秦睿，郭文科，王惠中

(1.甘肅省電力科學研究院，甘肅 蘭州 730050;2.蘭州理工大學 電氣工程與信息工程學院，甘肅 蘭州 730050)

0 引言

為解決煤炭、水利、風能等一次能源與負荷中心分布極不平衡的問題，我國交流電力系統(tǒng)骨干網(wǎng)架宜采用超/特高壓緊湊型線路實現(xiàn)遠距離、大容量的輸電，達到資源的集約配置[1]。在超/特高壓電網(wǎng)中，可控并聯(lián)電抗器(controlled shunt reactor，CSR)可簡化系統(tǒng)無功電壓控制、抑制工頻過電壓和操作過電壓、消除發(fā)電機自勵磁、動態(tài)補償線路充電功率、抑制潛供電流、阻尼系統(tǒng)諧振等功能，除了具有傳統(tǒng)并聯(lián)電抗器的優(yōu)點以外，可以平滑調(diào)節(jié)系統(tǒng)無功功率，對系統(tǒng)擾動所引起的動態(tài)穩(wěn)定反應迅速，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，增大輸電能力，提高電網(wǎng)的運行效益[2－5]。

1 SCSR的結構及工作原理

圖1所示為感性無功功率的控制[6]。

2 SCSR保護系統(tǒng)的特點及功能

2.1 SCSR保護系統(tǒng)的特點

目前，我國已開始了對750kV分級投切式可控高抗的研制和生產(chǎn)，750kV分級投切式可控高抗的保護配置也正處于研發(fā)階段，其保護的研究主要有以下特點[7，8]:

首先，相對于傳統(tǒng)的固定高抗，750kV分級投切式可控高抗除了一次線圈外還有二次線圈，所以750kV分級投切式可控高抗保護的配置也就變得復雜一些。

其次，根據(jù)750kV分級投切式可控高抗的工作原理可知，其實質(zhì)上是在100%工作容量下二次繞組工作于短路狀態(tài)的高阻抗變壓器。為了實現(xiàn)容量的可控，二次繞組是根據(jù)串接電抗值的不同分級調(diào)節(jié)電抗器的工作容量，由此，二次繞組最大的特點是二次繞組在各種容量下的短路電流都小于其各級容量下的工作電流。因為傳統(tǒng)的保護都是根據(jù)短路情況下電壓的降低和電流的增大來實現(xiàn)的，所以這個特點給保護的配置加大了難度。

再次，750kV分級投切式可控高抗最大的特點是，在100%工作容量下二次繞組50%金屬性匝間短路時，其短路環(huán)電流為零，此時二次電流為額定工作電流，保護很難檢測到此種故障。

圖1 分級投切式可控高壓并聯(lián)電抗器單相原理接線

2.2 SCSR保護系統(tǒng)功能

為了保證750kV分級投切式可控高抗安全穩(wěn)定的運行，其保護系統(tǒng)主要提供以下功能的保護[9－12]:閥拒觸發(fā)保護;閥持續(xù)觸發(fā)保護;閥裕度不足保護;閥過電壓保護;斷路器誤動保護;斷路器失靈保護;暫態(tài)保護。

2.2.1 閥保護

可控高抗晶閘管閥工作于開關狀態(tài)，用于投切與之并聯(lián)的電抗器。其閥保護主要由閥拒觸發(fā)保護、閥持續(xù)觸發(fā)保護、閥裕度不足保護和閥過電壓保護等組成。其中，閥拒觸發(fā)保護和閥持續(xù)觸發(fā)保護主要用于保護閥觸發(fā)系統(tǒng)的故障;閥裕度不足保護主要用于保護閥裕度不足時避免因承受過電壓而導致?lián)p壞;閥過電壓保護主要用于保護串聯(lián)負載電抗器斷線引起的閥過電壓。

