11111 000 kV特高压南昌站投切低压电抗器、电容器组过电压和过电流仿真计算

叶 倩，李博江

（1.江西中医药大学，江西 南昌 330004；2.国网江西省电力有限公司电力科学研究院，江西 南昌 330096）

0 前言

南昌—长沙1 000 kV特高压交流输变电工程是雅中直流的配套工程，是华中“日”字型特高压交流环网的重要组成部分。南昌—长沙1 000 kV系统是江西电网第一个特高压系统，它加强了湘赣省间联络，提高了省间送受电能力，为雅中—江西特高压直流工程达到额定功率运行奠定了基础，有利于保障雅中电力在江西、湖南统一消纳，同时也为限制华中电网短路电流水平、开断部分500 kV环网创造了条件[1-8]。和其他电压等级电网类似，在各种故障情况或操作情况下，特高压交流系统也会出现各种各样的过电流和过电流[9-14]。文中在PSCAD中搭建了南昌—长沙1 000 kV交流特高压系统模型，针对投切低压电容器组、电抗器组情况，通过仿真计算，观察研究模型中各节点出现的过电压和过电流。

1 PSCAD模型介绍

南昌—长沙1 000 kV特高压交流输变电工程中的南昌站一次主接线图如图1所示。南昌站为送端，电能由500 kV侧送来，通过1 000 kV特高压线路向长沙特高压变电站输送电能。笔者在电磁暂态仿真软件PSCAD中搭建了完整的南昌特高压变电站模型（包含1 000 kV潇江1线和潇江2线），模型如图2所示。各子模型参数均是严格按照特高压站实际参数设置，下文将详细介绍各子模型参数。因目前长沙站的用户负荷还未确定，故在此次仿真中设置1 000 kV线路为空载线路，未将长沙站纳入模型。此次仿真中，仿真时长均为2 s，故障或操作时刻均设定在1 s。

图1 1 000 kV特高压赣江站一次系统接线图

图2 PSCAD中1 000 kV特高压赣江站系统模型

1.1 1 000 kV主变参数

南昌站本期新建2台特高压主变，1 000 kV主变压器的参数如表1所示，南昌站主变中性点经电抗器接地，中性点电抗值为8 Ω。

表1 1 000 kV主变压器参数

1.2 1 000 kV输电线路参数

南昌—长沙1 000 kV特高压线路全长约341 km，表2给出了南昌—长沙1 000 kV线路的近似序参数，可供系统机电暂态和稳态分析使用。

表2 南昌—长沙1 000 kV特高压线路参数

1.3 1 000 kV主变低压电抗器和电容器参数

南昌站2号主变110 kV侧装设2组240 MVar低压电抗器、2组240 MVar低压电容器（串抗率为12%）；3号主变110 kV侧装设2组240 MVar低压电抗器、2组240 MVar低压电容器（串抗率为12%），如表3、表4所示。

