特高压输电线路并联电抗器最佳补偿度的计算研究

张豹，许志兵，徐海滨，陈鹏，王骏强

(广西大学电气工程学院，广西南宁530004)

特高压输电线路并联电抗器最佳补偿度的计算研究

张豹，许志兵，徐海滨，陈鹏，王骏强

(广西大学电气工程学院，广西南宁530004)

探讨了特高压输电线路空载时的电容效应，并研究了并联电抗器对空载输电线路工频电压升高的抑制机理及其特性。利用仿真软件ATP－EMTP，找出了并联电抗器抑制空载长线路工频过电压的最佳补偿度。研究结果表明，特高压输电线路空载或轻载时会出现工频电压升高;采用并联电抗器的补偿措施可以有效的抑制工频过电压;并联电抗器的最佳补偿度应控制在75%～90%。

特高压输电线路;电容效应;工频过电压;并联电抗器

1 引言

特高压输电线路距离长，输电容量大，输电线路的电容不能忽略，此时就必须考虑线路的电容效应。所谓电容效应，是指在电感、电容的串联回路中，当容抗大于感抗时，在电源电动势E的作用下，容性电流在感抗上的压降UL把容抗压降UC抬高的一种现象，即UC=E+UL。特高压空载输电线路是由无穷多个电感－电容的串联链组成的回路，电容效应使得输电线路上的各点电压高于电源电压，而且越往线路末端，电压升高越严重。如果串联回路中的感抗接近于容抗，则会发生串联谐振，输电线路上的各点电压将急剧升高，所以电容效应实际上是一种接近于谐振的工频电压升高现象［1］。这种过电压虽然对系统正常绝缘的电气设备没有太大的危害，但在特高压远距离输电确定绝缘水平时却起着重要作用。为了限制电容效应引起的工频过电压，在特高压电网中，广泛采用并联电抗器来补偿线路的电容电流，以削弱其电容效应。本文主要探讨并联电抗器对特高压输电线路电容效应的抑制作用，力求找出并联电抗器抑制电容效应最佳的补偿度。

2 特高压输电线路的电容效应

长度为的空载无损线路如图1所示。

图1 空载线路等值电路图

式中，x为距线路末端的距离。由式(4)可知，线路上的电压自首端起逐渐上升，沿线按余弦曲线分布，线路末端电压达到最大值。

考虑电源电抗后，根据式(1)，可得线路末端电压与电源电动势的关系为

图2为空载输电线路末端电压升高与线路长度的关系。

虚线表示φ=10°时K02与线路长度的关系曲线(虚线)。此时βl=90°－φ，线路长度为1333km时发生谐振，谐振点提前了，电源电抗相当于增加了线路长度［2］。

3 并联电抗器抑制电容效应的特性

并联电抗器可实现并联无功补偿，它可吸收线路过剩的无功，改善沿线电压分布。本文以典型的500kV输电线路为例，线路末端并接电抗器，研究输电线路并联电抗器最佳的补偿度。线路长度为300km，电源电动势为E，电源电抗XS=150Ω，线路单位长度正序电感和电容分别为L0=0.9mH/km、C0= 0.0127μF/km，忽略输电线路电导和电纳，电抗器电抗XP=1000Ω，等值电路如图3所示［3－4］，建立ATP－EMTP仿真模型，补偿度为0，60%，80%，100%时的波形如图4～7所示。

图2 空载线路电压传递系数与线路长度关系曲线图

图3 末端接有并联电抗器的长线路等值电路图

图4 补偿度为0时，空载线路电源电压和末端电压的波形

图5 补偿度为60%时，空载线路电源电压和末端电压波形

表1

由仿真波形统计出补偿度KP与过电压系数K02的关系如表1所示，折线图如图8所示。

图8 补偿度KP与输电线路过电压系数K02折线图

从表格和折线图可以看出，并联电抗器的接入可以降低长输电线路的工频过电压，而且，随着并联电抗器补偿度的提高，输电线路的过电压传递系数降低［5］。如折线图所示，并联电抗器的最佳补偿度应控制在75%～90%，补偿度过低，则工频过电压倍数提高，补偿度过高，则会给正常运行时的无功补偿和电压控制造成困难。在电网比较强的地区或者比较短的特高压线路，补偿度可以适当降低［2］。

4 结语

(1)特高压输电线路在空载或轻载时会出现工频电压升高，如不采取措施，对设备绝缘及其运行条件产生重大影响，影响保护电器的工作条件和效果。

(2)采用并联电抗器的无功补偿措施可以有效的抑制工频过电压的升高，且并联电抗器的补偿度越大，抑制工频过电压的效果越明显。

(3)并联电抗器的最佳补偿度应控制在75%～ 90%，考虑技术、经济等各方面的因素，合理的确定补偿度，但也要注意，补偿度不能过高，以免给正常运行时的无功补偿和电压控制造成困难。

［1］解广润.电力系统过电压［M］.水利电力出版社，1985.

［2］吴文辉，曹祥麟.电力系统电磁暂态计算与EMTP应用［M］.中国水利水电出版社，2012.

［3］杜斌祥，张友鹏，田铭兴，等.特高压可控并联电抗器补偿度的研究［J］.高压电器，2010，46(11):5－8，11.

［4］都磊.长输电线路中的新型可控电抗器理论及应用［D］.湖南大学，2010.

［5］1000kV交流输电线路的工频暂态过电压研究［J］.电网技术，2005，29(19):1－5.

Study on the Optimum Compensation Degree for the Shunt Reactor of UHV Transmission Line

ZHANG Bao，XU Zhi-bing，XU Hai-bin，CHEN Peng，WANG Jun-qiang
(College of Electrical Engineering，Guangxi University，Nanning 530004，China)

the capacitive effect of the no-load of UHV transmission line is discussed，and the mechanism and characteristics of the suppression of the power line voltage of the shunt reactor are studied.Using the simulation software ATPEMTP，the optimal compensation degree of the shunt reactor to suppress the over-voltage of the no-load long line is found.Research results show that the UHV transmission line no-load or light load will occur when the power frequency overvoltage;shunt reactor compensation measures are adopted to effectively restrain the power frequency overvoltage;optimal compensation of the shunt reactor should be controlled in 70%～90%.

UHV transmission line;capacitor effect;power frequency overvoltage;shunt reactor

TM47

B

1004－289X(2016)04－0039－03

2015－06－02