1.1 研究背景與動機
為滿足民國 101 年澎湖島居民用電需求，台電公司計畫興建台澎海纜系統，
從台灣之口湖一次配電變電所（口湖 D/S），以長達 58.9 公里之 161-kV 交流 XLPE 海底電纜 2 回線送澎湖島之澎湖一次變電所（澎湖 P/S），並於海纜兩側之變電 所匯流排各設置 2 組 161-kV 級 80-MVAr 並聯電抗器。由於台澎海纜計畫為台電 公司第一條長達 58.9 公里、中性點直接接地之 161-kV 海底電纜計畫，台電公司 以往未有類似規模之計畫，實有必要瞭解台澎海纜運轉時可能產生之各種暫態現 象，以提早謀求因應對策。
台電公司核三廠位於台灣最南端遠離負載之沿海地區，該廠開關場 BUS1 各 以 1 路 2 回線分別送至負載中心之大鵬 BUS2 及龍崎 BUS3。該 2 路長距離輸電 線路採不換位設置，為減輕線路產生之負序電流，同鐵塔二回線採非完美對稱 RST-T’S’R’方式排列。惟該地區鹽霧害嚴重，時有停用雙回線路，改以單回線路 服務，而更加劇負序電流。至於電力系統負序電流對發電機造成之傷害，於 IEEE Std C37.102 有詳細說明。台電公司為進一步改善負序電流，已將核三 BUS1 至 龍崎 BUS3 之 2 回線中之 1 回線改接至大鵬 BUS2。復由於核三廠為避免負序電 流對發電機之傷害，在其 4 回 345-kV 引出線路中，若有 N-2 情況，每部發電機 立即降載至 75%運轉。而核三廠負序電流運轉標準（N3 Limit）：當 I2,G達 4%，
則警報啟動；當 I2,G達 5%，則跳脫計時啟動；當 K 累積至 7 時，則執行跳脫等，
均較 IEEE 標準嚴格。此限制可能過於保守，往往造成運轉損失而影響電廠經濟 效益。
本研究另討論解決電廠引出線不足之策略。由於台電系統結構為長條型，包 括北、中、南及東部等區域系統，區域間之電力平衡對系統之穩定度很重要。於 1999 年 7 月 29 日發生一座 345-kV 輸電鐵塔倒塌，即使卸除部分負載，仍無法 降至發電廠跳機之容量，區域間電能不平衡而導致系統全黑。而位於北部區域之 大潭電廠對區域電力平衡至為重要，故其引出線之可靠度較以往更為重要。台電 系統規劃準則要求主要電廠 345-kV 引出線至少需 4 回線。惟由於土地取得、環 境保護及民眾抗爭，使大潭電廠引出線僅有 2 回線。若此 2 回線因故跳脫，則系 統將失去此電廠，此不符合系統規劃準則之要求，實有必要採取多相復閉或特殊 保護系統等策略，以確保系統運轉安全。惟由於電廠引出線採多相復閉服務，於 開啟故障相至復閉成功前之期間，線路在欠相狀態產生之負序電流恐傷害發電 機，而單相跳脫操作時產生之暫態過電壓恐造成斷路器或變壓器等設備之絕緣破 壞，實有必要進一步瞭解。
1.2 研究目的
本計劃研究輸電線路之穩態特性及暫態特性，穩態特性包括線路正常服務時 之負序電流及線路在多相復閉開啟時之欠相服務時所產生之負序電流；而暫態特 性則包括各種開關暫態過電壓、突入電流及暫態恢復電壓等。
本研究分析台澎海底電纜操作時之各種暫態特性；分析核三廠引出線在不同 線路停用時產生之負序電流，以提出發電機最長運轉時間之建議；討論大潭電廠 對台電系統之貢獻，於民國 98 年及民國 100 年分別於電廠 345-kV 引出線上採用 多項自動復閉及特殊保護系統以解決系統問題，並分析多相自動復閉之暫態之開 關過電壓現象及線路欠相服務時所產生之負相序電流和發電機最長運轉時間。
1.3 相關研究
有關電纜問題，E. W. Greenfield [
1
]分別以 1.5-km 及 9.1-km 之 115-kV 電纜 討論暫態行為。B. Gustavsen 等人[2