2.2.2 斷路器保護

斷路器保護主要包含斷路器誤動保護和斷路器失靈保護。斷路器誤動保護分為斷路器誤分保護和斷路器誤合保護。斷路器失靈保護分為合閘失靈保護和分閘失靈保護。

3 SCSR動模試驗研究

3.1 SCSR模擬系統(tǒng)的設計

750kV分級投切式可控高抗動模試驗建立試驗系統(tǒng)模型為750kV新疆西藏聯(lián)網(wǎng)工程中的哈密經(jīng)敦煌到酒泉的同塔雙回等值輸電系統(tǒng)。模型系統(tǒng)如圖2所示。其中，哈密側(cè)用一臺同步發(fā)電機模擬哈密等值系統(tǒng)。酒泉側(cè)用無窮大電源模型模擬酒泉等值系統(tǒng)?？煽馗呖拱惭b在敦煌750kV母線側(cè)?？煽馗呖贡倔w為一臺高短路阻抗變壓器，其二次側(cè)并聯(lián)不同的分級電抗，通過對各級電抗的短接實現(xiàn)變壓器整體短路阻抗的分級調(diào)節(jié)，可控高抗具體參數(shù)見表1。哈密～敦煌，敦煌～酒泉分別為兩回同塔雙回輸電線路。

圖2 動模試驗系統(tǒng)結構

3.2 SCSR模擬裝置的參數(shù)設定

當用于模擬750kV輸電系統(tǒng)中 SCSR時，參考實際系統(tǒng)中SCSR的 CT變比 kIr=800/1，PT變比 kUr=750/0.1，實驗室動模系統(tǒng) SCSR 選取 CT變比 kIm=2/1，PT變比 kUm=1.5/0.1，則實際系統(tǒng)中SCSR與實驗室模擬SCSR的容量比為

若模擬實際系統(tǒng)額定容量為300 Mvar的SCSR，則模擬SCSR的額定容量為:

可控高抗模擬裝置模擬量變比參數(shù)設置，具體見表2。

表1 SCSR裝置主體參數(shù)

表2 SCSR裝置模擬量變比

3.3 試驗數(shù)據(jù)及結論

根據(jù)《UP/CSR_CP－10可控高抗控制保護系統(tǒng) RTDS動模試驗報告》的試驗數(shù)據(jù)進行分析[13]。

3.3.1 斷路器保護

斷路器保護試驗包括可控高抗二次各級斷路器的拒動作及誤動作試驗。

(1)斷路器拒動作試驗

由控制保護系統(tǒng)下達容量調(diào)節(jié)命令，而RTDS中相應的斷路器設置為不受外部控制系統(tǒng)控制，而人為制造斷路器拒動現(xiàn)象，包括分閘失靈及合閘失靈兩種情況。在該試驗中，分別模擬50%、75%、及100%級斷路器拒動作，無論是分閘失靈還是合閘失靈試驗，試驗結果均為失靈后閉鎖本級容量。

(2)斷路器誤動試驗

斷路器誤動試驗中，可控高抗的二次側(cè)旁路斷路器在未收到外部控制保護系統(tǒng)發(fā)出的動作信號的情況下，利用RTDS內(nèi)部邏輯控制模型中相應的斷路器進行誤合閘及誤分閘操作。斷路器誤合閘時，閉鎖本級及以下級別的容量調(diào)節(jié);斷路器誤分時，只閉鎖本級容量調(diào)節(jié)。

3.3.2 閥保護

當閥過電壓保護動作時，觸發(fā)100%級閥，并閉合100%級斷路器，禁止高抗所有容量等級的調(diào)節(jié)。若100%級斷路器有故障，則跳高抗斷路器。當閥拒觸發(fā)保護動作時，發(fā)出報警，并啟動故障錄波。當閥持續(xù)導通保護動作或者閥裕度不足保護動作時，閉合該級旁路斷路器，如該級斷路器禁止操作，則觸發(fā)上一級閥并合上一級斷路器，若100%級斷路器有故障，則跳高抗斷路器。

