自励磁过电压根源的研究

陈天恒+张捷+钱靖+张宝栋

摘 要：针对特高压电网，较长的线路导致其电容值很大，当线路甩负荷时，产生的电流是容性的，该容性电流会产生自励磁过电压，对该类型过电压的研究至关电网的安全和绝缘。通过建立模型，给出假定前提，运用迭代算法进行分析，并用MATLAB仿真，证实自励磁过电压产生的原因之一是自激震荡。

关键词：自励磁；过电压；助磁；参数谐振；发电机

中图分类号：TM862 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）01-0173-02

Abstract： For the UHV power network， the longer line leads to a large capacitance. When the line load rejection， the generated current is capacitive， and the capacitive current will produce self-excitation overvoltage. The study of this type of overvoltage is very important to the safety and insulation of power grid. Through the establishment of the model， the presupposition is given， the iterative algorithm is used to analyze it， and the MATLAB simulation is used to verify that one of the causes of the self-excitation overvoltage is self-excited oscillation.

Keywords： self-excitation； overvoltage； magnetic aid； parametric resonance； generator

引言

学术界对产生过电压的原因展开大量探究，但复杂的模型和暂态过程导致对较长输电线路甩负荷过电压无从下手[1]。针对特高压电网，较长的线路导致其电容值很大，当线路甩负荷时，产生的电流是容性的，该容性电流会产生自励磁过电压，对该类型过电压的研究至关电网的安全和绝缘。

参数谐振会呈现以下特点：

谐振能量不需要独立电源，由发电机提供。在自励磁起初的阶段，系统中需要残余能量，才可能保证谐振状态的产生和持续发展[2-4]。

谐振导致电力系统的电压电流值无限增大，而铁芯饱和磁路可以间接防止幅值扩大。

同步自励磁导致电压电流增大，发电机向外做功，直接拉升电力系统电压值，极大损坏整个系统设备的绝缘性。如果任由同步自励磁扩大，将加速转子运动，从而进入异步自励磁阶段[5][6]。

1 自励磁的理论研究

如图1，假设发电机的交轴和直轴感抗值相同，转子处于完全对称的状态，经过数值计算可知，即使转子处于完全对称状态，仍有可能出现发电机自励磁过电压的状况[7]。

2 数值算法

我们通过对其进行MATLAB仿真，来验证自激振荡是自励磁产生的根源之一[4]。隐极梯形法的差分化原则是：

（1）不含微分算子的变量x以■[x（t）+x（t-？驻t）]代换；

（2）带有微分算子p的变量px以■代换；

（3）常系数和常数项保持不变。

对二式进行差分化，并求差分化交直轴绕组回路方程、绕组磁链方程、定子绕组磁链方程、电阻R电压降落方程，可得12维度的线性方程组[6]：

AX=B （1）

式中，各矩阵参数如下：

（2）

（3）

（4）

3 算例分析

用MATLAB程序进行仿真，并给直轴磁链一个初值，以便产生一个较小的扰动。

算例一：假定特高压1000kV线路长度为590km，则R=0.0006，xc=0.2004，导致系统异步自励磁，如图2所示，

算例二：假定线路长160 km，则R=0.00017，xc=0.7420，导致系统出现同步自励磁，如图3所示。

通过以上两图可以看出，在不考虑磁路饱和的前提下，导致异步和同步自励磁情况的发生。

4 结束语

参数谐振的前提是转子结构对称，但研究表明，即使转子结构对称的情况下，依旧会发生自励磁的现象，也就是说参数谐振不是自励磁发生的唯一根源，我们对此进行了研究和探索。通过建立模型，给出假定前提，运用迭代算法进行分析，并用MATLAB仿真，证实自励磁过电压产生的原因之一是自激震荡。

参考文献：

[1]刘振亚.特高压电网[M].北京：中国经济出版社，2005.

[2]贺家李，李永丽，李斌，等.特高压输电线继电保护配置方案（一）特高压输电线的结构与运行特点[J].电力系统自动化，2002，26

（23）：1-6.

[3]赵兴勇，张秀彬.特高压输电技术在我国的实施及展望[J].能源技術，2007，28（1）：52-54.

[4]徐博文.大区电网互联的几个重要问题[J].电网技术，1999，23（9）：32-34.

[5]高电压技术[J].北京：电力工业出版社，1981：152-191.

[6]Kuzmitcheva K.I. Suppression of Switching Overvoltages in 750kV Transmissions by Synchronous Closing of Mass-produced Air Breakers[C]. Elektritchestvo， 1975， No.7 in Russian.

[7]Beliakov N.N， Rashkes V.S. Method of Suppression of Switching Overvoltages When Reclosing Transmission Lines[C]. Elektritchestvo， 1975 No.2 in Russian.endprint