配电网串联补偿线风险评估

来源：职称阁分类：经济论文时间：2019-04-01 17:17热度：

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配电网串联补偿线风险评估

　　关键词:串联补偿;铁磁谐振;权重法;判断矩阵;风险评估

　　近年来，电网广泛开展低电压整治及节能降损改造。配电网线路末端电压过低主要是有功电流在低压线路上的压降引起。鉴于串联补偿在高压输电线路无功补偿的成功应用，将串联补偿技术应用于10kV配电网可有效提高沿线及末端电压，大幅降低线路网损，提高线路始端功率因数，能从根本上解决电压波动问题。这在农网低电压治理领域更具优势.在配电网的无功治理领域，由于串联电容器补偿具有良好的“自适应”特点，近年来得到了新的发展[2]。山东、浙江等省已开始在10kV线路上试点应用，取得了良好的低电压治理及节能效果。在应用过程中也发现存在急需解决的问题:由于配电线路中往往存在大量配电变压器和电动机，甚至存在一些小水电站，当线路装有串联电容器之后可能会发生铁磁谐振、电动机自激谐振[3]。需要通过配置合适的串补度以及谐振阻尼装置和保护来抑制谐振。因此，选取合适的串补度是关键。鉴于此，本文提出了一种基于权重法的串补线路铁磁谐振风险评估方法。该方法首先分析诱发铁磁谐振的主要影响因素，构建铁磁谐振影响因素的判断矩阵，采用故障扰动、过补偿、变压器、电磁式PT等7个指标定量计算线路发生铁磁谐振的概率，再分析串补线路铁磁谐振的各种防护措施，并以加权方式来修正线路铁磁谐振发生概率，最后根据其发生铁磁谐振的概率，进行风险评估。旨在避免发生铁磁谐振，有效地保护串联补偿线路。

　　1影响铁磁谐振各因素的权重分析

　　铁磁谐振是指在电力系统运行过程中，在外界激励的作用下，非线性电感发生磁饱和的现象。在电感变化过程中与电容达到了参数匹配，产生谐振过电压。铁磁谐振产生所需要的条件包括:(1)运行的电力系统中包含有非线性电感和电容元件是引起铁磁谐振的前提，如线路中包含有变压器和串补电容器。(2)电网正常运行时，系统回路中感抗往往要大于容抗。当系统运行发生变化时，使回路中电感两端电压突然升高，使得电感出现磁饱和现象，感抗值降低，需要降低到比系统中的容抗小，才可能引起铁磁谐振。(3)电路中要有两个稳定工作点，其中一个为正常运行的A点，另一个为谐振点C，因此回路电动势的大小应在某一范围内。(4)需要某些外界激励条件，使非线性电感和电容两端的电压幅值突然增大，才可能从正常状态转移到谐振状态。这样的外界激励一般包括两种类型:一种是回路中有新的干扰动作，如断路器非同期合闸或系统发生短路、断线等故障，扰动结束后，系统无法恢复到原来的正常状态，而是过渡到谐振状态。在电力系统中，单相接地短路是电网运行中发生次数最多的故障。当单相接地短路故障消失后，各相电压不是马上恢复正常值，而是有一个过渡过程，这个过程会引起电网中电磁能的强烈振荡，使各相产生过电压。另一种是系统运行参数突然发生改变，如电网中出现切、合母线等倒闸操作，使回路中电感、电容参数发生改变，从而使新回路过渡到谐振状态[4]。本文选取串联补偿线路中铁磁谐振发生的可能性作为评价对象，取合理并具有代表性的对铁磁谐振影响较为明显的影响因子作为评价指标。指标的特性不同对评价对象造成的影响不同[5]。如线路中装设有消弧线圈可抑制谐振的发生，装有变压器则增大铁磁谐振发生的可能性。因此，将指标进行一致化处理，构造比较矩阵确定指标权重，权重越大则对评价对象的影响越大[6]。最后建立综合评价模型，并根据指标体系和数据特性选择分析研究得到铁磁谐振发生的可能性。铁磁谐振概率分析流程图如图1所示.1.1串联补偿线路铁磁谐振影响因素串联补偿线路发生铁磁谐振的两个必要条件，即非线性元件和冲击干扰。非线性元件主要是变压器和电磁式互感器。线路受冲击干扰的情况主要分为故障干扰和参数突变两个影响因素。线路本身的装置与运行方式也将对铁磁谐振的产生造成影响。铁磁谐振主要影响因子如表1所示。表1中指标状态量是指线路中是否含有此状态。如线路中含有电机，则电机的状态量为1;如线路发生参数突变，则参数突变状态量为1，否则为0。由于消弧线圈对铁磁谐振的产生具有抑制作用，在对其进行一致化处理取状态量为-1和0。1.2铁磁谐振影响因素权重计算对激发铁磁谐振的各个因素进行两两比较，构建出一个完整的成对比较矩阵来确定每个因素对铁磁谐振的影响权重。用aij表示第i个和第j个因素的比较结果，运用由Saaty提出的比较尺度为1～9的标度法[6]。标度法尺度及含义表如表2所示.通过对统计资料的量化分析和对专家直观经验的分析，选取7个影响因素构建铁磁谐振影响因素判断矩阵[8]，如表3所示。

