11111 000 kV特高壓南昌站投切低壓電抗器、電容器組過(guò)電壓和過(guò)電流仿真計(jì)算

葉 倩，李博江

（1.江西中醫(yī)藥大學(xué)，江西 南昌 330004；2.國(guó)網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學(xué)研究院，江西 南昌 330096）

0 前言

南昌—長(zhǎng)沙1 000 kV特高壓交流輸變電工程是雅中直流的配套工程，是華中“日”字型特高壓交流環(huán)網(wǎng)的重要組成部分。南昌—長(zhǎng)沙1 000 kV系統(tǒng)是江西電網(wǎng)第一個(gè)特高壓系統(tǒng)，它加強(qiáng)了湘贛省間聯(lián)絡(luò)，提高了省間送受電能力，為雅中—江西特高壓直流工程達(dá)到額定功率運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)，有利于保障雅中電力在江西、湖南統(tǒng)一消納，同時(shí)也為限制華中電網(wǎng)短路電流水平、開(kāi)斷部分500 kV環(huán)網(wǎng)創(chuàng)造了條件[1-8]。和其他電壓等級(jí)電網(wǎng)類似，在各種故障情況或操作情況下，特高壓交流系統(tǒng)也會(huì)出現(xiàn)各種各樣的過(guò)電流和過(guò)電流[9-14]。文中在PSCAD中搭建了南昌—長(zhǎng)沙1 000 kV交流特高壓系統(tǒng)模型，針對(duì)投切低壓電容器組、電抗器組情況，通過(guò)仿真計(jì)算，觀察研究模型中各節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)的過(guò)電壓和過(guò)電流。

1 PSCAD模型介紹

南昌—長(zhǎng)沙1 000 kV特高壓交流輸變電工程中的南昌站一次主接線圖如圖1所示。南昌站為送端，電能由500 kV側(cè)送來(lái)，通過(guò)1 000 kV特高壓線路向長(zhǎng)沙特高壓變電站輸送電能。筆者在電磁暫態(tài)仿真軟件PSCAD中搭建了完整的南昌特高壓變電站模型（包含1 000 kV瀟江1線和瀟江2線），模型如圖2所示。各子模型參數(shù)均是嚴(yán)格按照特高壓站實(shí)際參數(shù)設(shè)置，下文將詳細(xì)介紹各子模型參數(shù)。因目前長(zhǎng)沙站的用戶負(fù)荷還未確定，故在此次仿真中設(shè)置1 000 kV線路為空載線路，未將長(zhǎng)沙站納入模型。此次仿真中，仿真時(shí)長(zhǎng)均為2 s，故障或操作時(shí)刻均設(shè)定在1 s。

圖1 1 000 kV特高壓贛江站一次系統(tǒng)接線圖

圖2 PSCAD中1 000 kV特高壓贛江站系統(tǒng)模型

1.1 1 000 kV主變參數(shù)

南昌站本期新建2臺(tái)特高壓主變，1 000 kV主變壓器的參數(shù)如表1所示，南昌站主變中性點(diǎn)經(jīng)電抗器接地，中性點(diǎn)電抗值為8 Ω。

表1 1 000 kV主變壓器參數(shù)

1.2 1 000 kV輸電線路參數(shù)

南昌—長(zhǎng)沙1 000 kV特高壓線路全長(zhǎng)約341 km，表2給出了南昌—長(zhǎng)沙1 000 kV線路的近似序參數(shù)，可供系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析使用。

表2 南昌—長(zhǎng)沙1 000 kV特高壓線路參數(shù)

1.3 1 000 kV主變低壓電抗器和電容器參數(shù)

南昌站2號(hào)主變110 kV側(cè)裝設(shè)2組240 MVar低壓電抗器、2組240 MVar低壓電容器（串抗率為12%）；3號(hào)主變110 kV側(cè)裝設(shè)2組240 MVar低壓電抗器、2組240 MVar低壓電容器（串抗率為12%），如表3、表4所示。

表3 110 kV低壓電抗器參數(shù)

表4 110 kV低壓電容器參數(shù)

1.4 避雷器參數(shù)

南昌站1 000 kV、500 kV、110 kV側(cè)均接有避雷器，各側(cè)避雷器參數(shù)如表5所示。

表5 南昌站1 000 kV、500 kV、110 kV側(cè)避雷器伏安特性

2 投切低壓電抗器、電容器組的仿真計(jì)算

文中將詳細(xì)描述投切低壓電容器、電抗器組時(shí)的電磁暫態(tài)軟件PSCAD仿真結(jié)果。如圖中含有三相波形圖，藍(lán)色為a相，綠色為b相，紅色為c相。

2.1 電容器組合閘操作

以合閘2號(hào)主變110 kV 3號(hào)母線的電容器組為例，在PSCAD中進(jìn)行合閘操作，仿真結(jié)果如圖3、圖4、圖5、圖6和圖7所示。

圖3 110 kV 3號(hào)母線暫態(tài)電位

圖4 110 kV電容器組暫態(tài)電位

圖5 110 kV電容器組c相兩端暫態(tài)電位差

圖6 110 kV串抗兩端暫態(tài)電位差

圖7 110 kV 3號(hào)母線電容器組支路電流暫態(tài)值

圖3中可以看到，110 kV 3號(hào)母線電位三相最大暫態(tài)峰值達(dá)到了94 kV，經(jīng)過(guò)一段暫態(tài)過(guò)程后達(dá)到了穩(wěn)態(tài)值。

