一种黑启动过程中并联电抗器的设置方法

摘要

本发明公开了一种黑启动过程中并联电抗器的设置方法，包括步骤：1)建立黑启动过程中容升效应数学模型；2)根据容升效应机理建立典型输电线路的数学模型；3)根据步骤2)建立的数学模型，模拟黑启动零起升压过程，得到沿线电压分布的数据；4)在步骤3)的基础上针对电抗器安装在不同位置和不同的数量时，对沿线电压进行对比分析；其中电抗器安装的不同位置包括首端、距离首端1/4、线路中间、距离首端3/4、末端，以及它们的排列组合，不同的数量包括1个、2个、3个；5)根据步骤4)得到的结果从技术和经济角度出发，选择出最佳的并联电抗器设置方式。本发明针对几种不同并联电抗器的方式，找出最好的方式以指导输电线路的架设施工。

说明书

技术领域

本发明涉及一种黑启动过程中并联电抗器的设置方法，具体提出并联电抗器对空载长线路电压升高的抑制机理及其特性，针对几种不同并联电抗器的方式，找出最好的方式以指导输电线路的架设施工。

背景技术

在零起升压过程中，由于电压等级高、线路充电功率大等特点,在输电线路的末端会因空载线路的容升效应而使电压升高，严重影响了黑启动试验的顺利进行。零起升压的容升效应是导致过电压的主要原因，这种过电压严重缩短了绝缘设备的使用寿命。

为了抑制容升效应，工程中大多采用线路末端并联电抗器的方式，然而单个电抗器并不能很好抑制工频过电压现象，并联的电抗器越多，抑制效果越好，但是考虑经济因素，并联电抗器数目一般越少越好，所以并联电抗器应同时考虑经济和技术两个方面。因此本发明从技术和经济性两个方面入手，找出最佳的并联电抗器方式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种黑启动过程中并联电抗器的设置方法，具体提出并联电抗器对空载长线路电压升高的抑制机理及其特性。针对几种不同并联电抗器的方式，找出最好的方式以指导输电线路的架设施工。该方法是对输电线路建立数学模型，在输电线路沿线不同位置设置不同数量的电抗器，从技术性和经济性两个方面出发，找出最佳的电抗器设置方式。

本发明采取如下技术方案来实现的：

一种黑启动过程中并联电抗器的设置方法，包括以下步骤：

1)建立黑启动过程中容升效应数学模型；

2)根据步骤1)的容升效应机理建立典型输电线路的数学模型；

3)根据步骤2)建立的数学模型，模拟黑启动零起升压过程，得到沿线电压分布的数据；

4)在步骤3)的基础上针对电抗器安装在不同位置和不同的数量时，对沿线电压进行对比分析；其中电抗器安装的不同位置包括首端、距离首端1/4、线路中间、距离首端3/4、末端，以及它们的排列组合，不同的数量包括1个、2个、3个；

5)根据步骤4)得到的结果从技术和经济角度出发，选择出最佳的并联电抗器设置方式。

本发明进一步的改进在于，步骤1)分析容升效应过程的数学模型为：在不考虑大地回路影响情况下，电力线路的均匀传输线方程为

其中g

令r

U

本发明进一步的改进在于，步骤2)的具体实现方法为：以典型的输电线路，基于长线路电容效应，研究并联电抗器对输电线路工频过电压的抑制作用及其特性。

本发明进一步的改进在于，步骤3)的具体实现方法为：根设定参数电压转移系数

其中U

本发明进一步的改进在于，步骤4)的具体实现方法为：5种电抗器设置方式包括：方式1：只设置在末端、方式2：设置在距离首端3/4和末端、方式3：设置在中点和末端、方式4：设置在中点和距离首端3/4和末端、方式5：设置在距离首端1/4和距离首端3/4和末端；

对沿线电压进行分析，仅在末端并联并联电抗器时，电压下降明显，末端电压降低显著在末端和线路3/4两处补偿时，将线路分成两部分，均按照三角函数规律分布，电抗器处电压降低明显，整体效果明显好于只并联一处电抗器；在线路中点和末端补偿时，电压从线路中点开始显著降低，呈余弦式下降，抑制效果明显优于仅在末端并联电抗，但没有在末端和线路3/4处并联电抗器的效果好；在线路中点、距离首端3/4、末端补偿时线路分成两部分，均按照余弦规律分布，电抗器处电压降低明显，整体效果与在末端和线路3/4两处补偿时接近，但是成本增大；在距首端1/4、距首端3/4、末端补偿时，线路呈现2段余弦，电压沿线分布均匀，电抗器处电压降低明显；上述5种方式下沿线电压均有明显降低，方式1末端电压最高，其他3种方式沿线电压分布比较均匀。

本发明进一步的改进在于，步骤5)的具体实现方法为：步骤5)的分析结果可知方式2和方式5抑制效果最好，考虑经济因素，并联电抗器数目一般越少越好；因此方式2是较好的选择，即在线路中点和线路3/4两处并联电抗器。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益的技术效果：

