甘肃省电机工程学会2014年度获奖优秀学术论文集
750kV分级投切式母线可控高压并联电抗器在电网系统中的实际应用分析研究
魏祯德
(国网甘肃省电力公司检修公司，兰州730070)
【摘要】可控高压并联电抗器(简称可控高抗)可以起到限制过电压和协调无功平衡的作有助于提高系统稳定性和运行经济性，在国内外超高压、特高压电网中均有较好的应用前景。
本文以河西750kV输电工程750kV敦煌变电站已投运成功的国内首套300Mvar750kv分级投切式母线可控高抗为例进行电网系统中的实例应用分析研究，详细阐述了750kV分级投切式母线可控高抗的基本原理及结构，分析了750kV分级投切式母线可控高抗对系统工频过电压及大规模风电并网后电压稳定和无功平衡产生的影响。
【关键词】母线可控高抗；分级投切式；电网系统；工频过电压；风电控制
750kV Hierarch ical Switching Typ e Bus a Cont rollable High-voltage Shunt React or in Power System
Practical Application Analysis
WEI Zhende
(State Grid Comp any of Gansu P ro v i nc e Power Maintenance Company，Lanzho u730070)
【ABSTRACT】A controllable high—voltage shunt reactor(referred to as th e controllable high resistance)can play a lim it ed v ol tag e and react iv e po wer balance and coo rdin ati on fun ct ion，h elp to
improve the sy stem stability and economic operat ion，in the domestic a nd foreign EHV，UH V power grid hav e better application prospect．In t hi s pap er，in750kV power transmission project750kV Dunhuang substmion
oper ati on successful domestic first 300Mvar750kV hierarchical switching type bus controllable high resist anc e
a s an example o f the grid s y st e m application example analysis，elaborated750kV hierarchical switching typ e bus controlled the hi曲resistance o f t he ba sic principle and structure，analysed750kV hierarchical swit chin g type bus control high resistance agai nst pow er frequency o v e r voltage and voltage stabil ity afte r large grid—- connected wind power re active power balance an d imp a c t．
【KEY WORD】Bus controlled high resistance；hierarchical switching typ e；p o we r system；power fiequency o ver——v olta ge；wind power control
1引言近年来随着超高压、特高压电网的建设和发展，特别是新疆与西d9750kV联网工程的
建成投
运，对电网系统稳定运行和灵活控制提出更高要求。与电力电子技术相结合的新型设备逐渐增多，
并作为改善输电控制的有效手段被推广应用，可控高压并联电抗器就是其中的产物[1]。
