗、A站－B站線路無(wú)功損耗、A站與B站的高抗（960＋720）MVar，發(fā)出無(wú)功的元件包括：A站－B站線路充電功率、低容，兩者相互平衡之后求出低容需補(bǔ)償容量。

代入主變勵(lì)磁電抗等參數(shù)計(jì)算可知，系統(tǒng)輸送2 400 MW容量時(shí)，變電站A低容需補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率約為560 MVar，變電站C側(cè)低容需補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率約520 MVar。

（2）低壓并聯(lián)電抗器

低壓并聯(lián)電抗器補(bǔ)償目的：《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》（DL755－2001）第2.3.2條，“電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)以分層分區(qū)和就地平衡為原則，并應(yīng)隨負(fù)荷（或電壓）的變化進(jìn)行調(diào)整，避免經(jīng)長(zhǎng)距離線路或多級(jí)變壓器傳送無(wú)功功率，330 kV及以上電壓等級(jí)線路的充電功率應(yīng)予以補(bǔ)償?！?/p>

根據(jù)穩(wěn)定導(dǎo)則要求，變電站A、B、C低壓并聯(lián)電抗器的配置主要考慮補(bǔ)償變電站周?chē)? 000 kV和500 kV線路的剩余充電功率。

低抗與低容不同時(shí)運(yùn)行，低容運(yùn)行時(shí)輸送功率較大，低抗投運(yùn)時(shí)，線路處于空載狀態(tài)，計(jì)算時(shí)不計(jì)主變及線路的無(wú)功損耗。

低壓電抗器補(bǔ)償容量的計(jì)算公式［4］：

代入?yún)?shù)進(jìn)行計(jì)算，本期變電站A抵抗需補(bǔ)償?shù)氖Ｓ喑潆姽β始s為239 MVar，變電站C抵抗需補(bǔ)償?shù)氖Ｓ喑潆姽β始s為233 MVar。

綜合上述計(jì)算結(jié)果，變電站A和C特高壓本期的低壓側(cè)無(wú)功配置如表1所示。

表1 本期特高壓站低壓無(wú)功設(shè)備配置結(jié)果（單位：MVar）

從表1可以看出，特高壓輸送2 400 MW功率時(shí)，變電站A需補(bǔ)償無(wú)功560 MVar，變電站C需補(bǔ)償無(wú)功520 MVar，本期配置的低壓電容器容量4×210 MVar可以滿足運(yùn)行需求，并且還存在一定的裕度；特高壓輸送2 800 MW功率時(shí)，變電站A需補(bǔ)償無(wú)功849 MVar，變電站C需補(bǔ)償無(wú)功773 MVar，本期配置的低壓電容器容量4×210 MVar可以滿足運(yùn)行需求，但是需要全部投入運(yùn)行。

3.2 110 kV無(wú)功裝置系統(tǒng)參數(shù)確定

（1）低壓電容器組

低容的參數(shù)主要包括最高運(yùn)行電壓和額定電壓兩部分。最高運(yùn)行電壓是電容器能夠連續(xù)運(yùn)行而不超過(guò)規(guī)定溫升的最高電壓，它決定著制造方面的材料消耗。主變低壓側(cè)系統(tǒng)額定電壓為110 kV，最高工作電壓為126 kV。多組低容投運(yùn)后母線較易達(dá)到126 kV，所以低容最高運(yùn)行電壓取126 kV。

低壓側(cè)電壓波動(dòng)是額定電壓的主要限制因素.從容量限制、電壓波動(dòng)限制、過(guò)電壓限制等條件選擇可知，低壓電容器組額定電壓取126 kV。

（2）低壓電抗器組

參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL5014－1992中“低壓并聯(lián)電抗器的最高運(yùn)行電壓宜為主變壓器三次額定電壓的1.0－1.05倍 ”的 規(guī) 定，根 據(jù) 行 業(yè) 標(biāo) 準(zhǔn) SD325－1989 中“500 kV母線正常運(yùn)行方式時(shí)，最高運(yùn)行電壓不得超過(guò)系統(tǒng)額定電壓的＋110%”的規(guī)定，由主變壓器額定變比（1050／525／110 kV）可知，在變壓器空載情況下，如中壓側(cè)電壓達(dá)到5 500 kV，三次側(cè)最高運(yùn)行電壓將達(dá)到115.5 kV，所以低抗最高運(yùn)行電壓取115 kV。

從容量限制、電壓波動(dòng)限制、投1～2組低抗后母線的額定電壓等條件選擇可知，低抗額定電壓取105 kV，具體如表2所示。

表2 110 kV無(wú)功補(bǔ)償裝置系統(tǒng)參數(shù)

4 結(jié) 論

特高壓輸電線路由于電容效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生較大的充電功率，同時(shí)過(guò)長(zhǎng)的輸電線路也會(huì)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)男Чa(chǎn)生較大的影響。目前特高壓輸電系統(tǒng)采用的無(wú)功平衡方法難以完全保證特高壓的無(wú)功平衡，需要通過(guò)合理的低容或者低抗投切和電壓控制策略來(lái)提高無(wú)功補(bǔ)償效果。本文建立了特高壓傳輸線路的數(shù)學(xué)模型，以控制線路電壓不越限作為無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹瓌t，確定了變電站控制方式和補(bǔ)償容量，通過(guò)實(shí)例分析，確定了該方法具有較好可行性和實(shí)用性。

［1］ 林 莉，成 濤，孫才新.特高壓輸電線的運(yùn)行特性與變電站的無(wú)功補(bǔ)償［J］.高電壓技術(shù)，2009，（07）：1533－1539.

［2］ 成 濤，林 莉，牟道槐，孫才新.交流特高壓輸電線的傳輸特性與無(wú)功補(bǔ)償［J］.重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，（01）：83－87.

［3］ 沙建華，汪 毅.超／特高壓交流輸電中線路無(wú)功補(bǔ)償?shù)男路椒ǎ跩］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012，（30）：42－43.

［4］ 周沛洪.特高壓輸電系統(tǒng)過(guò)電壓、潛供電流和無(wú)功補(bǔ)償［J］.高電壓技術(shù)，2005，31（11）：21－25.