自勵(lì)磁過(guò)電壓根源的研究

陳天恒+張捷+錢靖+張寶棟

摘 要：針對(duì)特高壓電網(wǎng)，較長(zhǎng)的線路導(dǎo)致其電容值很大，當(dāng)線路甩負(fù)荷時(shí)，產(chǎn)生的電流是容性的，該容性電流會(huì)產(chǎn)生自勵(lì)磁過(guò)電壓，對(duì)該類型過(guò)電壓的研究至關(guān)電網(wǎng)的安全和絕緣。通過(guò)建立模型，給出假定前提，運(yùn)用迭代算法進(jìn)行分析，并用MATLAB仿真，證實(shí)自勵(lì)磁過(guò)電壓產(chǎn)生的原因之一是自激震蕩。

關(guān)鍵詞：自勵(lì)磁；過(guò)電壓；助磁；參數(shù)諧振；發(fā)電機(jī)

中圖分類號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）01-0173-02

Abstract： For the UHV power network， the longer line leads to a large capacitance. When the line load rejection， the generated current is capacitive， and the capacitive current will produce self-excitation overvoltage. The study of this type of overvoltage is very important to the safety and insulation of power grid. Through the establishment of the model， the presupposition is given， the iterative algorithm is used to analyze it， and the MATLAB simulation is used to verify that one of the causes of the self-excitation overvoltage is self-excited oscillation.

Keywords： self-excitation； overvoltage； magnetic aid； parametric resonance； generator

引言

學(xué)術(shù)界對(duì)產(chǎn)生過(guò)電壓的原因展開(kāi)大量探究，但復(fù)雜的模型和暫態(tài)過(guò)程導(dǎo)致對(duì)較長(zhǎng)輸電線路甩負(fù)荷過(guò)電壓無(wú)從下手[1]。針對(duì)特高壓電網(wǎng)，較長(zhǎng)的線路導(dǎo)致其電容值很大，當(dāng)線路甩負(fù)荷時(shí)，產(chǎn)生的電流是容性的，該容性電流會(huì)產(chǎn)生自勵(lì)磁過(guò)電壓，對(duì)該類型過(guò)電壓的研究至關(guān)電網(wǎng)的安全和絕緣。

參數(shù)諧振會(huì)呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：

諧振能量不需要獨(dú)立電源，由發(fā)電機(jī)提供。在自勵(lì)磁起初的階段，系統(tǒng)中需要?dú)堄嗄芰?，才可能保證諧振狀態(tài)的產(chǎn)生和持續(xù)發(fā)展[2-4]。

諧振導(dǎo)致電力系統(tǒng)的電壓電流值無(wú)限增大，而鐵芯飽和磁路可以間接防止幅值擴(kuò)大。

同步自勵(lì)磁導(dǎo)致電壓電流增大，發(fā)電機(jī)向外做功，直接拉升電力系統(tǒng)電壓值，極大損壞整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的絕緣性。如果任由同步自勵(lì)磁擴(kuò)大，將加速轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)，從而進(jìn)入異步自勵(lì)磁階段[5][6]。

1 自勵(lì)磁的理論研究

如圖1，假設(shè)發(fā)電機(jī)的交軸和直軸感抗值相同，轉(zhuǎn)子處于完全對(duì)稱的狀態(tài)，經(jīng)過(guò)數(shù)值計(jì)算可知，即使轉(zhuǎn)子處于完全對(duì)稱狀態(tài)，仍有可能出現(xiàn)發(fā)電機(jī)自勵(lì)磁過(guò)電壓的狀況[7]。

2 數(shù)值算法

我們通過(guò)對(duì)其進(jìn)行MATLAB仿真，來(lái)驗(yàn)證自激振蕩是自勵(lì)磁產(chǎn)生的根源之一[4]。隱極梯形法的差分化原則是：

（1）不含微分算子的變量x以■[x（t）+x（t-？駐t）]代換；

（2）帶有微分算子p的變量px以■代換；

（3）常系數(shù)和常數(shù)項(xiàng)保持不變。

對(duì)二式進(jìn)行差分化，并求差分化交直軸繞組回路方程、繞組磁鏈方程、定子繞組磁鏈方程、電阻R電壓降落方程，可得12維度的線性方程組[6]：

AX=B （1）

式中，各矩陣參數(shù)如下：

（2）

（3）

（4）

3 算例分析

用MATLAB程序進(jìn)行仿真，并給直軸磁鏈一個(gè)初值，以便產(chǎn)生一個(gè)較小的擾動(dòng)。

算例一：假定特高壓1000kV線路長(zhǎng)度為590km，則R=0.0006，xc=0.2004，導(dǎo)致系統(tǒng)異步自勵(lì)磁，如圖2所示，

算例二：假定線路長(zhǎng)160 km，則R=0.00017，xc=0.7420，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)同步自勵(lì)磁，如圖3所示。

通過(guò)以上兩圖可以看出，在不考慮磁路飽和的前提下，導(dǎo)致異步和同步自勵(lì)磁情況的發(fā)生。

4 結(jié)束語(yǔ)

參數(shù)諧振的前提是轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)對(duì)稱，但研究表明，即使轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)對(duì)稱的情況下，依舊會(huì)發(fā)生自勵(lì)磁的現(xiàn)象，也就是說(shuō)參數(shù)諧振不是自勵(lì)磁發(fā)生的唯一根源，我們對(duì)此進(jìn)行了研究和探索。通過(guò)建立模型，給出假定前提，運(yùn)用迭代算法進(jìn)行分析，并用MATLAB仿真，證實(shí)自勵(lì)磁過(guò)電壓產(chǎn)生的原因之一是自激震蕩。

參考文獻(xiàn)：

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[7]Beliakov N.N， Rashkes V.S. Method of Suppression of Switching Overvoltages When Reclosing Transmission Lines[C]. Elektritchestvo， 1975 No.2 in Russian.endprint