袁桂鳳

內(nèi)蒙古呼和浩特市金川開發(fā)區(qū)內(nèi)蒙古超高壓供電局，內(nèi)蒙古呼和浩特 010080

感性無功補償在超高壓電網(wǎng)的應用分析

袁桂鳳

內(nèi)蒙古呼和浩特市金川開發(fā)區(qū)內(nèi)蒙古超高壓供電局，內(nèi)蒙古呼和浩特 010080

在500kV超高壓電網(wǎng)中，由于電壓等級高，輸電線路長，其分布電容對無功功率平衡有較大的影響。無功功率的產(chǎn)生基本沒有損耗，而無功功率沿著電力網(wǎng)的傳輸卻會引起較大有功功率損耗和電壓損耗，故無功功率不宜長距離輸送。所以，一般在500kV變電站在變電站裝設高、低壓并聯(lián)電抗器，來滿足無功功率的就地平衡，控制系統(tǒng)電壓，使其平衡在系統(tǒng)額定電壓運行水平，以保證電網(wǎng)運行的可靠性和穩(wěn)定性。

超高壓電網(wǎng)；感性無功補償；電壓質(zhì)量

0 引言

在高壓配電網(wǎng)中，電動機、變壓器等，大部分屬于感性負荷，在運行過程中需向這些設備提供相應的無功功率。在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器等容性無功補償設備以后，可以提供感性負載所消耗的無功功率，減少了電網(wǎng)電源向感性負荷提供、由線路輸送的無功功率，由于減少了無功功率在電網(wǎng)中的流動，因此可以降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，這就是容性無功補償。隨著超高壓電網(wǎng)的建立和發(fā)展，感性無功補償技術逐漸得到了廣泛應用。在超高壓系統(tǒng)中，除發(fā)電機是無功功率的電源外，輸電線路的電容也產(chǎn)生很大的容性功率。大量容性充電功率的存在，使超高壓電網(wǎng)產(chǎn)生諸多問題，這就必須通過加裝電抗器來進行感性無功補償。

1 感性無功補償設備的配置及補償原則

超高壓電網(wǎng)中裝設并聯(lián)電抗器進行感性無功補償，主要是用來吸收線路充電功率。并聯(lián)電抗器的主要作用是降低長線路空載或者輕載時的線路末端升高的電壓。其大概機理是：長線路空載或者輕載時，線路的對地電容和相間電容在線路上起到了主導作用，產(chǎn)生了容升效應，從而使線路末端電壓升高。這里，講述一下對容升效應的理解：電容在線路上，吸收容性無功，相當于提供感性無功，以此和“電力系統(tǒng)缺感性無功時電壓下降，發(fā)電機發(fā)出感性無功以維持電壓平衡”的機理保持一致。而并聯(lián)電抗器來吸收這種情況下過剩的感性無功，達到降低電壓的作用。在內(nèi)蒙古500kV超高壓電網(wǎng)中并聯(lián)抗器主要裝設在35kV和500kV兩個電壓等級上，裝設于變電站主變壓器35kV側(cè)的電抗器組，通常叫低抗，一般用高壓開關進行投切；裝設于500kV母線或線路上的高壓并聯(lián)電抗器，通常稱為高抗，母線高抗一般用開關進行投切，而線路高抗則直接用刀閘連接在線路上，隨線路停送電。感性無功補償基本上按分層、分區(qū)和就地平衡原則考慮，并能隨負荷或電壓進行調(diào)整，保證系統(tǒng)各500kV樞紐變電站的電壓在正常和事故后均能滿足規(guī)定的要求。在實際運行中，在500kV變電站裝設的高壓并聯(lián)電抗器長期投入，而裝設低壓并聯(lián)電抗器則隨系統(tǒng)需求進行投切。

2 感性無功補償在電網(wǎng)中的作用

500kV高壓并聯(lián)電抗器和35kV低壓電抗器組雖然都是用來吸收充電功率，改善電壓質(zhì)量，但它們在電網(wǎng)中的作用卻是有區(qū)別的。

