大電網(wǎng)中的哪些變電站的GIC無功波動會比較大？
研究背景
地磁暴在輸電線路、兩端接地變壓器與大地構成的回路產生地磁感應電流(簡稱GIC)。頻率為0.0001～0.001Hz的準直流的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、噪聲增大等干擾效應。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（簡稱GIC-Q）相對更大。起因于太陽劇烈活動的地磁暴在全球的不同地點幾乎同時發(fā)生，GIC流過變壓器衍生的無功損耗在電網(wǎng)中具有同時發(fā)生的特點，電網(wǎng)中的變壓器群發(fā)的無功增大及其導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跳閘和導致的電網(wǎng)無功不平衡有關。變壓器的GIC-Q增量與GIC的大小和變壓器的結構及設計、制造等參數(shù)有關，大電網(wǎng)的GIC無功波動、電壓變化與電網(wǎng)結構和變電站在電網(wǎng)中的布局、變壓器的容量等影響因素有關，分析計算電網(wǎng)的GIC-Q效應和探明大電網(wǎng)GIC無功波動、電壓變化特征、規(guī)律，是從電網(wǎng)角度防御地磁暴事故或災害需要研究的問題之一。由于特高壓電網(wǎng)的GIC-Q效應的模型及算法尚未取得突破和特高壓電網(wǎng)的建設尚未形成規(guī)模，以及750kV及以下電壓等級變壓器的GIC-Q效應計算技術相對成熟，本文提出以電網(wǎng)結構更復雜的甘肅電網(wǎng)為例，根據(jù)2004年11月地磁暴甘肅電網(wǎng)的GIC計算結果，基于比例系數(shù)K值算法計算變壓器在GIC下的無功損耗，考慮全網(wǎng)變壓器無功損耗同時增大和不同運行方式等因素，計算甘肅750kV和330kV電網(wǎng)的GIC-Q擾動，分析評估整個電網(wǎng)的節(jié)點電壓水平，研究750、330kV電壓等級電網(wǎng)的GIC-Q擾動及雙電壓等級間的相互作用及影響，探明大電網(wǎng)GIC-Q擾動的規(guī)律及特征，以及電網(wǎng)中GIC無功波動比較大的變電站，為電網(wǎng)規(guī)劃與運行防治地磁暴災害提供依據(jù)。
主要創(chuàng)新點
由于影響因素多、計算復雜，以及低電壓等級電網(wǎng)的GIC和GIC-Q相對小，以往只計算最高電壓等級電網(wǎng)GIC或GIC-Q，忽略低電壓等級電網(wǎng)的計算。為得到準確的計算結果，探明330kV和750kV電網(wǎng)的GIC-Q擾動，以及330kV和750kV電網(wǎng)GIC-Q擾動的相互作用及影響，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[7]甘肅330kV和750kV電網(wǎng)GIC的計算結果，考慮全網(wǎng)GIC-Q同時增大、不同運行方式等因素的影響，在國內外首次完成了雙電壓等級電網(wǎng)的GIC-Q效應、電網(wǎng)各變電站節(jié)點電壓波動的計算，探明雙電壓等級電網(wǎng)GIC-Q效應、節(jié)點電壓波動的特征，以及GIC無功波動比較節(jié)點的特點。
解決的問題及意義
1）在2004年11月9—10日類似強度的地磁暴的侵害下，與330kV電網(wǎng)相比，750kV電網(wǎng)的GIC-Q擾動和節(jié)點電壓的波動更大，節(jié)點電壓下降也更明顯，如論文中圖2和圖3給出的圖1平?jīng)?、乾縣和寶雞750kV變電站的計算結果；330kV電網(wǎng)整體上的GIC-Q擾動和節(jié)點電壓的波動不大，雖然地磁暴均不會對330kV電網(wǎng)造成很大的危害，但330kVGIC-Q擾動對750kV電網(wǎng)的影響不容忽視。該項研究對雙電壓等級電網(wǎng)有普遍意義。2）變壓器GIC-Q損耗大的750kV變電站站點的電壓波動比較大，由于變壓器GIC-Q損耗值與流入變壓器的IGIC成正比，在采用標準化設計的大電網(wǎng)地磁暴災害安全風險評估中，可用流入變壓器的GIC的大小評估電網(wǎng)遭受地磁暴侵害的GIC-Q擾動安全風險。該項研究成果對電網(wǎng)運行基于變電站GIC監(jiān)測數(shù)據(jù)制定地磁暴災害防御策略具有重要意義。3）與電壓波動大的750kV站點直接相連的330、750kV站點電壓波動較大，分析表明經(jīng)自耦變壓器聯(lián)絡的750kV電網(wǎng)的GIC-Q電壓波動會對330kV電網(wǎng)的電壓波動產生一定的影響，而330kV電網(wǎng)的GIC-Q擾動對750kV電網(wǎng)電壓影響不明顯，表明電網(wǎng)的GIC-Q擾動具有區(qū)域性；電壓值偏移大的站點均為電網(wǎng)末端和拐角處，如圖1中的乾縣變電站。該項研究成果對采用隔離或削弱等手段治理高風險變電站的GIC具有重要意義。
