1000kV特高压串补装置工程设计分析与研究-电力电子应用硕士论文

分类号：单位代码：10019 密级：学号：PS1411275 学位论文 1000kV 特高压串补装置工程设计分析与研究 Analysis and Study on Engineering Design of 1000kV Ultra High Voltage(UHV) Series Compensation Equipment 研究生： 宋宏佺 指导教师： 翟庆志 教授 合 作 指 导 教 师： 石泽京 高工 申 请 学 位 类 别： 工程硕士 专 业 领 域 名 称：电气工程 研究方向：电力电子技术应用 所在学院： 信息与电气工程学院 2016 年 12 月 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中已经注明引用和致谢的内容外，论文中不包含本人和其 他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：宋宏佺时间： 2016 年 12 月 06 日 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定。本人同意中国农业 大学有权保存及向国家有关部门和机构送交论文的纸质版和电子版， 允许论文被查阅 和借阅； 本人同意中国农业大学将本学位论文的全部或部分内容授权汇编录入中国 博士学位论文全文数据库或中国优秀硕士学位论文全文数据库进行出版，并享 受相关权益。 (保密的学位论文在解密后应遵守此协议保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 学位论文作者签名：宋宏佺时间： 2016 年 12 月 06 日 导师签名：翟庆志时间： 2016 年 12 月 06 日 I 摘要 特高压串联补偿装置是充分提高特高压输电线路的输送容量和经济效益的有效手段。本论文 以正在建设中的“锡盟山东 1000kV 特高压交流输变电工程承德 1000kV 串补项目”为依托， 对承德 1000kV 特高压串补装置成套设备工程设计方案进行分析与研究。 首先，分析承德 1000kV 串补系统条件，依据锡盟山东 1000kV 特高压交流输变电工程对 承德 1000kV 串补装置的功能和技术要求，进行 1000kV 承德串补装置的基本参数设计和过电压 保护技术研究，给出了串补基本参数及过电压保护策略。 其次，根据串补的基本参数和串补主元件设计原则，对承德串补装置关键元件，包括电容器 （组）、金属氧化物限压器（MOV）、阻尼回路、火花间隙（GAP）、旁路断路器和隔离开关的 技术参数进行了设计。 最后，研究了特高压串补装置的集成设计方案、元件布置方案和控制保护系统配置方案。由 此，完成承德 1000kV 串补装置的工程设计。 关键词：关键词：特高压，串补装置，设备集成，工程设计，参数设计，控制保护 II Abstract Ultra High Voltage (UHV) series compensation (SC) is an effective way to upgrade the transmission capacity and economic efficiency. In this paper, the basic design scheme of 1000kV Chengde UHV SC project has been studied based on the “Ximeng-Shandong 1000kV UHV AC transmission project-Chengde 1000kV SC project”. Atfirst,consideringthesystempreconditionofthepowersystem,onthe1000kV Ximeng-Shandong AC transmission system, and the technical requirements for the UHV SC project, the basic parameters are determined and the