表3 110 kV低压电抗器参数

表4 110 kV低压电容器参数

1.4 避雷器参数

南昌站1 000 kV、500 kV、110 kV侧均接有避雷器，各侧避雷器参数如表5所示。

表5 南昌站1 000 kV、500 kV、110 kV侧避雷器伏安特性

2 投切低压电抗器、电容器组的仿真计算

文中将详细描述投切低压电容器、电抗器组时的电磁暂态软件PSCAD仿真结果。如图中含有三相波形图，蓝色为a相，绿色为b相，红色为c相。

2.1 电容器组合闸操作

以合闸2号主变110 kV 3号母线的电容器组为例，在PSCAD中进行合闸操作，仿真结果如图3、图4、图5、图6和图7所示。

图3 110 kV 3号母线暂态电位

图4 110 kV电容器组暂态电位

图5 110 kV电容器组c相两端暂态电位差

图6 110 kV串抗两端暂态电位差

图7 110 kV 3号母线电容器组支路电流暂态值

图3中可以看到，110 kV 3号母线电位三相最大暂态峰值达到了94 kV，经过一段暂态过程后达到了稳态值。

图4中，110 kV电容器组三相最大暂态电位峰值达到了157.5 kV。可以看到，暂态过程比较剧烈。

图5中，110 kV电容器组c相两端电位差暂态峰值达到了-160 kV，暂态峰值较高，经过十几个周期后达到稳态值。

图6中，110 kV串抗三相最大两端电位差暂态峰值达到了-94.35 kV，暂态过程较剧烈。

图7中，110 kV电容器组支路电流三相最大暂态峰值达到了-4.65 kA，暂态幅值较高，暂态过渡过程较剧烈，经过几十个周期才达到稳态值。

2.2 电容器组分闸操作

以分闸2号主变110 kV 3号母线的电容器组为例，在PSCAD中进行分闸操作，仿真结果如图8、图9、图10、图11和图12所示。

图8 110 kV 3号母线暂态电位

图9 110 kV电容器组暂态电位

图10 110 kV电容器组两端暂态电位差

图11 110 kV串抗两端暂态电位差

图12 110 kV 3号母线电容器组支路电流暂态值

图8中，110 kV 3号母线电位经过了约1个周期的过渡过程后又重新回到了正常值。

在图9中可以看到，在分闸暂态过程中，a相暂态峰值达到138.2 kV，过渡过程结束后，稳定在直流99.5 kV；b相暂态峰值达到了74.5 kV，过渡过程结束后，稳定在直流36.4 kV；c相在过渡过程结束后，电位稳定在了直流-134.6 kV。

图10中，110 kV电容器组两端电位差在分闸后，没有暂态过渡过程，稳定在了100.4 kV直流。

图11中，110 kV串抗两端电位差暂态峰值不高，过渡过程结束后，电位差稳定在0。

图12中，电容器组支路电流暂态峰值不高，过渡过程结束后，支路电流值稳定在0。

2.3 电抗器组合闸操作

以合闸2号主变110 kV 3号母线的电抗器组为例，在PSCAD中进行分闸操作，仿真结果如图13、图14和图15所示。

图13 2号主变110 kV号母线电位

图14 2号主变110 kV 3号母线电抗器组c相两端电位差

图15 电抗器组支路电流

图13中，在t≥1 s时，母线电位几乎没有过渡过程。

图14中，在t≥1 s时，电抗器组c相两端电位差经过一个很短的过渡过程便进入稳态，稳态幅值为89 kV。

图15中，在分闸后，支路电流开始一个缓慢且幅值较高的过渡过程，最大暂态峰值为3.49 kA，经过几十个周波后三相电流达到稳态值。

2.4 电抗器组分闸操作

以分闸2号主变110 kV 3号母线的电抗器组为例，在PSCAD中进行分闸操作，仿真结果如图16、图17和图18所示。

图16 2号主变110 kV 3号母线电位

图17 2号主变110 kV 3号母线电抗器组c相两端电位差

图18 电抗器组支路电流

图16中，在t≥1 s时，母线电位经过了约为20 ms的暂态过渡过程后，稳定在了正常值。

图17中，在0＜t＜1 s时，c相两端电位差稳态峰值为88.4 kV，在t≥1 s时，电抗器组c相两端电位差骤降为0。

图18中，在分闸后，支路电流经过了一个过渡过程降为0，过渡过程中暂态幅值不高。

3 结语

文中通过在PSCAD电磁暂态仿真软件中搭建了南昌—长沙1 000 kV特高压交流输变电系统中1 000 kV南昌特高压变电站模型（包含1 000 kV潇江1线和潇江2线），通过仿真计算，观察研究了投切低压电容器组和电抗器组时模型中各节点出现的过电压和过电流，仿真结果总结如下：

1）在分闸或合闸低压电容器组时，110 kV母线电位并未呈现出幅值较大的暂态过电压，很快便达到稳态值；在合闸低压电容器组时，110 kV电容器组电位、110 kV串抗两端电位差、110 kV电容器组支路电流均呈现幅值较高的暂态值，过渡振荡过程较剧烈。

2）在分闸或合闸低压电抗器组时，110 kV母线电位未呈现出明显的过渡振荡过程；在合闸低压电抗器组时，110 kV电抗器组支路电流呈现出幅值较高的暂态峰值，经过几十个周波后达到稳态值。