大電網(wǎng)中的哪些變電站的GIC無功波動(dòng)會(huì)比較大？
研究背景
地磁暴在輸電線路、兩端接地變壓器與大地構(gòu)成的回路產(chǎn)生地磁感應(yīng)電流(簡(jiǎn)稱GIC)。頻率為0.0001～0.001Hz的準(zhǔn)直流的GIC流經(jīng)變壓器使其鐵心發(fā)生半波直流偏磁飽和，并因此衍生變壓器的諧波、無功損耗和振動(dòng)、噪聲增大等干擾效應(yīng)。由于750kV及以上超、特高壓電網(wǎng)的GIC比較大，以及超、特高壓電網(wǎng)普遍采用單相組式變壓器以及變壓器的容量大，變壓器的GIC無功損耗（簡(jiǎn)稱GIC-Q）相對(duì)更大。起因于太陽(yáng)劇烈活動(dòng)的地磁暴在全球的不同地點(diǎn)幾乎同時(shí)發(fā)生，GIC流過變壓器衍生的無功損耗在電網(wǎng)中具有同時(shí)發(fā)生的特點(diǎn)，電網(wǎng)中的變壓器群發(fā)的無功增大及其導(dǎo)致電壓降低可能威脅電網(wǎng)的安全。1989年3月13日加拿大魁北克大停電的起因與GIC引發(fā)的諧波使SVC跳閘和導(dǎo)致的電網(wǎng)無功不平衡有關(guān)。變壓器的GIC-Q增量與GIC的大小和變壓器的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)、制造等參數(shù)有關(guān)，大電網(wǎng)的GIC無功波動(dòng)、電壓變化與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和變電站在電網(wǎng)中的布局、變壓器的容量等影響因素有關(guān)，分析計(jì)算電網(wǎng)的GIC-Q效應(yīng)和探明大電網(wǎng)GIC無功波動(dòng)、電壓變化特征、規(guī)律，是從電網(wǎng)角度防御地磁暴事故或?yàn)?zāi)害需要研究的問題之一。由于特高壓電網(wǎng)的GIC-Q效應(yīng)的模型及算法尚未取得突破和特高壓電網(wǎng)的建設(shè)尚未形成規(guī)模，以及750kV及以下電壓等級(jí)變壓器的GIC-Q效應(yīng)計(jì)算技術(shù)相對(duì)成熟，本文提出以電網(wǎng)結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的甘肅電網(wǎng)為例，根據(jù)2004年11月地磁暴甘肅電網(wǎng)的GIC計(jì)算結(jié)果，基于比例系數(shù)K值算法計(jì)算變壓器在GIC下的無功損耗，考慮全網(wǎng)變壓器無功損耗同時(shí)增大和不同運(yùn)行方式等因素，計(jì)算甘肅750kV和330kV電網(wǎng)的GIC-Q擾動(dòng)，分析評(píng)估整個(gè)電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)電壓水平，研究750、330kV電壓等級(jí)電網(wǎng)的GIC-Q擾動(dòng)及雙電壓等級(jí)間的相互作用及影響，探明大電網(wǎng)GIC-Q擾動(dòng)的規(guī)律及特征，以及電網(wǎng)中GIC無功波動(dòng)比較大的變電站，為電網(wǎng)規(guī)劃與運(yùn)行防治地磁暴災(zāi)害提供依據(jù)。
主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
由于影響因素多、計(jì)算復(fù)雜，以及低電壓等級(jí)電網(wǎng)的GIC和GIC-Q相對(duì)小，以往只計(jì)算最高電壓等級(jí)電網(wǎng)GIC或GIC-Q，忽略低電壓等級(jí)電網(wǎng)的計(jì)算。為得到準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，探明330kV和750kV電網(wǎng)的GIC-Q擾動(dòng)，以及330kV和750kV電網(wǎng)GIC-Q擾動(dòng)的相互作用及影響，本文根據(jù)2004年11月9—10日地磁暴的地磁數(shù)據(jù)，以及文獻(xiàn)[7]甘肅330kV和750kV電網(wǎng)GIC的計(jì)算結(jié)果，考慮全網(wǎng)GIC-Q同時(shí)增大、不同運(yùn)行方式等因素的影響，在國(guó)內(nèi)外首次完成了雙電壓等級(jí)電網(wǎng)的GIC-Q效應(yīng)、電網(wǎng)各變電站節(jié)點(diǎn)電壓波動(dòng)的計(jì)算，探明雙電壓等級(jí)電網(wǎng)GIC-Q效應(yīng)、節(jié)點(diǎn)電壓波動(dòng)的特征，以及GIC無功波動(dòng)比較節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)。
解決的問題及意義
1）在2004年11月9—10日類似強(qiáng)度的地磁暴的侵害下，與330kV電網(wǎng)相比，750kV電網(wǎng)的GIC-Q擾動(dòng)和節(jié)點(diǎn)電壓的波動(dòng)更大，節(jié)點(diǎn)電壓下降也更明顯，如論文中圖2和圖3給出的圖1平?jīng)?、乾縣和寶雞750kV變電站的計(jì)算結(jié)果；330kV電網(wǎng)整體上的GIC-Q擾動(dòng)和節(jié)點(diǎn)電壓的波動(dòng)不大，雖然地磁暴均不會(huì)對(duì)330kV電網(wǎng)造成很大的危害，但330kVGIC-Q擾動(dòng)對(duì)750kV電網(wǎng)的影響不容忽視。該項(xiàng)研究對(duì)雙電壓等級(jí)電網(wǎng)有普遍意義。2）變壓器GIC-Q損耗大的750kV變電站站點(diǎn)的電壓波動(dòng)比較大，由于變壓器GIC-Q損耗值與流入變壓器的IGIC成正比，在采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的大電網(wǎng)地磁暴災(zāi)害安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，可用流入變壓器的GIC的大小評(píng)估電網(wǎng)遭受地磁暴侵害的GIC-Q擾動(dòng)安全風(fēng)險(xiǎn)。該項(xiàng)研究成果對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行基于變電站GIC監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)制定地磁暴災(zāi)害防御策略具有重要意義。3）與電壓波動(dòng)大的750kV站點(diǎn)直接相連的330、750kV站點(diǎn)電壓波動(dòng)較大，分析表明經(jīng)自耦變壓器聯(lián)絡(luò)的750kV電網(wǎng)的GIC-Q電壓波動(dòng)會(huì)對(duì)330kV電網(wǎng)的電壓波動(dòng)產(chǎn)生一定的影響，而330kV電網(wǎng)的GIC-Q擾動(dòng)對(duì)750kV電網(wǎng)電壓影響不明顯，表明電網(wǎng)的GIC-Q擾動(dòng)具有區(qū)域性；電壓值偏移大的站點(diǎn)均為電網(wǎng)末端和拐角處，如圖1中的乾縣變電站。該項(xiàng)研究成果對(duì)采用隔離或削弱等手段治理高風(fēng)險(xiǎn)變電站的GIC具有重要意義。
