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特高压输电线路输电能力的讨论  

2016-05-23 10:06:08|  分类: 变频技术 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 作为我国电网发展的方向,特高压线路具有很强的输电能力。其自然功率可达5000MW左右,理论上1条1000kV特高压交流线路的传输功率相当于4~5条500kV超高压交流线路功率。但由于目前技术上的局限性,当前所建的特高压输电线路的最大输送能力与理论值还有一定的差距。

  与超高压线路类似,特高压线路的输送能力也受如下因素影响:1线路热稳定极限线路一般有一个最大载流能力Imax,超过这个载流能力运行,则可能会使线路过热损坏。Imax对应一个保证热稳定的最大输送功率。由于特高压采用多分裂、大直径导线,其热稳定极限可达10000MW,远高于其自然功率。因此,特高压线路的热稳定极限对线路输送能力并没有太大的限制作用。根据经验,线路输送功率在自然功率左右时最为经济,从而使自然功率对线路的输送能力形成了一定的约束作用。2高阻抗变压器对潮流的限制

  线路输送功率可表示为:

  式中,E为首末端电压,θ为首末端电压的相角差,ZL和ZT分别为线路阻抗和变压器阻抗。

  由上式可知,线路输送能力与其首末两端阻抗呈反比,而这一阻抗包含线路阻抗和变压器阻抗两部分。对特高压线路来说,由于其线路分裂数更多、直径更大,相同长度的线路阻抗ZL远小于低电压等级。但特高压变压器的阻抗ZT却大于低电压等级,这是因为随着额定电压的升高,变压器的阻抗值通常会加大,例如500kV 变压器的短路阻抗为12%,而1000kV变压器则达18%,甚至更高。按照18%的短路阻抗计算,特高压变压器一次和二次侧总电抗约为75Ω,相当于 350km左右线路的电抗,对于首末两端都通过特高压变压器与低电压等级相连的点对点线路来说,其变压器阻抗ZT相当于700km线路的阻抗,这样大的阻抗会明显限制线路的输送能力。

  关于特高压变压器的阻抗,目前主要有两种观点:一种是要求降低变压器阻抗以减小其对线路输送能力的影响;另一种则是基于高电压等级安全性考虑,认为应使变压器阻抗增大,以降低短路电流水平。本文认为,这两种观点都有其道理,应综合考虑,不可完全偏向一方,否则会使特高压线路输送能力大的优势无法充分发挥,或者存在安全隐患。3系统稳定因素

  限制特高压线路输送能力的因素还包括稳定性要求,一般来说,特高压线路静态稳定裕度应达到30%~35%,相应地,包括送、受端等值阻抗在内的首末端电压相角差θ应低于44°~40°。从线路输送功率表达式可以看出,θ的大小可直接决定线路的最大输送能力。

  同时,目前特高压电网建设尚处于初级阶段,特高压网架并不强健,在一些线路上还存在低频振荡的风险,这也是现阶段限制特高压线路输送能力的一大因素。4高压电抗器在重负荷时的负面作用

  特高压线路输送容量大、充电功率大、线路长的特点可引起高幅值的工频过电压,严重影响输电可靠性。为将工频过电压限制在要求范围内,一般会在特高压线路上加装大容量的高压电抗器(工业上常简称为高抗),其容量可达线路充电功率的80%~90%。但如此大容量的高抗会在重负荷时影响线路的无功平衡。

图1线路分布参数模型示意图

 图1为线路分布参数模型示意图,线路无功主要包括两方面:线路电感L0消耗的无功QL和线路电容C0提供的无功QC。若额定电压和线路流过电流有效值分别为UN和I,则:

  可以看出,线路电容产生的无功QC仅与线路电压有关,与输送功率基本无关,正常运行的线路上,电压波动一般较小,故可认为QC不变。而输电线路电抗的无功损耗QL与线路电流I成平方关系,即与输送功率的平方成正比关系。

  线路输送较大功率时,无功设备仅需向线路提供较小的无功容量即可达到无功平衡,例如线路在输送功率达到自然功率时,则不需要外界提供无功。故在线路输送大功率时,高抗提供的大容量感性无功难以平衡,从而会压低系统电压,对系统的稳定运行造成严重的影响。

  由于特高压线路的安全性必须首先得到保证,即过电压的限制必须得到保证,所以大容量的高抗是特高压线路的必须配置,而功率输送则应做出妥协。因此,大容量的高抗成为了限制长距离特高压线路输送能力的一个重要因素。

  综合上面的分析,结合特高压系统建模计算,可将上述几个因素对线路输送能力的影响表示为图2,其中功角稳定极限包含了上述的因素2和3。

图2线路输送能力的影响因素

  线路较短时(小于80km),线路输送能力主要受热稳定极限的限制,即最大输送能力可达10000MW;对于中等距离线路(80~300km)来说,主要受无功平衡的限制,输送能力一般可达3000M~5000W;对于长距离线路(300km以上)来说,主要受功角稳定的限制,其输送能力一般低于 4000MW。

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