]提出模型化系統暫態時有關決定絕緣電纜參 數之注意事項。Leonard J 等人利用 ATP EMTP Cable Constants program 計算以 2 回線 6.4 公里之 138kV 海纜連接賓州及密西根州之阻抗[3]。J. Karlstrand、K.Zbinden、S. J. Galloway 及 J. H. Cooper 等人說明世界上 115-kV 至 150-kV 不同 長度之高壓海纜之規劃、製造及安裝工作[4,5,6,7]。H. E. Orton 等人說明世界上 特殊區域之陸纜設計、選擇及試驗等現況[8]。至於電纜之未來展望，可參考 [9,10]。Q. Bui-Van 等人討論長 400 公里、500-kV 之 Chilean Series-Compensated 輸電系統之各種暫態現象[11]。F. Anan 等人討論日本最長之 54 公里、中性點不 接地、66-kV 交流海底電纜系統之各種特殊現象[12]。前述研究部份僅為決定海 纜參數、或工程規劃及安裝事項、或輸電系統及中壓海纜暫態現象等。
電纜運轉除需考慮系統正常加壓產生之 SOV 及故障清除後之慢速波前暫態
（Slow Front Transients, SFT）過電壓等是否超過電纜之 BSL 外。為改善海纜之 Ferranti 現象及因應澎湖尖、離峰負載變化，並聯電抗器需不定時投入或切離。
有關暫態突入電流（Transient Inrush Current, TIC）理論及應用可參考[13,14]，當 加壓無載變壓器和電抗器，可能有 5 至 8 倍額定 TIC 致電驛誤動作[15]。有關中 壓電流斷路器應用於 TRV 之注意事項[16]當並聯電抗器切離系統時，斷路器須能 耐其接觸子打開時之系統 TRV，否則恐形成再點弧（reignites）或再襲（restrikes）
現象。美國電力研究院（Electric Power Research Institute, EPRI）建議採用「電流 注入法」作為 TRV 計算方法，如此可避免由 EMTP 之開關模型所導致之數值振 盪[17]。有關交流高壓斷路器各項額定值之名詞、推薦值及應用建議，可參考 [18,19,20]，。
對於三相不平衡系統之研究於 1920 年代即有研究[21]，M. Harry Hesse 等人 對 EHV 非換位雙回線進行分析且計算結果與不同運轉情況量測結果比較[22]。
P. Pillay 等人提出電壓不平衡之定義[23]。M.M. Adibi 等人對非換位 EHV 線於輕 載及 restoration 時產生負序電流提出評估法[24]。Leszek S. Czarnecki 提出以三相 Y 接 線 路 供 應 不 平 衡 負 載 之 各 項 電 力 特 性 ， 並 將 三 相 不 平 衡 系 統 解
（decomposition）為有效、無效及不平衡電流，並討論其輕載時之電力現象[25]。
Jinxi Ma 等人對重載多重線路之不平衡電流提出分析及減輕方法[26]。J. E. Barkle 等人討論系統故障時，利用保護電驛偵測發電機負序電流之方法[27]。Shi-Lin Chen 等人利用電力公司現有軟體預測鐵路負載變化產生之不平衡電流注入電力 公司發電機對電力系統之衝擊[28]。A. P. Sakis Meliopoulos 等人計於牛頓法對非 對稱之不平衡配電系統提出多相電力潮流演算法[29]。F. Javier Alcantara 等人提 出以類神經網路評估諧波電力中之不平衡電流及電壓之新技術，並檢驗評估方法 之有效性[30]。Zia Emin 等人對 E&W 輸電系統提出線路跳脫前後之潮流變化及 負序電壓變化之時序說明[31]。
輸電線路自動復閉之分類包括：高速三相自動復閉、單相自動復閉、多相自 動復閉(polyphase)、高速接地復閉及多極自動復閉。有關自動復閉的定義、理論 及應用等，則列於[32] 。文獻[33]調查輸電線路上應用單相跳脫及復閉之優點、
系統可靠度、電驛技術及優點等。文獻[34]中有關自動復閉的方法將其分為高 速、時間延遲、單極或多極以及單相或多相等。文獻[35,36,37]討論輸電線路採 多相自動復閉之議題，而自動復閉對發電機之衝擊討論於文獻[38,39,40]。自動 復閉對電力系統之衝擊討論於文獻[41,42,43,44,45,46]。
