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與超高壓輸電線路加裝串補裝置有關的系統(tǒng)問題及其解決方案

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-10-21     來源:[標簽:出處]     作者:[標簽:作者]     瀏覽次數(shù):115
核心提示:
1引言  采用串聯(lián)電容補償技術可提高超高壓遠距離輸電線路的輸電能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性,且對輸電通道上的潮流分布具有一定的調節(jié)作用。采用可控串補還可抑制系統(tǒng)低頻功率振蕩及優(yōu)化系統(tǒng)潮流分布;但在系統(tǒng)中增加的串聯(lián)電容補償設備改變了系統(tǒng)之間原有的電氣距離,尤其是串補度較高時,可能引起一系列系統(tǒng)問題,因此在串補工程前期研究階段應對這種可能性進行認真研究,并提出解決問題的相應方案及措施。我國南方電網是以貴州、云南和天生橋電網為送端、通過天生橋至廣東的三回500kV交流輸電線路及一回500kV直流輸電線路與受端廣東電網相聯(lián)的跨省區(qū)電網,2003年6月貴州—廣東的雙回500kV交流輸電線路建成投運,南方電網形成了送端“五交一直”、受端“四交一直”的北、中、南三個西電東送大通道。隨著南方電網西電東送規(guī)模的進一步擴大,為提高這些輸電通道的輸送能力和全網的安全穩(wěn)定水平及抑制系統(tǒng)低頻振蕩,經研究決定分別在平果與河池變電所裝設可控串補TCSC及固定串補裝置FSC。通過對南方電網平果可控串補工程及河池固定串補工程進行的系統(tǒng)研究工作,作者對超高壓遠距離輸電系統(tǒng)中,采用串聯(lián)電容補償技術可能引起的系統(tǒng)問題獲得了比較全面的了解,并總結了解決這些問題的措施及方案。研究結果表明,超高壓輸電線路加裝串補后所引發(fā)的系統(tǒng)問題主要有過電壓、潛供電流、斷路器暫態(tài)恢復電壓TRV及次同步諧振SSR等問題。2串補裝置結構及其原理  目前在電力系統(tǒng)中應用的串聯(lián)電容補償裝置按其過電壓保護方式可分為單間隙保護、雙間隙保護、金屬氧化物限壓器MOV保護和帶并聯(lián)間隙的MOV保護四種串補裝置。帶并聯(lián)間隙的MOV保護方式的串補裝置具有串補再次接入時間快、減少MOV容量及提供后備保護等優(yōu)勢,相對而言更有利于提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平,因此目前在電力系統(tǒng)的串補工程中得到了比較廣泛的應用。其結構簡圖如圖1所示1。圖中各元件的配合關系及其工作原理如下:  1MOV是串聯(lián)補償電容器的主保護。串補所在線路上出現(xiàn)較大故障電流時,串聯(lián)補償電容器上將出現(xiàn)較高的過電壓,MOV可利用其自身電壓–電流的強非線性特性將電容器電壓限制在設計值以下,從而確保電容器的安全運行。  2火花間隙是MOV和串聯(lián)補償電容器的后備保護,當MOV分擔的電流超過其啟動電流整定值或MOV吸收的能量超過其啟動能耗時,控制系統(tǒng)會觸發(fā)間隙,旁路掉MOV及串聯(lián)補償電容器! 3旁路斷路器是系統(tǒng)檢修和調度的必要裝置,串補站控制系統(tǒng)在觸發(fā)火花間隙的同時命令旁路斷路器合閘,為間隙滅弧及去游離提供必要條件! 4阻尼裝置可限制電容器放電電流,防止串聯(lián)補償電容器、間隙、旁路斷路器在放電過程中被損壞。3串補裝置引起的過電壓問題  串補裝置雖可提高線路的輸送能力,但也影響了系統(tǒng)及裝設串補裝置的輸電線路沿線的電壓特性。如線路電流的無功分量為感性,該電流將在線路電感上產生一定的電壓降,而在電容器上產生一定的電壓升;如線路電流的無功分量為容性,該電流將在線路電感上產生一定的電壓升,而在電容器上產生一定的電壓降。電容器在一般情況下可以改善系統(tǒng)的電壓分布特性;但串補度較高、線路負荷較重時,可能使沿線電壓超過額定的允許值。河池及平果串補工程的線路高抗與串補的相對位置不同時,輸電線路某些地點的運行電壓可能超過運行要求。