1、本发明提出的设置方法比在线路末端并联单个电抗器能更好的抑制容升效应；

2、本发明从技术和经济角度出发，选择出最佳的并联电抗器设置方式，为黑启动试验的顺利开展奠定了良好的基础。

附图说明

图1为仿真模型图；

图2为空载线路沿线电压分布图；

图3为电抗器安装在线路末端图；

图4为电抗器安装在距离首端3/4、末端图；

图5为电抗器安装在线路中点、末端图；

图6为电抗器安装在线路中点、距离首端3/4、末端图；

图7为电抗器安装在距离首端1/4、距离首端3/4、末端图；

图8为电抗器在不同设置下沿线电压比较图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明提供的一种黑启动过程中并联电抗器的设置方法，包括以下步骤：

1)建立黑启动过程中容升效应数学模型；分析容升效应过程的数学模型为：在不考虑大地回路影响情况下，电力线路的均匀传输线方程为

U

2)根据步骤1)的容升效应机理建立典型输电线路的数学模型；以典型的输电线路为例，讨论长线路电容效应，并重点研究并联电抗器对输电线路工频过电压的抑制作用及其特性。

3)根据步骤2)建立的数学模型，模拟黑启动零起升压过程，得到沿线电压分布的数据；具体实现方法为：根设定参数电压转移系数

4)在步骤3)的基础上针对电抗器安装在不同位置和不同的数量时，对沿线电压进行对比分析；其中电抗器安装的不同位置包括首端、距离首端1/4、线路中间、距离首端3/4、末端，以及它们的排列组合，不同的数量包括1个、2个、3个；具体实现方法为：5种电抗器设置方式(方式1：只设置在末端、方式2：设置在距离首端3/4和末端、方式3：设置在中点和末端、方式4：设置在中点和距离首端3/4和末端、方式5：设置在距离首端1/4和距离首端3/4和末端)对沿线电压进行分析，仅在末端并联并联电抗器时，电压下降明显，末端电压降低显著在末端和线路3/4两处补偿时，将线路分成两部分，均按照三角函数规律分布，电抗器处电压降低明显，整体效果明显好于只并联一处电抗器；在线路中点和末端补偿时，电压从线路中点开始显著降低，呈余弦式下降，抑制效果明显优于仅在末端并联电抗，但没有在末端和线路3/4处并联电抗器的效果好。在线路中点、距离首端3/4、末端补偿时线路分成两部分，均按照余弦规律分布，电抗器处电压降低明显，整体效果与在末端和线路3/4两处补偿时接近，但是成本增大；在距首端1/4、距首端3/4、末端补偿时，线路呈现2段余弦，电压沿线分布均匀，电抗器处电压降低明显。上述5种方式下沿线电压均有明显降低，方式1末端电压最高，其他3种方式沿线电压分布比较均匀。

5)根据步骤4)得到的结果从技术和经济角度出发，选择出最佳的并联电抗器设置方式；具体实现方法为：步骤5)的分析结果可知方式2和方式5抑制效果最好，考虑经济因素，并联电抗器数目一般越少越好。因此方式2是较好的选择，即在线路中点和线路3/4两处并联电抗器。

实施例

如图1所示，本发明以海南某电厂的输电线路为例，讨论长线路电容效应，并重点研究并联电抗器对输电线路工频过电压的抑制作用及其特性。建立线路长度L＝250km；电压等级380kv采用单端供电；电源等值内电抗Xs＝221Ω；单位长度电阻r

如图2仿真结果所示，设定参数电压转移系数

如图3所示，仅在末端并联并联电抗器时，电压下降明显，末端电压降低显著

如图4所示，在末端和线路3/4两处补偿时，将线路分成两部分，均按照三角函数规律分布，电抗器处电压降低明显，整体效果明显好于只并联一处电抗器；

如图5所示，在线路中点和末端补偿时，电压从线路中点开始显著降低，呈余弦式下降，抑制效果明显优于仅在末端并联电抗，但没有在末端和线路3/4处并联电抗器的效果好。

如图6所示，在线路中点、距离首端3/4、末端补偿时线路分成两部分，均按照余弦规律分布，电抗器处电压降低明显，整体效果与在末端和线路3/4两处补偿时接近，但是成本增大；

如图7所示，在距首端1/4、距首端3/4、末端补偿时，线路呈现2段余弦，电压沿线分布均匀，电抗器处电压降低明显。

如图8所示，上述5种方式下沿线电压均有明显降低，方式1末端电压最高，其他3种方式沿线电压分布比较均匀。

从图3-图7可以看出，上述5种方式下沿线电压均有明显降低，方式1末端电压最高，其他3种方式沿线电压分布相对比较均匀。方式2和方式5抑制效果最好，考虑经济因素，并联电抗器数目一般越少越好。因此方式2是较好的选择，即在线路中点和线路3/4两处并联电抗器。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。