輸電系統無效電力與並聯電抗器啟閉暫態研究

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1、輸電系統無效電力與並聯電抗器啟閉暫態研究王瑋民*莊忠勇*范政理**鄭強***：崑山科大電機系**:台電綜研所1前言近年來電力系統由於外在環境影響高科技產業、中小企業為提升競爭力，以求企業之永續經營與社會、環保體質地快速轉變，以力求本島之永續生存，追求的是供電品質可靠度及輸電線路地下電纜或架空地線地下化規劃設計為導向的內在因素導致無效電力大量增加，牽動了電力系統整體的結構變化，因此為確保供電品質無效電力的運用與運轉電壓控制，成為系統電壓穩定相當重要的技術。無效電力運用必須適時、適地、適量地規劃設計，以抑制可能產生之過電壓及線上人員依負載變動作系統的融通容量及無效電力調度以抑制系統或區域性

2、可能產生的過電壓。無效電力調度作業極為頻繁，擔任此任務之斷路器啟閉過程中需承受並聯電抗器之電氣特性(電感性、小電流)及高頻、高電壓之衝擊，這些暫態現象易造成斷路器內部材質之逐漸劣化，而降低設備承受機械(無載)，電氣(額定電壓、電壓啟斷能力)的壽命。目前台電供電系統有24所超高壓變電所並裝置54具40MVAR並聯電抗器，而用以操作電抗器之斷路器，各廠牌型式斷路器均曾於操作期間發生內部閃絡接地之故障，為確保系統供電安全於82年起以提升斷路器規格因應﹙33KV規劃為69KV﹚，但仍先後發生故障，如今視系統無效電力需求性，規劃161kV在長輸電線路或充電電容大容量之地下電纜線路兩端之變電所或負

3、載中心與電廠均裝設80MVAR並聯電抗器，而針對該系統並聯電抗器組合模式是否應再提升斷路器規格且其啟閉特性又如何。因此(ATP)使用電磁動態分析程式來模擬，以預測其啟閉過程中可能產生之過電壓、1高湧入電流、產生零序電流或對負載側放大等之電氣暫態現象，而這些暫態是否可能導致設備本身或其他相關電力系統中設備造成損害或產生嚴重的電力品質問題為研究主題。2輸電系統無效功率規劃及運用電力系統的無效電力的適當運用是維持系統正常運轉或系統發生緊急偶發事件﹙如離峰、尖峰、系統故障等﹚情況下，所面臨的無效電力調度系統電壓穩定的重要因素。台電早期的規劃電壓從154KV開始，歷經提升至161KV至345KV

4、運轉，無效電力補償管理也跟隨系統成長與設備特性不同而有所改變。超高壓架空線長距離輸送自民國六十三年超高壓幹線加入系統以來，迄今已有超高壓幹線三路，對地充電電容所產生之無效電力約為1448MVAR。除超高壓幹線三路外，另其他345KV輸電線如電廠電源線亦約提供無效電力400MVAR，另地下電纜的大量使用，加以區域融通電力逐漸平衡，當系統輕載時輸電線路負載潮流輕，將造成系統電壓過高現象。並聯電抗器的補償將可抑制輕載時系統電壓過高現象。實際因並聯電抗器無法均勻的分佈於輸電線上，視其需要性可以裝設在如長線路或充電如何解決因此而產生之過電壓問題，將是無效電力補償之重要課題。2.1無效電力規劃無效

5、電力補償作電壓調整時，應著眼無效電力需求之附近地區。同時線路的解聯與併聯應考慮線路終端開啟動態的過電壓。輸電系統中無效電力補償必須使系統電壓能符合下列電壓限制：(1)正常電壓須維持0.95pu~1.03pu；偶發事故下之異常電壓必須保持在0.90pu~1.05pu之間。2(2)輸電線一端併用一端打開時，其開啟端之電壓昇必須小於0.10pu。(3)輸電系統在卸載情況下動態電壓最大值必須小於1.40pu。2.2並聯電抗器之裝設位置由於輸電線對地充電電容提供之無效電力量與電壓平方成正比，地下電纜之興建，將使系統無效電力補償產生結構性之改變。並聯電抗器之補償，應接近於無效電力產生地點，以避免無

6、效電力之輸送損失，提升補償效益。目前台電並聯電抗器之裝設位置主要有：(1)345KV自耦變壓器三次側至九十三年底總共裝設2160MVAR之並聯電抗器。而配合系統未來需求，自耦變壓器三次側裝設之並聯電抗器如有需要採用更大型單組容量80MVAR。(2)161KV匯流排側目前161KV系統之地下電纜由於距離並不長，一般開路電壓升並不大，故未特別強調於線路側加裝電抗器。但第六輸變電計畫至九十八年計畫完成後，161KV地下電纜提供之電容性無效電力預估約為7700MVAR，若僅藉由自耦變壓器三次側加裝並聯電抗器(5000MVAR)補償，無法滿足系統需求，因此須裝設大量並聯電抗器以抑制輕載時可能電壓

7、過高。因此預計於變電所(尤其在都會區之變電所)161KV匯流排裝設並聯電抗器。(3)345KV線路側345KV裝設並聯電抗器吸收345KV輸電線產生之無效電力，因為161KV系統裝設並聯電抗器以補償345KV系統產生之無效電力或345KV系統裝設並聯電抗器以補償161KV系統產生之無效電力，將迫使無效電力流過自耦變壓器，降低主變送電能力。台電10公里以上之較長距離345KV地下電纜，並聯電抗器優先考慮裝設於線路兩端。33並聯電抗器於投入與啟斷之