500kV和220kV系统电压谐波水平之间的关系分析

赵玲娜

(江西省电力公司检修分公司，江西 南昌 330096)

在电力系统中，各级系统间的电力谐波会在变压器工作过程发生渗透，通常情况下，低级系统向高级系统的谐波渗透系数较小，谐波基本忽略不计，但谐波在由高级系统向低级系统渗透时，渗透系数较大(接近1.0)，此时存在的谐波就不可忽视。这种谐波传递关系在≤220kV的各系统中都是成立的，所以在相关标准(《电能质量公用电网谐波》GB14549-2008)中，规定的电力系统各系统电压谐波畸变率允许值设定都是高级系统小于低级系统。但笔者通过计算、分析220kV与500kV系统间的谐波传递系数，却发现其谐波传递关系与这一规律并不符合，由此表明，500kV系统的谐波特性具有特殊性，在设定电压谐波畸变率时，需做特殊考虑。

一 从下级向上级的谐波传递系数计算

500kV变电站中高压与中压系统间的典型接线方式，如图一所示，其中500kV联络变压器是自耦变压器。设:500kV系统h次谐波源Uah产生的谐波电压为U1h;220kV系统的h次谐波源Ubh产生的谐波电压为U2h;h次Ubh谐波源产生的谐波传递到500kV系统中的谐波电压为Uhlh;h次Uah谐波源产生的谐波传递到220kV系统中的谐波电压为Uhhl。可得出h次220kV、500kV母线上的谐波电压为:Ubh=Uhhl+U2h;Uah=Uhlh+U1h。其他等级电压系统相邻间的谐波电压关系也符合上式关系。

图一 22kV与500kV的接线示意图

渗透谐波电压(Uhlh、Uhhl)的大小不仅与谐波源产生的谐波电压(U1h、U2h)大小有关系，还与两个系统的上级母线与下级母线间的谐波电压(h次)传递系数(Thlh、Thhl)紧密相关。其中Thlh可定义为:下级对上级系统的谐波电压(h次)传递系数，Thlh=Uhlh/Uhhl;Thhl可定义为:上级对下级系统的谐波电压(h 次)传递系数，Thhl=Uhhl/Uhlh。

(一)≤220kV电压系统的谐波传递系数情况

根据《电能质量公用电网谐波》，对≤220kV电压系统，按照各母线上的谐波电流限值进行计算，通过谐波潮流程序，计算出各系统母线间的谐波传递系数Thlh数值，如表1所示。从表一可知，所有谐波传递系数(Thlh)值均＜1.0，并且 Thlh的变化与电压等级呈负相关。同时，各母线上的谐波电压含有率(HRUh)也与电压等级呈负相关，与相关文献中的HRUh限值基本吻合。这说明在不考虑500kV系统的情况下，各电压等级间的谐波电压传递是合理的。谐波从低向高进行传递，传递系数是非常小的。

(二)≤500kV系统的谐波传递系数情况

1.无谐波源下的传递系数计算。将500kV系统假定为无谐波源，≤220kV各等级母线的谐波电流取值同上，计算出的Thlh如表二所示。从表二可知，220kV、500kV系统间的 Thlh(T1lh～T4lh)均 ＞1.0，同时 500kV系统的 HRUh值也都比220kV系统的HRUh值大。综合分析表一和表二相关数据，可看出≤220kV各系统间的谐波传递系数变化规律一致，Thlh＜1.0;220kV～500kV系统间的谐波电压传递系数变化则有所不同，Thlh＞1.0。

2.注入谐波电流下的500kV系统传递系数计算。采用励磁谐波电流在500kV母线上注入谐波，≤220kV各系统的谐波电流注入同上。经计算，得出的HRUh数值表明500kV系统的HRUh均大于220kV系统的HRUh值，≤220kV各系统的HRUh值随电压的升高而减小;500kV与220kV母线间的传递系数Thlh均 ＞1.0，≤220kV 各系统的传递系数 Thlh绝大部分 ＜1.0，与表二数据相符合。由此表明，220kV、500kV系统间的谐波电压传递与其他电压等级间的谐波电压传递确实是不相同的。

二 从上级向下级的谐波传递系数计算

在500kV母线上注入谐波电流的情况下，计算出的各母线(上级向下级渗透)间的谐波电压传递系数(Thhl)详见表三。分析表中数据，可知各电压等级系统间的传递系数Thhl的取值范围基本在0.60 ～0.93，部分 Thhl≥1.0。从表三中，还可以发现，220kV、500kV系统间，谐波次数越低的谐波电压渗透性越强。由于这二者间多采用自耦变压器(Y0/Y0接线)，针对3次谐波，变压器连接的两个系统完全相通，所以中、低压系统的谐波极易渗透到超高压系统中。实际测量显示，HRU3值偏高，是造成500kV谐波水平较高的主要原因。另外，500kV系统是最高等级电压系统，它在谐波传输、谐波阻抗性能方面都较为特殊性，这也是导致其谐波水平偏高的重要原因。

三 总结

综上所述，220kV、500kV系统间的谐波电压渗透性较强，谐波从低级向高级系统传递，其传递系数偏大(Thlh接近1.0)，这与≤220kV各系统的传递系数变化规律不相同。在设定500kV母线谐波电压的HRUh限值时，需要特殊考虑，这是因为，电压等级越高HRUh值越小这一规律，仅适用于≤220kV的各系统，并不适用于500kV系统。对于500kV系统的谐波标准制定，需要考虑传递系数(Thlh)的变化特点，同时还要考虑到500kV系统的谐波传输特性、谐波阻抗特性以及谐波源等方面的特殊性。只有充分考虑到500kV系统各方面的特殊性，才能设定出最为合理的谐波限值。

[1]杨晓妮.特高压直流输电谐波特性的研究[D].华北电力大学(北京)，2008.

[2]岳昊.特高压交流输电系统谐波特性的研究[D].华北电力大学(北京)，2010.

[3]林武汉.500kV/220kV高低压环网电磁解环的相关研究[J].华电技术，2008，10：4-6+40.