over-voltage protection strategy is studied. Hence, the basic parameters of the SC project and over-voltage coordination scheme are proposed in this paper. Secondly, according to the SC parameters and basic design principle for the main equipment, the technical specifications of the key elements, such as capacitor banks, metal oxide varistor (MOV), damping circuit, spark gap, bypass breaker and disconnector, are worked out. At last, the assembling scheme of UHV SC project, layout diagram for the main equipment and configuration plan for the control & protection system are also presented in the paper. From all the work mentioned above, the overall project design for 1000kV Chengde UHV SC has been completed. Key words:Ultra high voltage (UHV),Series compensation equipment,Equipment assembling, Engineering design,Parameters design, Control & Protection III 目录 摘要.I Abstract.II 目录.III 第一章 引言. 1 1.1 本课题研究目的和意义.1 1.2 串补及特高压技术概述.2 1.3 本课题研究目标、内容、方法和技术路线.5 第二章 承德 1000kV 串补装置系统参数分析与研究.7 2.1 承德 1000kV 串补系统条件.7 2.2 线路及高压电抗器主要参数.8 2.3 承德 1000kV 串补装置典型接线分析.8 2.4 承德 1000kV 串补主要技术参数研究.9 2.5 本章小结.11 第三章 承德 1000kV 串补装置平台及电气元件布置设计研究.12 3.1 特高压串补平台概述.12 3.2 承德 1000kV 串补装置平台分析.12 3.3 平台上电气元件绝缘水平计算.14 3.4 平台上元件布置设计.20 3.5 串补装置平台元件布置方案设计.22 3.6 本章小结.23 第四章 承德 1000kV 串补过电压保护措施及策略分析与研究.24 4.1 特高压串补运行工况分析.24 4.2 特高压串补过电压保护方式研究.24 4.3 特高压串补过电压保护基本策略分析与研究.25 4.4 本章小结.27 第五章 特高压串补主要元件配置设计分析与研究. 28 5.1 电容器（组）选型设计及其保护配置研究.28 5.2 特高压串补用金属氧化物限压器（MOV）参数设计分析.34 5.3 特高压串补装置用阻尼回路参数设计研究.38 5.4 特高压串补装置用火花间隙（GAP）参数设计研究.43 5.5 特高压串补装置用旁路断路器参数设计研究.45 5.6 特高压串补装置用串联和旁路隔离开关参数设计研究.46 5.7 本章小结.47 IV 第六章 特高压串补装置测量及控制保护系统配置方案研究.48 6.1 控制保护系统基本介绍.48 6.2 控制保护系统的整体功能分析.48 6.3 控制保护系统配置研究.49 6.4 保护系统配置设计分析.50 6.5 控制保护系统设备设计配置.52 6.6 特高压串补控制保护系统配置特点.52 6.7 本章小结.52 第七章 总结和展望.53 7.1 总结.53 7.2 展望.53 参考文献. 54 致谢.56 附录 A 特高压串补装置主元件照片.57 A.1 电容器组.57 A.2 金属氧化物限压器（MOV）. 