2.1 500kV高壓并聯(lián)電抗器在電網(wǎng)中的作用

1）削弱空載或輕載時長線路的電容效應所引起的工頻電壓升高。

這種電壓升高是由于空載或輕載時，線路的電容電流在線路的電感上的壓降所引起的。它將使線路電壓高于電源電壓。當愈嚴重，通常線路愈長，則電容效應愈大，工頻電壓升高也愈大。對超高壓遠距離輸電線路而言，空載或輕載時線路電容的充電功率是很大的，通常充電功率隨電壓的平方面急劇增加，巨大的充電功率除引起上述工頻電壓升高現(xiàn)象之外，還將增大線路的功率和電能損耗以及引起自勵磁，同期困難等問題。裝設并聯(lián)電抗器可以補償這部分充電功率。

2）改善沿線電壓分布和輕載線路中的無功分布并降低線損。

當線路上傳輸?shù)墓β什坏扔谧匀还β蕰r，則沿線各點電壓將偏離額定值，有時甚至偏離較大，如依靠并聯(lián)電抗器的補償，則可以仰低線路電壓得升高。

3）減少潛供電流，加速潛供電弧的熄滅，提高線路自動重合閘的成功率。

所謂潛供電流，是指當發(fā)生單相瞬時接地故障時，在故障相兩側(cè)斷開后，故障點處弧光中所存在的殘余電流。產(chǎn)生潛供電流的原因：故障相雖以被切斷電源，但由于非故障相仍帶電運行，通過相間電容的影響，兩相對故障點進行電容性供電；由于相間互感的影響，故障相上將被感應出一個電勢，在此電勢的作用下通過故障點及相對地電容將形成一個環(huán)流，通常把上述兩部分電流的總和稱之為潛供電流。潛供電流的存在，使得系統(tǒng)發(fā)生單相瞬時接地短路處的潛供電弧不可能很快熄滅，將會影響單相自動綜合閘的成功率。并聯(lián)電抗器的中性點經(jīng)小抗接地的方法來補償潛供電流，從而加快潛供電弧的熄滅。

綜合上述，高抗是超高壓變壓站里的重要設備，對超高壓電網(wǎng)的安全運行起著重要作用。

2.2 35kV低壓電抗器組在電網(wǎng)中的作用

當高抗裝設容量不足或裝設高抗有困難時，裝設低抗可以起補足作用。低抗通常分組裝設于超高壓變電站主變壓器的低壓側(cè)母線上，根據(jù)系統(tǒng)電壓需要進行靈活投切，來滿足無功功率的就地平衡，使其平衡在系統(tǒng)額定電壓運行水平。

3 感性補償在超高壓電網(wǎng)應用中存在的一些問題

感性補償是利用高、低壓電抗器進行的補償。電抗器的運行條件非?？量?，一旦帶電后即滿載運行，不像變壓器，可以由空載、輕載，逐步過渡到滿載。而且，電抗器全年的運行時間都比較長，內(nèi)蒙古超高壓供電局所屬 500kV變電站里的高抗，除春、秋查外幾乎全年運行，而低抗的年投運時間也接近5 000h。高、低電壓抗器在設備制造、工程設計時設備選型、參數(shù)確定、電氣接線、布置與安裝，以及保護、測量和控制方式諸多方面，有不少實際的問題值得注意。

1）高抗是油浸鐵心式結(jié)構(gòu)，主要由鐵心、線圈、絕緣油、油箱、瓷套管以及散熱器等組成。其電抗器工作原理主要是利用在額定電壓下線性的特點來吸收系統(tǒng)電容性無功。為獲得所需要的設計阻抗，使電抗器線圈能通過設計規(guī)定的電流來獲得設計容量，所以電抗器的采用有氣隙的鐵心。并聯(lián)電器的磁通主要有主磁通和漏磁通兩部分組成，而電抗器制造的最大技術難點在于對漏磁通的處理。在超高壓電網(wǎng)建設初期，電抗器運行中經(jīng)常出現(xiàn)局部過熱，油樣含烴類超標，部件被燒壞等事故，其原因均為漏磁通在部件中感應產(chǎn)生渦流引起；有的高抗振動和噪音過大，甚至到無法投運的地步。近年來技術人員研究出了解決問題的各種措施，從內(nèi)蒙古超高壓供電局各個變電站高抗的運行情況來看，質(zhì)量已經(jīng)提高；

