大電網中的哪些變電站的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流經變壓器使其鐵心發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、特高壓電網的GIC比較大，以及超、特高壓電網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生，GIC流過變壓器衍生的無功損耗在電網中具有同時發生的特點，電網中的變壓器群發的無功增大及其導致電壓降低可能威脅電網的安全。1989年3月13日加拿大魁北克大停電的起因與GIC引發的諧波使SVC跳閘和導致的電網無功不平衡有關。變壓器的GIC-Q增量與GIC的大小和變壓器的結構及設計、制造等參數有關，大電網的GIC無功波動、電壓變化與電網結構和變電站在電網中的布局、變壓器的容量等影響因素有關，分析計算電網的GIC-Q效應和探明大電網GIC無功波動、電壓變化特征、規律，是從電網角度防御地磁暴事故或災害需要研究的問題之一。由于特高壓電網的GIC-Q效應的模型及算法尚未取得突破和特高壓電網的建設尚未形成規模，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，本文提出以電網結構更復雜的甘肅電網為例，根據2004年11月地磁暴甘肅電網的GIC計算結果，基于比例系數K值算法計算變壓器在GIC下的無功損耗，考慮全網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電網的GIC-Q擾動，分析評估整個電網的節點電壓水平，研究750、330kV電壓等級電網的GIC-Q擾動及雙電壓等級間的相互作用及影響，探明大電網GIC-Q擾動的規律及特征，以及電網中GIC無功波動比較大的變電站，為電網規劃與運行防治地磁暴災害提供依據。

　　主要創新點

　　由于影響因素多、計算復雜，以及低電壓等級電網的GIC和GIC-Q相對小，以往只計算最高電壓等級電網GIC或GIC-Q，忽略低電壓等級電網的計算。為得到準確的計算結果，探明330kV和750kV電網的GIC-Q擾動，以及330kV和750kV電網GIC-Q擾動的相互作用及影響，本文根據2004年11月9—10日地磁暴的地磁數據，以及文獻[7]甘肅330kV和750kV電網GIC的計算結果，考慮全網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的GIC-Q效應、電網各變電站節點電壓波動的計算，探明雙電壓等級電網GIC-Q效應、節點電壓波動的特征，以及GIC無功波動比較節點的特點。

　　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電網相比，750kV電網的GIC-Q擾動和節點電壓的波動更大，節點電壓下降也更明顯，如論文中圖2和圖3給出的圖1平涼、乾縣和寶雞750kV變電站的計算結果；330kV電網整體上的GIC-Q擾動和節點電壓的波動不大，雖然地磁暴均不會對330kV電網造成很大的危害，但330kVGIC-Q擾動對750kV電網的影響不容忽視。該項研究對雙電壓等級電網有普遍意義。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運行基于變電站GIC監測數據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，分析表明經自耦變壓器聯絡的750kV電網的GIC-Q電壓波動會對330kV電網的電壓波動產生一定的影響，而330kV電網的GIC-Q擾動對750kV電網電壓影響不明顯，表明電網的GIC-Q擾動具有區域性；電壓值偏移大的站點均為電網末端和拐角處，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。