自勵磁過電壓根源的研究

陳天恒+張捷+錢靖+張寶棟

摘 要：針對特高壓電網，較長的線路導致其電容值很大，當線路甩負荷時，產生的電流是容性的，該容性電流會產生自勵磁過電壓，對該類型過電壓的研究至關電網的安全和絕緣。通過建立模型，給出假定前提，運用迭代算法進行分析，并用MATLAB仿真，證實自勵磁過電壓產生的原因之一是自激震蕩。

關鍵詞：自勵磁；過電壓；助磁；參數諧振；發電機

中圖分類號：TM862 文獻標志碼：A 文章編號：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

學術界對產生過電壓的原因展開大量探究，但復雜的模型和暫態過程導致對較長輸電線路甩負荷過電壓無從下手[1]。針對特高壓電網，較長的線路導致其電容值很大，當線路甩負荷時，產生的電流是容性的，該容性電流會產生自勵磁過電壓，對該類型過電壓的研究至關電網的安全和絕緣。

參數諧振會呈現以下特點：

諧振能量不需要獨立電源，由發電機提供。在自勵磁起初的階段，系統中需要殘余能量，才可能保證諧振狀態的產生和持續發展[2-4]。

諧振導致電力系統的電壓電流值無限增大，而鐵芯飽和磁路可以間接防止幅值擴大。

同步自勵磁導致電壓電流增大，發電機向外做功，直接拉升電力系統電壓值，極大損壞整個系統設備的絕緣性。如果任由同步自勵磁擴大，將加速轉子運動，從而進入異步自勵磁階段[5][6]。

1 自勵磁的理論研究

如圖1，假設發電機的交軸和直軸感抗值相同，轉子處于完全對稱的狀態，經過數值計算可知，即使轉子處于完全對稱狀態，仍有可能出現發電機自勵磁過電壓的狀況[7]。

2 數值算法

我們通過對其進行MATLAB仿真，來驗證自激振蕩是自勵磁產生的根源之一[4]。隱極梯形法的差分化原則是：

（1）不含微分算子的變量x以■[x（t）+x（t-？駐t）]代換；

（2）帶有微分算子p的變量px以■代換；

（3）常系數和常數項保持不變。

對二式進行差分化，并求差分化交直軸繞組回路方程、繞組磁鏈方程、定子繞組磁鏈方程、電阻R電壓降落方程，可得12維度的線性方程組[6]：

AX=B （1）

式中，各矩陣參數如下：

（2）

（3）

（4）

3 算例分析

用MATLAB程序進行仿真，并給直軸磁鏈一個初值，以便產生一個較小的擾動。

算例一：假定特高壓1000kV線路長度為590km，則R=0.0006，xc=0.2004，導致系統異步自勵磁，如圖2所示，

算例二：假定線路長160 km，則R=0.00017，xc=0.7420，導致系統出現同步自勵磁，如圖3所示。

通過以上兩圖可以看出，在不考慮磁路飽和的前提下，導致異步和同步自勵磁情況的發生。

4 結束語

參數諧振的前提是轉子結構對稱，但研究表明，即使轉子結構對稱的情況下，依舊會發生自勵磁的現象，也就是說參數諧振不是自勵磁發生的唯一根源，我們對此進行了研究和探索。通過建立模型，給出假定前提，運用迭代算法進行分析，并用MATLAB仿真，證實自勵磁過電壓產生的原因之一是自激震蕩。

參考文獻：

[1]劉振亞.特高壓電網[M].北京：中國經濟出版社，2005.

[2]賀家李，李永麗，李斌，等.特高壓輸電線繼電保護配置方案（一）特高壓輸電線的結構與運行特點[J].電力系統自動化，2002，26

（23）：1-6.

[3]趙興勇，張秀彬.特高壓輸電技術在我國的實施及展望[J].能源技術，2007，28（1）：52-54.

[4]徐博文.大區電網互聯的幾個重要問題[J].電網技術，1999，23（9）：32-34.

[5]高電壓技術[J].北京：電力工業出版社，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