57 A.3 火花间隙（GAP）.57 A.4 阻尼回路装置.57 A.5 旁路断路器.58 A.6 串联隔离开关.58 A.7 旁路隔离开关.58 附录 B 特高压固定串补装置实景照片.59 B.11000kV 特高压固定串补装置（1000kV 南阳站长南 I 线）.59 B.21000kV 特高压固定串补装置（1000kV 南阳站南荆 I 线）.59 中国农业大学硕士学位论文第一章 引言 1 第一章引言 1.1 本课题研究目的和意义 随着我国经济建设大发展，形成了能源中心集中在西部、电能用能中心集中在东中部的大形 势，这个形势将会继续持续很长时间，电能的西电东送格局是经济发展结果。由此，我国电网网 络构架建设为实现大规模远距离输送电能，发展特高压是重中之重。然而，特高压输线路电气距 离远，通道的输送能力易受系统稳定限制，为充分发挥输电通道的经济效益，采用串联电容器补 偿（以下简称串补）技术是常用且非常有效的手段。在输电线路上采用串补技术后对提高输送容 量相较于新建线路具有更好的经济优势。随着我国特高压输电网的不断建设，以及全球能源互联 网逐步形成，串补技术将有十分广泛的应用前景1。 特高压串补是增强输电线路送电能力，提高特高压输电线路稳定性的重要技术，是国家电网 公司特高压电网建设需要解决的重大课题之一。根据国家电网公司特高压电网建设规划，未来将 要建设的特高压串补超过 40 套，串补装置市场规模将超过百亿元2。 世界首套 1000kV 特高压串补装置于 2011 年 12 月在我国“1000kV 特高压中线扩建工程”南 阳站和长治站上顺利投运，至今一直安全稳定运行。首套 1000kV 特高压串补装置的顺利投运和 稳定运行表明了我国的电力技术水平在串补技术领域的自主研发能力达到了国际领先水平，同时 实现了我国特高压骨干输电网架的输送能力和可靠性的全面提升，对我国输电网的建设和运行具 有重要意义3。 串补成套装置是一个集成的大系统，我国国产的 220kV 和 500kV 电压等级的串补装置主要 是借鉴了国外成功经验，而在 1000kV 电压等级的特高压串补装置上无经验可借鉴，由此上述首 套特高压串补装置的顺利研制成功、投运和稳定运行为后续在特高压骨干输电网上继续安装和应 用具有重大借鉴意义，同时特高压串补技术更加成熟、装置运行更加可靠，对我国规划和建设强 大的特高压输电电网网架结构至关重要。 根据特高压电网规划，未来我国特高压电网从送端到受端将跨越更长的距离，输送容量也更 大。根据电力系统本身固有的规律，为充分发挥特高压电网的优势和效能，在长距离输变电工程 中安装串补也是必要的。 目前，按照国家电网公司的“锡盟山东 1000kV 特高压交流输变电工程”的建设规划，在 承德建设 1000kV 承德串补站，即在锡盟山东 1000kV 特高压交流输线路上加装 2 组补偿度为 40%的固定串补装置，以提高该特高压线路的送电能力，提高华北电网的安全稳定水平3。 本论文就是以上述正在建设中的“锡盟山东 1000kV 特高压交流输变电工程承德 1000kV 串补项目”为依托，对承德 1000kV 特高压串补装置成套设备集成技术及工程设计方案进 行研究，提出承德 1000kV 串补装置系统参数和关键元件技术参数、过电压保护方案、装置集成 设计方案、元件布置设计方案、测量及控制保护系统配置方案，由此完成承德 1000kV 串补装置 的工程设计。 中国农业大学硕士学位论文第一章 引言 2 1.2 串补及特高压技术概述 1.2.1 串补技术的基本原理及功能 串补技术即在交流输电系统中将电容器组串联接入到输电线路，从而起到补偿输电线路的电 气距离(线路电抗)的作用。相比较于新建线路，串补装置可节约投资，具有良好的经济性，因而 在国内外电力系统中得到了广泛应用。由于串补具有在不改变网架结构、不新增输电线路的前提 下，能够显著提升电力系统的输送能力等特点，因此，成为提高我国电网的稳定水平和能源配送 能力等问题的优选技术方案之一4。 