圖4中，110 kV電容器組三相最大暫態(tài)電位峰值達(dá)到了157.5 kV?？梢钥吹剑瑫簯B(tài)過(guò)程比較劇烈。

圖5中，110 kV電容器組c相兩端電位差暫態(tài)峰值達(dá)到了-160 kV，暫態(tài)峰值較高，經(jīng)過(guò)十幾個(gè)周期后達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。

圖6中，110 kV串抗三相最大兩端電位差暫態(tài)峰值達(dá)到了-94.35 kV，暫態(tài)過(guò)程較劇烈。

圖7中，110 kV電容器組支路電流三相最大暫態(tài)峰值達(dá)到了-4.65 kA，暫態(tài)幅值較高，暫態(tài)過(guò)渡過(guò)程較劇烈，經(jīng)過(guò)幾十個(gè)周期才達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。

2.2 電容器組分閘操作

以分閘2號(hào)主變110 kV 3號(hào)母線的電容器組為例，在PSCAD中進(jìn)行分閘操作，仿真結(jié)果如圖8、圖9、圖10、圖11和圖12所示。

圖8 110 kV 3號(hào)母線暫態(tài)電位

圖9 110 kV電容器組暫態(tài)電位

圖10 110 kV電容器組兩端暫態(tài)電位差

圖11 110 kV串抗兩端暫態(tài)電位差

圖12 110 kV 3號(hào)母線電容器組支路電流暫態(tài)值

圖8中，110 kV 3號(hào)母線電位經(jīng)過(guò)了約1個(gè)周期的過(guò)渡過(guò)程后又重新回到了正常值。

在圖9中可以看到，在分閘暫態(tài)過(guò)程中，a相暫態(tài)峰值達(dá)到138.2 kV，過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，穩(wěn)定在直流99.5 kV；b相暫態(tài)峰值達(dá)到了74.5 kV，過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，穩(wěn)定在直流36.4 kV；c相在過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，電位穩(wěn)定在了直流-134.6 kV。

圖10中，110 kV電容器組兩端電位差在分閘后，沒(méi)有暫態(tài)過(guò)渡過(guò)程，穩(wěn)定在了100.4 kV直流。

圖11中，110 kV串抗兩端電位差暫態(tài)峰值不高，過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，電位差穩(wěn)定在0。

圖12中，電容器組支路電流暫態(tài)峰值不高，過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，支路電流值穩(wěn)定在0。

2.3 電抗器組合閘操作

以合閘2號(hào)主變110 kV 3號(hào)母線的電抗器組為例，在PSCAD中進(jìn)行分閘操作，仿真結(jié)果如圖13、圖14和圖15所示。

圖13 2號(hào)主變110 kV號(hào)母線電位

圖14 2號(hào)主變110 kV 3號(hào)母線電抗器組c相兩端電位差

圖15 電抗器組支路電流

圖13中，在t≥1 s時(shí)，母線電位幾乎沒(méi)有過(guò)渡過(guò)程。

圖14中，在t≥1 s時(shí)，電抗器組c相兩端電位差經(jīng)過(guò)一個(gè)很短的過(guò)渡過(guò)程便進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)幅值為89 kV。

圖15中，在分閘后，支路電流開(kāi)始一個(gè)緩慢且幅值較高的過(guò)渡過(guò)程，最大暫態(tài)峰值為3.49 kA，經(jīng)過(guò)幾十個(gè)周波后三相電流達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。

2.4 電抗器組分閘操作

以分閘2號(hào)主變110 kV 3號(hào)母線的電抗器組為例，在PSCAD中進(jìn)行分閘操作，仿真結(jié)果如圖16、圖17和圖18所示。

圖16 2號(hào)主變110 kV 3號(hào)母線電位

圖17 2號(hào)主變110 kV 3號(hào)母線電抗器組c相兩端電位差

圖18 電抗器組支路電流

圖16中，在t≥1 s時(shí)，母線電位經(jīng)過(guò)了約為20 ms的暫態(tài)過(guò)渡過(guò)程后，穩(wěn)定在了正常值。

圖17中，在0＜t＜1 s時(shí)，c相兩端電位差穩(wěn)態(tài)峰值為88.4 kV，在t≥1 s時(shí)，電抗器組c相兩端電位差驟降為0。

圖18中，在分閘后，支路電流經(jīng)過(guò)了一個(gè)過(guò)渡過(guò)程降為0，過(guò)渡過(guò)程中暫態(tài)幅值不高。

3 結(jié)語(yǔ)

文中通過(guò)在PSCAD電磁暫態(tài)仿真軟件中搭建了南昌—長(zhǎng)沙1 000 kV特高壓交流輸變電系統(tǒng)中1 000 kV南昌特高壓變電站模型（包含1 000 kV瀟江1線和瀟江2線），通過(guò)仿真計(jì)算，觀察研究了投切低壓電容器組和電抗器組時(shí)模型中各節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)的過(guò)電壓和過(guò)電流，仿真結(jié)果總結(jié)如下：

1）在分閘或合閘低壓電容器組時(shí)，110 kV母線電位并未呈現(xiàn)出幅值較大的暫態(tài)過(guò)電壓，很快便達(dá)到穩(wěn)態(tài)值；在合閘低壓電容器組時(shí)，110 kV電容器組電位、110 kV串抗兩端電位差、110 kV電容器組支路電流均呈現(xiàn)幅值較高的暫態(tài)值，過(guò)渡振蕩過(guò)程較劇烈。

2）在分閘或合閘低壓電抗器組時(shí)，110 kV母線電位未呈現(xiàn)出明顯的過(guò)渡振蕩過(guò)程；在合閘低壓電抗器組時(shí)，110 kV電抗器組支路電流呈現(xiàn)出幅值較高的暫態(tài)峰值，經(jīng)過(guò)幾十個(gè)周波后達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。