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作为超高压、远距离、大容量输电系统中的重要设备，高压并联电抗器具有降低线路有功损耗、补偿长线路电容效应、防止谐振过电压、抑制潜供电流、限制工频过电压、抑制操作过电压等多种功能。然而，传统高压并联电抗器具有响应速度慢、连续可控性差等缺点，无法很好地满足动态无功补偿的需要。与传统的不可控的高压并联电抗器相比，可控高压并联电抗器控制灵活，能够根据线路传输功率的变化，自动调节自身容量，能够平滑调节电网系统的无功功率，对电网系统扰动反应迅速，对提高电网系统的稳定性、增大电网的输电能力、降低电网运行经济负担等方面均有明显作用卜31。
根据工作原理的不同，可控高压并联电抗器(简称可控高抗)可分为分级投切式和磁阀式。分级投切式可控高抗以其响应速度快、控制原理简单、可靠性高等优点，成为国内乃至国外超高压、
特高压输电系统的首选主设备之一。
2工程应用
按照国家电网发展规划，2010年西北主网通过长达1780km的750kV紧凑型输电线路与新疆电网实现交流互联。该工程横跨新疆乌鲁木齐、吐鲁番、哈密，途径甘肃河西走廊的瓜州、酒泉、金昌，到达永登，与已建成的西JL750kV电网相连。该工程是西北电网发展史上工程规模最大、线路最长、建设环境最恶劣、系统调试最复杂的一项输变电工程。
在河西750kV输变电工程中，采用紧凑型输电技术。由于线路充电功率大，同时大容量的风电厂作为送端电源，功率波动频繁，无功平衡和电压稳定问题亟待解决。该工程选择在750kV敦煌变电站750kV I母侧装设I组容量为300Mvar750kV分级投切式母线可控高抗。目前，750kV 分级投切式母线可控高抗还处于摸索阶段，其技术参数和运行特性尚未完全清楚【4。】。因此，有必要在其应用初期，对其对电网系统稳定性问题进行深入分析研究。
750kV分级投切式母线可控高抗本体
750kV分级投切式母线可控高抗装设于750kV敦煌变电站750kV I母侧，对河西750kV输电系统来说，其运行方式的不同将会对敦煌一酒泉线路酒泉侧甩负荷工频过电压产生一定影响，但
是由于该可控高抗装设在母线上，其输出容量的变化在一定程度上相当于改变馈电测的电源的等值阻抗，没有影响到线路充电无功功率的补偿情况，因此对线路甩负荷工频过电压的影响不大。
3分级式投切式可控高抗的结构及工作原理
分级投切式可控高抗是将变压器和电抗器设计成一体，理论上是将变压器的漏抗设计为100％，充分利用变压器的降压作用，使晶闸管阀能工作在低电压的状态下，在电抗器的低压侧接入晶闸管进行调节，通过晶闸管和断路器接人3组电抗器，改变低压侧绕组与高压侧绕组的并联电感值，从而进行分级调节高抗整体容量，实现对感性无功功率的控制№J，其原理接线图如图一所reactor电抗器
示：
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图一750kV敦煌变电站分级投切式母线可控高抗一次系统图
图中：分级式可控高抗一次绕组(工作绕组)接线端子A．x直接与750kV敦煌变电站I母连
接。 xbl、xb2、xb3、为辅助电抗器，与可控高抗二次绕组(控制绕组)接线端子a、x并联连接；6050、 6075、6100是断路器，分别与相对应的反向并联晶闸管和隔离开关串联组合电路并联，作
用是旁路TRl、TR2、TR3(晶闸管阀组)，从而将电流切换到断路器上；TRl、TR2、TR3是晶闸管阀组，分别为25％级、50％级、75％级、100％级，作用是通过快速通断达到适时调节可控高抗容量的效果；60506、60756、61006为四联隔离开关，作用是将TRl、TR2、TR3接入系统，进行电路之间的切换操作，以改变系统的运行方式，同时还可以防止由于控制操作失误而导致的电气
故障。
750kV分级投切式母线可控高抗阀室内晶闸管阀组
当分级投切式母线可控高抗需要退出相应电抗调节自身输出容量时，反向并联晶闸管快速导通，将相应电抗旁路，紧接着旁路断路器合闸，承担回路短路电流，然后双向晶闸管退出运行。
随着负载由空载向额定功率的变化，有规律的控制TR，、T。：、T。，导通或断开，达到分级调节工作绕组电流的目的。例如，在此电路中，如T。。断开，T。：导通，不管T。，导通与否，此时只有电抗器X。，，接入控制绕组中。这时可以通过调节T。：的导通角，达到逐步调节无功功率的目的。因为
电抗器
X小xm x∞只能逐台接入，所以分级投切式可控高抗的无功功率调节是分段的[7]。
4分级投切式可控高抗对工频过电压的影响