在交流输电系统中加装串补，可起到以下作用456： （1）减少线路电压降 当线路负荷增大时，线路上的电压损失使末端电压水平不符合负荷正常工作要求，用串联电 容器补偿一部分线路电抗，使线路电压损失减少，以保障受端电压达到要求。 在满足末端电压达到要求的前提下，甚至可以把线路的输送容量，提高到按导线发热工况计 算的容量。 输电线路电压损耗的计算公式为： () LLC PRQ XX U U （1-1） 其中U代表线路首端电压，P、Q分别代表线路有功和无功功率， L R、 L X代表线路的等效 阻抗， C X代表串补容抗。 （2）减小系统电压波动 当线路上带有大容量冲击负荷时，电压波动很剧烈，串联电容器作为一种没有延迟性的调压 装置，可以有效地用来平息这种波动。 （3）缩短线路电气长度 高压电网线路的电抗约占输电设备总电抗的（2070）%，且随着高压输电线路的不断增长， 线路的稳定极限和送电能力将受到限制，串联电容器缩短了线路的等效电气长度，大大提高线路 的送电能力。 （4）增加输送容量 线路输送的有功功率表达式为： sin() AB AB C U U P XX （1-2） 其中 A U、 B U代表输电线路首、末端电压， A 、 B 代表首、末端电压相位，X、 C X分别 代表原线路电抗值和串补容抗值。 可以看到，串补容抗的存在减少了线路总电抗，在其他电气量不变的情况下，可有效提高线 路输送的有功功率。 （5）提高送端功率因数 由于功率通过电容器时产生的容性无功功率，补偿了一部分线路电抗中所消耗的感性无功功 率，送端和末端电压之间的相角减小，在末端负荷功率因数不变的条件下，使线路送端的功率因 数增大。 中国农业大学硕士学位论文第一章 引言 3 （6）减少线路有功损失 串联电容器的接入，使线路末端电压的升高，也附带地减少了线路的功率损失。串补减少线 损不如并联补偿减少线损的效果显著。 1.2.2 串补技术国内外发展现状14789 柔性交流输电系统是综合电力电子技术、微处理和微电子技术、通信技术和控制技术而形成 的用于灵活快速控制交流输电的新技术。作为柔性交流输电技术之一的串补技术，主要包括固定 串补（SC）和可控串补（TCSC）。 串补技术是将电容器组串联到交流输电线路中，补偿交流输电线路的等效电抗，从而提高输 电线路的综合输送能力。 世界上最早的串补装置， 始于 1928 年的美国纽约电力和照明公司在其 33kV 线路系统电网上 的应用。到 20 世纪 40 年代，日本、瑞典、苏联等国家在 335kV 配电网中开始推广应用串补技 术。1950 年，瑞典在斯塔德福森（Stadsforsen）到哈尔斯尔格（Hallsberg）的 220kV 线路上建造 了第一个 220kV 串补站，补偿度为 20%。 串补技术目前已经有 80 多年的历史，全世界运行的高压串补装置电压等级从 220kV 发展到 1000kV，全世界范围内总容量超过 100GVar。我国的特高压串补装置是目前世界上电压等级最高 的；在国外，目前最高电压等级 800kV（巴西 Itabera 水电外送）。 在国外，瑞典在 1950 年建成了世界第一套 220kV 串补装置；1956 年，苏联建成了世界上第 一套 400kV 串补装置；1964 年，瑞典在 380kV 电网采用串补技术；1968 年美国在 500kV 远距离 输电采用串补技术；1989 年，巴西在 800kV 线路上使用串补技术。此后，俄罗斯、墨西哥、加 拿大、阿根廷等国家也开始尝试采用串补技术。 在国内，1954 年起，在东北、华北几个地区的 635kV 线路上尝试使用串补技术，此后我国 于 1966 年在新安水电站到杭州的 220kV 线路上建成了第一套 220kV 串补装置， 1972 年在刘家峡 关中的 330kV 线路上建成了第一套 330kV 串补装置，补偿度为 30%。后来由于电网的网架 结构和运行方式调整，这两套串补装置先后退出了运行。 2000 年，我国在 500kV 三堡开关站采用串补技术，建设了两套 500kV 固定串补装置，并于 2000 年 11 月 30 日投入运行。2001 年 6 月，我国第二个 500kV 串补工程华北电网大房双回 线加装串补工程投产运行。2003 年 6 月 18 日30 日，华北电网的第二个串补工程丰万（丰 镇万全）双回和万顺（万全顺义）双回 500kV 串补装置在万全变电站相继投产。