在文獻[
47
]中討論到 SPS 的定義、說明、一般結構、案例、可靠度、未來需 求及應用等。[48
]中討論 SPS 模型之大致架構。在強調可靠度、及需額外系統時，[
49
]說明 SPS 之運轉觀點，及對系統調度、文件問題等之衝擊，而在快速變遷的 SPS 中，又如何讓調度更麻煩。在美國[50
,51
,52
]、加拿大[53
,54
]、台灣[55
,56
,57
] 等地，說明使用 SPS 於解決電力壅塞。在[58
]中說明 SPS 可設計於偵測一個或多 個預先決定的系統情況，並極可能導致系統非正常壓力時，以預先想好必要的解 決行為。有關地下電纜系統之技術，在 CIGRE Working Group 21.19 中[59]T. Roizard 等人解釋整合網路中 HVAC 地下電纜系統之技術議題，該研究介紹 5 種不同地 下電纜系統型式，分別為：網目網路中之地下電纜系統型（Underground cable system in a meshed network）、虹吸管型（Siphon）、地下引入變電所型（Underground entrance to a substation）、發電廠型（Power generator）及變壓器輔助型（Auxiliary transformer supply）。另討論主要技術議題為包括電氣特性、電纜最佳熱直徑
（ Thermal dimensioning）、過電壓及絕緣協調、聯結技術（bonding technique）
的最佳化及選擇、包覆及保護（Protection and enclosures）、電磁場（Electro Magnetic Fields, EMF）及轉換設備（Transition equipment）。
1.4 研究方法
本研究參考前述相關研究及[60,61,62]，詳細分析台澎海纜各項暫態電氣特 性，包括 24 種正常加壓產生 SOV 之 Cases 及沿台澎海纜之 28 種不同故障清除 後加壓產生 SFT 之 Cases 等是否超過海纜之 BSL；以高、低壓加壓變壓器及加 壓電抗器之 TIC 是否過大，致電驛誤動作；及解聯並聯電抗器產生 TRV 與 IEEE
等。分別以 EMTP-ATP 之單次開關找出可能發生最嚴厲之運轉情況，再以統計 性開關之 uniform 分佈找出可能發生電壓之峰值。各 case 並探討適當設置避雷器 之情況。
為瞭解核三廠之 4 回 345-kV 長距離引出線產生之負序電流情形，本研究以 PSS/E 執行潮流平衡運算，以 EMTP 執行三相運算，配合 WAMS 監測資料，以 分析 345-kV 輸電線路在不同運用條件下產生之負序電流。依 C37.102-2006 及 C50.13-2005 等標準計算各運轉案例之發電機可容許最長運轉時數。[63]為 PSS/E 之操作方法，在[64]為 EMTP 之操作方法。在[65,66]則論及架空輸電線路及變壓 器等模型之參數設定。在[67,68]論及分析電網之電磁暫態需計算等效電網之方 法。
1.5 貢獻
1.台澎海底電纜操作暫態特性研究在探討當系統正常運轉之加壓或復閉之 SOV、線路故障清除後之 SFT、加壓各項設備之 TIC 及解聯並聯電抗器，電 抗器之 CB 兩接觸子間之耐壓恢復能力是否高 TRV。本研究之完成，除可提 供無海底電纜運轉經驗之台電公司豐富的暫態現象資訊，作為日後運轉維護 之參考外，並有利於其他相關海底電纜計畫之推展。
2.電源線負序電流對發電機最長運轉時間影響研究在利用電力公司現有之電力 系統分析軟體 PSS/E 及電磁暫態分析軟體 EMTP 所計算之結果，配合相量監
2.電源線負序電流對發電機最長運轉時間影響研究在利用電力公司現有之電力 系統分析軟體 PSS/E 及電磁暫態分析軟體 EMTP 所計算之結果，配合相量監