例如,惠河線或天平線一回線故障時,如將高抗安裝在串補的線路側,則串補線路側電壓可達到561kV或560kV以上2,均超過高抗允許的長期運行電壓,因此在兩工程中均建議將線路高抗安裝在串補的母線側以避免系統(tǒng)運行電壓超標的問題。在輸電線路裝設了串聯(lián)電容補償裝置后,線路斷路器出現(xiàn)非全相操作時,帶電相電壓將通過相間電容耦合到斷開相。河池FSC及平果TCSC工程中的惠水—河池及天生橋—平果線路上均已裝設并聯(lián)電抗器,如新增加的電容器容抗與已安裝的高壓并聯(lián)電抗器的感抗之間參數(shù)配合不當,則可能引發(fā)電氣諧振,從而在斷開相上出現(xiàn)較高的工頻諧振過電壓3。因此在這兩個工程的系統(tǒng)研究工作中對串聯(lián)電容器參數(shù)進行了多方案比選以避免工頻諧振過電壓的產生。對這兩個串補工程進行的過電壓研究表明,由于惠河線及天平線兩側均接有大系統(tǒng),無論惠河線或天平線有無串補,在線路發(fā)生甩負荷故障時,河池及平果母線側工頻過電壓基本相同;僅在發(fā)生單相接地甩負荷故障時,串聯(lián)電容補償?shù)募尤胧沟脝蜗嘟拥叵禂?shù)增大,從而使線路側工頻過電壓略有提高,但均未超過規(guī)程的允許值,不會影響電網的安全穩(wěn)定運行。4串補裝置對潛供電流的影響  線路發(fā)生單相接地故障時,線路兩端故障相的斷路器相繼跳開后,由于健全相的靜電耦合和電磁耦合,弧道中仍將流過一定的感應電流即潛供電流4,該電流如過大,將難以自熄,從而影響斷路器的自動重合閘。在超高壓輸電線路上裝設串聯(lián)電容補償裝置后,單相接地故障過程中,如串補裝置中的旁路斷路器和火花間隙均未動作,電容器上的殘余電荷可能通過短路點及高抗組成的回路放電,從而在穩(wěn)態(tài)的潛供電流上疊加一個相當大的暫態(tài)分量。該暫態(tài)分量衰減較慢,可能影響潛供電流自滅,對單相重合閘不利;單相瞬時故障消失后,恢復電壓上也將疊加電容器的殘壓,恢復電壓有所升高,影響單相重合閘的成功。根據(jù)對河池串補工程進行的研究:惠河線的惠水側單相接地時,潛供電流波形是一個低頻f≈7Hz、衰減的放電電流,電流幅值高達250-390A5見圖2。斷路器分閘0.5s后,該電流幅值仍可達200-300A,它將導致潛供電弧難以熄滅;如單相接地后旁路開關動作短接串聯(lián)電容,潛供電流中將無此低頻放電暫態(tài)分量5見圖3。5串補裝置引起的次同步諧振問題  在超高壓遠距離輸電系統(tǒng)中采用串聯(lián)電容補償技術后,尤其是大型汽輪發(fā)電機組經串補特別是補償度較高時線路接入系統(tǒng)時,在某種運行方式或補償度的情況下,很可能在機械與電氣系統(tǒng)之間發(fā)生諧振,其振蕩頻率低于電網的額定頻率,稱為次同步諧振,可通過含有串聯(lián)電容補償裝置的單機對無限大線的輸電系統(tǒng)6見圖4簡述其原因。圖中,Ra為發(fā)電機定子電阻;XG為發(fā)電機等值電抗,XG=2πfLG,LG為發(fā)電機電感;RT為變壓器電阻;XT為變壓器電抗,XT=2πfLT,LT為變壓器電感;R1為線路電阻;Xl為線路電抗,Xl=2πfLl,Ll為線路電感;Xc為串聯(lián)電容電抗,Xc=1/2πfC,C為串聯(lián)電容器電容。由圖4可知,串聯(lián)系統(tǒng)的總阻抗與頻率有關,即式中L為發(fā)電機、變壓器及線路的電感之和。由于輸電線路中串聯(lián)補償度一般小于1,因此回路的電氣諧振頻率fe小于系統(tǒng)的額定頻率fn,因此稱之為次同步諧振。裝有串聯(lián)電容補償?shù)妮旊娋路發(fā)生電氣諧振時,同步發(fā)電機在諧振條件下相當于一感應電動機。如任何沖擊或擾動引起的次諧波電流在同步發(fā)電機內建立起旋轉磁場,以2πfe-fn的相對速度圍繞轉子旋轉時,轉子將受到一頻率為fn-fe的交變力矩的作用。fn-fe等于或十分接近發(fā)電機軸系的任一自振頻率時,就可能發(fā)生電氣–機械共振現(xiàn)象。大型多級汽輪發(fā)電機組軸系在低于額定頻率范圍內一般有4-5個自振頻率,因此容易發(fā)生次同步諧振。次同步諧振的后果較嚴重,能在短時間內將發(fā)電機軸扭斷,即使諧振較輕,也會顯著消耗軸的機械壽命。美國MOHAVE電廠在1970年12月和1971年10月先后
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