同时，在 2003 年，我国同时也是亚洲的第一个 500kV 可控串补站在广西平果建成投运。2004 年，国产化 的一套可控串补装置：甘肃成碧 220kV 可控串补建成投运。2006 年国产串补首次跨出国门，中 电普瑞科技有限公司（中国电力科学研究院下属全资子公司）中标越南老街串补工程。2007 年， 同样由中电普瑞科技有限公司供货的伊冯 500kV 可控串补装置顺利投入运行，2008 年，中电普 瑞科技有限公司采用自主创新技术成功改造了三堡东三、 线 500kV 进口串补装置控制保护系 统。 同时， 中电普瑞科技有限公司在东三线500kV （线路长约267km） 装设了1组容量为529Mvar、 补偿度为 41.4%串补装置。 自 2004 年，中电普瑞科技有限公司先后在国内的浑源、承德、忻都、沽源、桂林、通榆、 中国农业大学硕士学位论文第一章 引言 4 建水、砚山、通宝以及国外的越南、巴西、埃塞俄比亚等地装设和投运了 30 多套 500kV 串补装 置。 2011 年，在我国首条 1000kV 特高压输电线路上首次应用串补技术，即在 1000kV 长治站装 设 1 组补偿度为 20串补装置，在 1000kV 南阳站装设 1 组补偿度为 40串补装置。该串补装 置也是世界上首个 1000kV 电压等级串补装置，安装总容量 5280Mvar。 2014 年 11 月 4 日，锡盟-山东 1000kV 特高压交流输变电工程正式开工建设。该项目将在承 德建设我国和世界上第二个特高压串补站，固定串补装置补偿度为 40，安装总容量 6000Mvar， 工程将于 2016 年投运。 1.2.3 特高压输电技术发展21013 在国内，国家“十二五”、能源发展“十二五”和大气污染防治行动计划等多项规划和计划 均已把特高压纳入到其规划纲要中。 2009 年 1 月，我国首条特高压输电线路建成投运，并在 2012 年扩建。2014 年 11 月，总投 资额达到 683 亿元， 新增输送能力 2600 万千瓦的特高压 “两交一直” 工程正式开工， 并计划 2016 年全部建成竣工投产。自此，我国的特高压输电电网建设正式开始进入全面发展的新阶段。 在国外，1985 年 8 月开始，前苏联共建成 1150kV 输电线路 2350km，建成后按系统额定电 压 1150kV 运行了 5 年之后便全线降压到 500kV 电压等级运行，至今运行情况良好。 日本自 1988 年1999 年建成 2 条 1000kV 输电线路和 2 座 1000kV 变电站，从建成后都一直 降压到 500kV 电压等级运行。 现今，在中国的特高压技术处于世界领先水平的情况下，多个国家开始寻求与中国开展合作 建设本国的特高压输电设施。 2014 年 5 月，我国国家电网公司与俄罗斯电网公司在上海签署协议， 双方计划在特高压交直 流、智能电网等方面开展合作；2014 年 7 月，国家电网公司在巴西中标的首个海外特高压直流输 电项目；印度目前也正在和国家电网公司洽谈特高压电网建设合作事项。 1.2.4 首套 1000kV 特高压串补项目概况714 目前，特高压串补装置已应用于国内首条特高压交流线路，工程情况如下： 1000kV 长治-南阳-荆门特高压交流输电线路为国内首条 1000kV 特高压输电线路，为进一步 提高其输送容量，国家电网公司在长治、南阳站分别加装 20%和 40%串补装置，其系统主要额定 值为：额定电压 1000kV、额定电流 5080A、额定容量 5280Mvar、短时电流耐受能力 63kA、装置 可用率 99.8%、抗震等级 8 度。 2011 年 2 月，特高压串补工程正式进入实施阶段，9 月完成了全部设备的安装和单体调试， 11 月 19 日和 12 月 9 日， 在 1000kV 特高压长南线和南荆线成功进行了 A 相人工接地故障试验和 特殊大负荷试验，试验期间，串补装置运行稳定、动作正确，各项参数性能都达到预期目标。特 高压串补工程于 2011 年 12 月 16 日正式投入运行，将所在线路的输送能力提高了 100 万千瓦， 为实现单回特高压线路稳定输送 500 万千瓦的目标做出了重大贡献。