利用RTDS控制邏輯，控制接受到閥觸發(fā)信號后將其展寬，模擬閥在接受到觸發(fā)信號后持續(xù)導通的狀態(tài)。模擬持續(xù)導通時間分別設為420 ms(I段定值)及620 ms(II段定值)。當持續(xù)導通時間為420 ms時，各級的A、B、C相閥持續(xù)導通保護動作，上兩級旁路斷路器閉合，同時閉鎖本級及上一級容量調(diào)節(jié)。當持續(xù)導通時間大于II段時間定值時，三級容量閉鎖，并跳開高抗的一次側(cè)母線斷路器，如圖3所示，即50%級A相閥持續(xù)導通試驗錄波圖，導通時間為530 ms，100%與75%級旁路拒動，所有開關均跳開。試驗中如果閥持續(xù)導通保護動作后，閥仍持續(xù)導通，則跳開高抗的一次側(cè)母線斷路器。

圖3 閥持續(xù)導通保護試驗錄波圖

4 結束語

(1)分級投切式可控高抗是將變壓器和電抗器設計成一體，將變壓器的漏抗設計為100%，根據(jù)其工作原理和特點可知，理論上能實現(xiàn)無過渡過程控制，具有諧波電流小、響應速度快、功率損耗小等優(yōu)點;

(2)分級投切式可控高抗由于其自身的特點，它的保護配置具有一定的難度和研究價值。為了給我國的超/特高壓工程做好充分的準備工作，可控高抗保護的研究顯得尤為重要。

(3)對分級投切式可控高抗保護系統(tǒng)進行動態(tài)模擬試驗研究，試驗結果表明，分級投切式可控高抗的閥保護及斷路器保護滿足要求，能夠保證可控高抗穩(wěn)定安全的運行。

[1]鄧占鋒，王軒，等.超高壓磁控式并聯(lián)電抗器仿真建模方法[J].中國電機工程學報，2008，28(36):108 －113.

[2]張建興，王軒，雷晰，等.可控電抗器綜述[J].電網(wǎng)技術，2006，30(增刊):269－272.

[3]周勤勇，郭強，卜廣全，等.可控電抗器在我國超/特高壓電網(wǎng)中的應用[J].中國電機工程學報，2007，27(7):1 －6.

[4]Belyaev A N，Smolovik S V.Steady-state and transient stability of 500kV long-distance AC transmission lines with magnetically controlled shunt reactors[C].IEEE Power Tech Conference，Russia，2005.

[5]李仲青，周澤昕，等.超/特高壓高漏抗變壓器式分級可控并聯(lián)電抗器的動態(tài)模擬[J].電網(wǎng)技術，2010，34(1):6 －10.

[6]廖敏，昃萌.分級可控并聯(lián)電抗器的控制策略及保護配置[J].電力系統(tǒng)自動化，2010，34(15):56－59.

[7]張宇，陳喬夫，田軍，等.基于變壓器端口調(diào)節(jié)的可控電抗器[J].中國電機工程學報，2009，29(18):113 －118.

[8]岳雷，劉建飛.超高壓可控并聯(lián)電抗器保護研究[C].中國高等學校電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)第二十二屆學術年會，2006.

[9]邱宇峰.超/特高壓可控電抗器技術研究[R].北京:中國電力科學研究院，2006.

[10]李斌，李永麗，賀家李，等.750kV線路保護與并聯(lián)電抗器動作的研究[J].電力系統(tǒng)自動化，2005，29(11):40 －44.

[11]郭曉紅，竇加強，郭宏凱.500kV并聯(lián)電抗器保護配置及選型分析[J].電力自動化設備，1999，19(5):34 －36.

[12]范越，施圍.輸電線路單相自動重合閘中電壓判據(jù)的修正[J].電力系統(tǒng)自動化，2000，24(6):44 －47.

[13]中國電力科學研究院.750kV可控高抗控制保護系統(tǒng)RTDS動模試驗報告[R].北京:中國電力科學研究院，2011.