750kV敦煌变电站750kVI母侧装设I组300Mvar的可控高抗，对西北瓜州一酒泉一金昌750kV 输电系统来说，其运行方式的不同可能对瓜州一酒泉线路产生一定的影响。敦煌一酒泉线路双回运行或单回运行一回检修(两端接地刀闸直接接地)运行方式下，调节750kV敦煌变电站750kVI 母线侧300Mvar可控高抗至不同档位(级差为1／4最大容量，即为25Mvar)，酒泉侧甩负荷工频过电压情况如表1所示。
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表1敦泉线酒泉侧甩负荷工频过电压分析统计表
丁频过电压，pu
有无接地故障可控高抗运行档位
母线线路
01．051．06
1／41．05 1．05 无
3，41．041．03
4|41．02 1．03
01．051．2l
1，41．051．2有
3，41．031．18
4／41．021．17 南以上分析可知，750kV敦煌变电站母线可控高抗容量越小，敦泉线酒泉侧甩负荷工频过电压越高，但升高幅度较小，其原因在于可控高抗装设在母线上，其输出容量的变化相当于较小程度上改变馈电侧电源的等值阻抗，但未能影响充电无功功率的补偿情况，因此对线路甩负荷工频过电压的影响较小[8—91。
5分级投切式可控高抗可有效调节750kV敦煌变电站750kV母线电压5．1当风电上网功率为1800MW，750kV母线可控高抗全部投入，此时系统无功平衡，电压合理。当风电功率从1800到2200MW时，可控高抗动作情况及电压波动情况如图二、图三、表二所示。风电功率超过1910MW时，满足无功增量判据可控高抗开始动作，当风电功率为2123MW，最后一级动
图二风电功率上升时可控高抗动作情况图三风电功率上升可控高抗动作时电压波动情况
表二可控高抗动作情况与风电功率、母线电压之间对比表
可控高抗动作情况风电功率(姗)敦煌变750kV母线电压(kv)
1800782．2
退1级1910777．5
退2级2019771．9
退3级2123765．0 5．2风电上网功率为1800MW，敦煌变母线可控高抗全部退出，此时系统无功平衡，电压合理。当风电功率从1800至1]1400MW时，可控高抗动作情况及电压波动情况如图四、图五、表三所示。风电功率降至1680MW时，满足无功增量判据可控高抗开始动作，当风电功率为1410MW，最后一级动作。
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图四风电功率上升时可控高抗动作情况图五风电功率上升可控高抗动作时电压波动情况
表三风电功率上升时可控高抗动作情况
可控高抗动作情况风电功率(MW)敦煌变750kV-l{J：线电压(kV)
1800762．6
投1级1680768．9
投2级1550775．1
投3级1800782．4
5．3750kV敦煌变母线可控高抗运行情况分析：
5．3．1甘肃瓜州风电发展迅猛，2010年底风电装机容量已达N5160MW。为解决风电功率波动引起的电压控制困难问题，敦煌变电站750kV母线安装300My ar可控高抗。
5．3．2以无功平衡和调压为目标，可解决全局与局部控制的冲突问题，又可避免基于电压量的控制策略的边界点颤抖投切现象。
5．3．3瓜州地区风电功率波动的电压参数统计分析，可控高抗在大规模间歇式电源接人及外送
输电系统中充分发挥电压、无功调解作用，解决风电功率波动引起的电压控制困难问题，增强了750kV电网运行的稳定性，实现了750kV敦煌变投运至今的安全长周期运行。
6结语
(1)750kV分级投切式母线可控高抗是将变压器和电抗器设计成一体，将变压器的漏抗设计为100％，可实现无过渡过程控制，具有相应速度快、功率损耗小、谐波电流小等优点。
(2)分级投切式可控高抗一次绕组(工作绕组)输出电流的谐波含量与处于全导通状态的控制绕组的个数及容量、处于调节容量绕组容量占电抗器的总容量的比例，处于调解状态绕组的晶闸管触发角等因素有关[10】。
(3)装设在750kV敦煌变电站的750kV分级投切式母线可控高抗对系统工频过电压的影响较小，当敦煌750kV母线可控高抗输出容量不同时，工频过电压的最大变化幅度可满足电网对电压
稳定性的要求，不必将其运行控制策略作更多要求。
(4)750kV分级投切式母线可控高抗有效地调节大规模风电并网带来的电网电压稳定和无功平衡的矛盾。
参考文献
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