该工程共投入使用 3 套串补 装置，成套元件中除了 2 台旁路断路器采用 ABB 公司同期研制的设备外，其余旁路断路器及全 中国农业大学硕士学位论文第一章 引言 5 部电容器组、火花间隙、限压器、旁路隔离开关、阻尼装置、电流互感器和光纤柱等元件均采用 国内研究成果。 特高压串补工程自投运以来稳定运行至今，实现了年可用率不小于 99.8%的目标。 根据电网规划，特高压串补装置预计未来几年还将在 10 余个特高压输电通道中得到应用， 其中，锡盟山东特高压交流工程（含特高压串补）2014 年 7 月获国家发改委核准同意建设。 1.2.5 承德 1000kV 串补项目概况316 2014 年 7 月，锡盟山东 1000 千伏特高压交流输变电工程获得国家核准，成为年内第二个 获批的特高压交流工程，该工程是国家电网公司建设的第六个 1000kV 特高压交流输变电工程。 锡盟山东 1000 伏交流输变电工程建成后，内蒙古新增外送能力约 900 万千瓦，年送电量 约 450 亿千瓦时。为使锡盟济南特高压工程的送电能力满足设计要求，提高电网的安全稳定水 平，拟在锡盟北京东 1000kV 特高压双回线路上加装固定串补装置，根据国家电网公司前期规 划相关研究成果，确定串补装置集中装设在承德 1000kV 串补站，该站位于锡盟北京东线路中 间距离锡盟站约 68km 处，共装设 2 套 1000kV 串补装置（每套装置分两段），每回线路串补度 为 41.2%，串补装置拟采用双段分平台布置方式。 1.3 本课题研究目标、内容、方法和技术路线 1.3.1 研究目标 以“锡盟山东 1000kV 特高压交流输变电工程承德 1000kV 串补项目”为依托，对承 德 1000kV 串补装置集成技术及工程设计进行分析与研究，其中包括特高压串补的基本设计、过 电压保护及其绝缘配合技术、主要元件及其参数选择、主要元件工作条件、串补过电压保护控制 策略，在此基础上，提出串补装置系统参数和关键元件技术参数、过电压保护方案、装置集成设 计方案、元件布置设计方案、测量及控制保护系统配置方案，由此完成串补装置的工程设计，为 承德 1000kV 串补站设计集成 2 套串补装置，与 1000kV 串补站实际工程设计应用进行验证。 1.3.2 研究内容 本论文针对锡盟山东 1000kV 特高压交流输变电工程承德 1000kV 串补站工程，对特高压 输变电工程中串补装置的基本设计、设备规范及过电压保护策略问题进行研究，主要内容有： （1）基于特高压串补站（线路）系统条件分析研究串补装置的系统参数； （2）特高压串补装置的过电压保护的基本措施； （3）特高压串联电容器（组）的耐受能力、技术参数、设计选型、保护配置形式； （4）特高压串补金属氧化物限压器（MOV）的能量配置和主要技术参数； （5）特高压串补 MOV 阻尼回路的选型和设计； （6）特高压串补 MOV 间隙、旁路断路器、旁路隔离开关等元件的技术参数； （7）特高压串补装置绝缘平台设计和电气元件绝缘配合计算； （8）特高压串补装置的测量和控制保护系统的功能配置。 中国农业大学硕士学位论文第一章 引言 6 通过上述研究给出 1000kV 特高压串补装置系统参数和关键元件技术参数、 过电压保护方案、 装置集成设计方案、元件布置设计方案、测量及控制保护系统配置方案。 1.3.3 主要研究方法 （1）文献研究方法； （2）分析研究已获取的资料和信息； （3）依托实际工程项目进行验证。 1.3.4 研究技术路线 第一阶段，首先通过收集和查阅（特高压）串补装置的技术规范、首套特高压串补装置技术 资料等相关技术文献，以及收集承德 1000kV 串补站相关技术资料，确定本课题的研究目标和内 容。 第二阶段， 在研究分析基础上， 针对锡盟山东1000kV特高压交流输变电工程对承德1000kV 串补装置的功能和技术要求，在首套特高压串补装置技术参数的基础上，进行承德 1000kV 串补 装置的基本设计、过电压保护及其绝缘配合技术研究和分析。 第三阶段，根据研究和分析得到的串补装置的基本设计、过电压保护及其绝缘配合方案，进 行研究和计算，提出串补装置系统参数和关键元件技术参数、过电压保护方案、装置集成设计方 案、元件布置设计方案、测量及控制保护系统配置方案，由此完成串补装置的工程设计。 