　　2基于权重法的串补线路铁磁谐振风险评估

　　在串补线路中采用全补偿和欠补偿法可以有效防止铁磁谐振的发生，但线路必须采用过补偿时可安装阻尼电阻和旁路开关。在实际应用中旁路开关相比较阻尼电阻更为方便经济[11]。根据权重分析与实际运行表明，当串联补偿线路中加入阻尼电阻时，铁磁谐振发生的概率小于0.3;有旁路开关时可将串补电容及时切除，避免与电感参数匹配，若无意外，铁磁谐振几乎不可能发生，概率小于0.1。铁磁谐振防护措施的权重如表5所示。

　　3典型应用案例分析

　　以江苏某35kV变电站为例，由于变电站供电电压较低，站内装设了3000kVA的串联补偿电容，采用过补偿方式。变电站变压器容量为5600kVA，线路含电流互感器，线路未安装铁磁谐振防护措施，即k=1，当投入串联补偿时，线路发生铁磁谐振的概率:i=0.164+0.164+0.156+0.164=0.658有极大可能发生铁磁谐振。通过对该线路的实际调查表明，该线路曾发生过铁磁谐振，证明该分析与实际情况相符合。若投入阻尼装置和旁路电容同时作用，则线路发生铁磁谐振的概率为i=0.0034。通过在线路上投入阻尼装置和旁路电容同时作用，对其进行长期观察后，发现该线路在采取防振措施后并未发生铁磁谐振，表明该方法可有效抑制铁磁谐振的发生。

　　4结语

　　本文从线路运行状态、故障类型、防振措施3方面入手构建铁磁谐振发生概率评估体系，结合线路实际运行情况，根据不同影响因子的权重和防护情况对线路铁磁谐振发生概率进行风险评估，以实例证明评估结果接近实际情况;并根据各影响因素的权重提出以下几种有效措施[12]，来预防该现象的产生，保障线路安全运行。(1)尽量采用全补偿方式和欠补偿方式，可以消除铁磁谐振的参数要求。(2)在串联补偿装置设计时，要尽量避免系统补偿后出现过电压。根据安装补偿装置后，其下游的线路所有分接点的电压大小均低于系统额定电压的105%的原则，去设计补偿装置的容量和安装点。(3)补偿度K决定了系统调压程度，降低系统补偿度可以避免铁磁谐振的产生，通过在线路上适当位置设置几组串联补偿，既可以防止铁磁谐振的产生，又能保证系统的调压效果。(4)当线路必须采取过补偿方式才能使该线路电压符合电压质量要求时，可以采取以下两种方式来消除铁磁谐振:一是加装阻尼电阻，将阻尼电阻与电容器并联，破坏铁磁谐振外界条件，根据系统参数测量判断可能引发铁磁谐振时立刻投入阻尼电阻;二是在串联电容器并联设置一个旁路开关，当检测到回路中存在谐振电流时，立即合上旁路开关，并保持一定时间，可以消除铁磁谐振，而且该方法更加经济[13]。

　　作者：李杲喆薛玮周力行单位：长沙理工大学电气与信息工程学院国网湖南综合能源服务有限公司

文章名称：配电网串联补偿线风险评估

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