2）并聯(lián)電抗器的無功功率取決于線路電壓。當線路電壓為額定電壓時，所對應的電抗器無功功率為銘牌上的標示的額定容量；當線路電壓為最高電壓時，所對應的電抗器無功功率將高于額定容量，并與電壓的平方成正比；當線路電壓低于額定電壓時，所對應的電抗器無功功率將低于額定容量；

3）正常時并聯(lián)電抗器鐵芯僅有一點接地。如果鐵芯出現(xiàn)兩點及多點接地時，則鐵芯與地之間通過兩點接地將產(chǎn)生環(huán)流，引起鐵芯過熱。所以，電抗器投運前要通過解開原接地點后測量鐵芯是否還有接地現(xiàn)象的方法來判斷或消除兩點及多點接地；

4）電網(wǎng)中運行的低抗有兩種產(chǎn)品：干式空心和油浸鐵心式。干式空心電抗器特具的無油結(jié)構(gòu)，杜絕了油浸電抗器漏油、易燃等缺點，保證了運行安全；沒有鐵芯，不存在鐵磁飽和，電感值的線性度好；動熱穩(wěn)定性好，能承受額定電抗率倒數(shù)倍額定電流的最大短時電流作用，而不產(chǎn)生任何熱的和機械的損傷；這些優(yōu)點使其在電網(wǎng)中應用較普遍。目前內(nèi)蒙古超高壓供電局所屬變電站均使用干式空心低壓電抗器。但是，由于干式空心電抗器無鐵芯，空間存在強磁場，只要磁場范圍內(nèi)存在較大鐵磁物質(zhì)或閉環(huán)金屬體（如地網(wǎng)、構(gòu)架、金屬遮欄等）就會產(chǎn)生渦流，將造成金屬部件發(fā)熱，輕者造成電解損耗，重者即釀成事故。所以，要通過消除閉合的金屬環(huán)路，如遠離金屬構(gòu)架，使用塑料圍欄等，來可解決這類問題，然而消除接地網(wǎng)及水泥構(gòu)件中的閉環(huán)回路比較困難。應在安裝之前，核查安裝點是否存在閉環(huán)的接地網(wǎng)或含金屬閉環(huán)的水泥構(gòu)件。

總之，感性補償在超高壓電網(wǎng)應用中的問題可以歸結(jié)為兩個方面：一是設備在運行中出現(xiàn)的各種異常和故障；二是工程安裝設計問題。應通過設備優(yōu)化選型、嚴格驗收、加強維護等來解決。

4 結(jié)論

電壓是衡量電能質(zhì)量的一個重要指標。電力系統(tǒng)的運行電壓水平取決于無功功率的平衡。保證用戶安全和產(chǎn)品質(zhì)量以及電氣設備的安全與使用壽命是無功補償與電壓調(diào)整的基本任務。

感性無功補償在超高壓電網(wǎng)的實際應用中，還需要更好地總結(jié)實踐經(jīng)驗，開展應用技術研究和標準化工作，做到安全可靠、技術先進，經(jīng)濟合理和運行檢修方便。

[1]電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術導則.

[2]330～500kV變電所無功補償裝置設計技術規(guī)定.

[3]付銀倉.關于戶外干式空心電抗器的設計[J].電力電容器與無功補償，2008(6).

TM723

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1674-6708（2011）53-0118-02

袁桂鳳，助理工程師，主要從事500kv變電站運行維護工作