中国农业大学硕士学位论文第二章 承德 1000kV 串补装置系统参数分析与研究 7 第二章 承德 1000kV 串补装置系统参数分析与研究 2.1 承德 1000kV 串补系统条件 为使锡盟济南特高压工程的送电能力满足设计要求，提高电网的安全稳定水平，拟在锡盟 北京东 1000kV 特高压双回线路上加装约 40%的固定串补装置， 根据前期规划相关研究成果16， 确定串补装置集中装设在承德 1000kV 串补站， 该站距离锡盟站约 68km， 串补装置采用双段分平 台布置方式，单段串补度约为 20%。 远期水平年下，锡盟、北京东站特高压交流母线三相短路电流约为(3040)kArms，与特高压 交流试验示范工程扩建工程规划短路电流水平（长治南阳双回线路）相比要小。考虑到锡盟外 送更远期特高压网架规划仍存在不确定性，本研究中，锡盟站、北京东站特高压交流母线三相短 路电流水平分别按 50kArms、63kArms 测算。 锡盟北京东线路长度为 358.4km，自锡盟开始依次为单回 2246.9km、双回 111.5km，单 回路部分占线路总长的 68.9%，承德 1000kV 串补站处于两个单回路部分。 图2-1 所示为根据现有规划数据进行简化得到的 1000kV锡盟山东特高压交流工程本期 （投 产年）方式下锡盟北京东 1000kV 双端系统的等值阻抗参数，图中等值阻抗不包括锡盟承德 北京东线路以及承德 1000kV 串补参数31416。 图 2-1 投产年方式下锡盟北京东特高压系统等值电路示意图 表 2-1 为投产年方式下锡盟北京东 1000kV 双端系统的等值阻抗有名值，表 2-2 为对应该 双端系统的等值电源电压、相角参数。 表 2-1 本期（投产年）方式下锡盟北京东特高压系统等值阻抗参数 阻抗 正序（欧姆）零序（欧姆） 电阻电抗电阻电抗 Z10.9025272.1351.2546100.27 Z23.158845.1484.136591.35 中国农业大学硕士学位论文第二章 承德 1000kV 串补装置系统参数分析与研究 8 表 2-2 本期（投产年）方式下锡盟北京东特高压系统等值电源参数 等值电源电压（kV）相角（度） 锡盟116735.5 北京东1040-14.5 2.2 线路及高压电抗器主要参数 根据线路设计资料316计算的锡盟北京东特高压单回及同塔双回线路的工频电气参数典型 值如表 2-3 所示。 表 2-3 锡盟北京东 1000kV 特高压线路单位长度近似序参数典型值 杆塔类型相序电阻（/km）电抗（/km）电容（F/km） 双回塔（112.1km） 零序 10.179140.860610.00854 零序 20.172170.535770.00274 正序0.006620.251960.01450 单回塔（245.6km） 零序0.183970.813610.00889 正序0.006770.267000.01374 根据系统的无功平衡和电压控制要求，锡盟北京东特高压线路上的高压并联电抗器（简称 高抗）如下表 2-4 所示。 表 2-4 锡盟北京东 1000kV 线路高压电抗器参数 研究线路线路长度（km） 线路高抗容量（Mvar） 首端末端 锡盟-北京东双线357.7720840 2.3 承德 1000kV 串补装置典型接线分析 参照2011年建成投入运行的世界首套1000kV特高压串补装置的电气接线方式和过电压保护 方式，承德 1000kV 串补装置拟采用“金属氧化物限压器（MOV）+旁路火花间隙”型的过电压 保护方案16，串补装置简化接线示意图如图 2-2 所示。串补装置主要由串联电容器（C）、金属 氧化物限压器（MOV）、阻尼回路（D）、可触发火花间隙（S）、旁路断路器（QF）组成，此 外还包括旁路隔离开关（QS1）、串联隔离开关（QS2、QS3），在串联隔离开关两侧还分别装设 接地开关。 中国农业大学硕士学位论文第二章 承德 1000kV 串补装置系统参数分析与研究 9 符号说明： C -串联电容器组 M O V -金属氧化物限压器 D -阻尼回路 S-保护火花间隙 Q F-旁路开关 Q S1-旁路隔离开关 Q S2、Q S3-串联隔离开关 ES21、ES31-平台侧接地开关 ES22、ES32-线路侧接地开关 图 2-2 承德 1000kV 串补装置简化接线示意图 同时，参照 1000kV 南阳站南荆线串补装置的结构方式，承德 1000kV 串补采用“双段分平 台布置方式”的结构1620，这里对图 2-2 进行完善，如下图 2-3 所示。可见与图 2-2 中的单平台 布置方式相比，采用双段分平台布置方式时，每段平台均由串补电容器（C）、阻尼回路（D）、 火花间隙（S）、旁路断路器（QF）组成，两段平台共用一组旁路隔离开关（QS1）和两组串联 隔离开关（QS2、QS3），在串联隔离开关两侧装设的接地开关按照安装位置分为平台侧接地开 关（ES21、ES31）和线路侧接地开关（ES22、ES32）。 符号说明： C - 串联电容器组 M O V - 金属氧化物限压器 D - 阻尼回路 S- 保护火花间隙 Q F- 旁路开关 Q S1- 旁路隔离开关 Q S2、Q S3- 串联隔离开关 ES21、ES31- 平台侧接地开关 ES22、ES32- 线路侧接地开关 图 2-3 采用“双段分平台布置方式”的承德 1000kV 固定串补装置简化接线示意图 2.4 承德 1000kV 串补主要技术参数研究 根据前期比选研究，综合承德 1000kV 串补装置可研报告和招投标文件中给出的锡盟北京 东 1000kV 特高压双回线路系统参数输入值，运用 GB/T 6115.1电力系统用串联电容器 第 1 部 中国农业大学硕士学位论文第二章 承德 1000kV 串补装置系统参数分析与研究 10 分：总则第 3.8 条款的补偿度计算公式，可以计算得到承德 1000kV 串补装置的容抗值： 串补补偿度k计算公式 %100 L C X X k （2-1） 式中： C X _串联电容器的容抗； L X _串联电容器所在输电线路的正序感抗的总和。 计算得到串联电容器的容抗后，结合承德 1000kV 串补装置可研报告和招投标文件中给出的 串联电容器组额定电流，运用 GB/T 6115.1电力系统用串联电容器 第 1 部分：总则第 3.25 条款和第 3.28 条款的如下公式可以计算得到串联电容器组的额定容量和额定电压值。 额定容量 N Q，单位 Mvar NNN XIQ 2 3 (2-2) 式中： N X _额定电抗， N I _额定电流，kA N U_额定电压，kV NNN XIU (2-3) 式中： N X _额定电抗， N I _额定电流，kA C_，电容值，F N fX C 2 1 (2-4) 式中： N X _额定容抗， f _额定频率，Hz 通过上述公式进行计算后，同时比对 1000kV 特高压交流试验示范工程扩建工程中长治南 阳线特高压串补装置的额定参数，最终确定承德 1000kV 串补装置电容器的基本额定参数20，如 表 2-5 所示。 中国农业大学硕士学位论文第二章 承德 1000kV 串补装置系统参数分析与研究 11 表 2-5 承德 1000kV 固定串补电容器的额定参数 单段总体 串补度20.6%41.2% 额定容抗（）19.3838.75 电容（F）164.382.14 额定电流（A）50805080 额定电压（kV）98.45196.9 三相额定容量（Mvar）15003000 每相阻抗偏差（）1%1% 相间阻抗偏差（）1%1% 臂间容抗差（）0.05%0.05% 说明 1）容抗偏差为（0.91.1）Un 下实际容抗值与额定容抗值之间 的偏差，Un 为串补电容器额定电压的有效值； 2）所有容抗偏差均为在（0.91.1）Un、环境温度为 20C 条 件下的参数值； 3）额定容抗为 50 Hz 和 20条件下的参数值。 2.5 本章小结 本章对拟在锡盟北京东 1000kV 特高压双回线路上加装的补偿度 40%固定串补装置的系统 条件进行了分析，在此基础上建立了 1000kV 锡盟北京东特高压串补仿真计算用的等值系统， 得到 1000kV 锡盟北京东特高压系统等值阻抗参数；同时，比对参照 2011 年建成投入运行的 1000kV 长治-南阳-荆门中线试验示范项目扩建工程特高压串补装置所采用的电气接线方式和过 电压保护方式，提出了本次