余恒杰 宋 陽(yáng)
(樂(lè)山電業(yè)局,四川 樂(lè)山 614000)
隨著我國(guó)電力系統(tǒng)的快速發(fā)展,電壓等級(jí)逐步提高、輸送距離越來(lái)越長(zhǎng)[1],因此輸電線路對(duì)電網(wǎng)的充電效應(yīng)愈加明顯[2]。當(dāng)負(fù)荷投切較大、末端輕載時(shí),電網(wǎng)中的無(wú)功過(guò)剩將致使輸電線路末端電壓過(guò)高,影響了用戶端電能質(zhì)量和電網(wǎng)穩(wěn)定[3]。某500kV電力線路,末端電壓受用戶側(cè)影響,電壓波動(dòng)較大,需要安裝一定數(shù)量的感性設(shè)備來(lái)消耗過(guò)多的無(wú)功功率。在眾多設(shè)備中,高壓電抗器能夠穩(wěn)定運(yùn)行電壓、限制潛供電流、提高重合閘成功率,消除發(fā)電機(jī)的自勵(lì)磁,是常用的調(diào)壓手段。
對(duì)于100km以下的架空線路,可以省略線路對(duì)地導(dǎo)納,即忽略對(duì)地電容的充電效應(yīng)。對(duì)于100km以下的電纜線路和100~300km的架空線路,不能忽略充電效應(yīng),而采取π型等值電路,如圖1所示。
圖1 π型等值電路
當(dāng)電纜線路超過(guò)100km,架空線路超過(guò)300km時(shí),必須考慮線路的分布參數(shù)特性,采用均勻分布參數(shù)等值電路,如圖2所示。
圖2 均勻分布參數(shù)等值電路
由圖1、圖2可知,輸電線路既存在吸收無(wú)功功率的串聯(lián)電抗,又存在發(fā)出無(wú)功功率的并聯(lián)電納。
串聯(lián)電抗中的無(wú)功損耗ΔQL與負(fù)荷電流I的平方成正比,該無(wú)功功率呈感性,計(jì)算公式如下
并聯(lián)電納中的無(wú)功功率損耗ΔQB與電力線路電壓U的平方成正比,該無(wú)功功率呈容性,計(jì)算公式如下
由式(2)可知,該無(wú)功功率從地面流向系統(tǒng),對(duì)輸電線路中流過(guò)的無(wú)功有補(bǔ)充作用,故而又稱(chēng)為充電功率。
所以,一條線路消耗的無(wú)功功率為
簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí),式(3)可寫(xiě)為
由式(4)可知,如果輸電線路消耗的無(wú)功功率為正值,則輸電線路自系統(tǒng)吸收無(wú)功;如果輸電線路消耗的無(wú)功功率為負(fù)值,則輸電線路向系統(tǒng)輸送無(wú)功。顯然,輸電線路消耗的無(wú)功功率取決于輸電線路傳輸?shù)墓β屎洼旊婋妷旱燃?jí)。
然而,隨著電網(wǎng)的不斷擴(kuò)大、增容,以及負(fù)荷的不確定性逐漸升高,大電網(wǎng)就會(huì)出現(xiàn)某段時(shí)間內(nèi)的情況。也就是說(shuō),當(dāng)系統(tǒng)末端負(fù)荷減少,其輸送功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于線路的自然功率時(shí),過(guò)多的充電功率將超過(guò)無(wú)功需求,造成系統(tǒng)無(wú)功過(guò)剩、電壓升高。一旦電壓偏移超過(guò)允許范圍,就會(huì)影響用戶端用電設(shè)備的壽命和效率,降低生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量,同時(shí),損害電網(wǎng)內(nèi)各種電氣設(shè)備的絕緣,在超高壓網(wǎng)絡(luò)中還將增加電暈損耗等等,甚至引起電壓失穩(wěn),威脅電網(wǎng)電壓穩(wěn)定。
高壓電抗器根據(jù)其構(gòu)成原理的不同,基本可以劃分為鐵心式電抗器和空心式電抗器。
我國(guó)生產(chǎn)的鐵心式電抗器結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1,其鐵心由若干個(gè)鐵心餅疊置而成。
鐵心餅由硅鋼片疊成,疊片方式有平行疊片、漸開(kāi)線狀疊片、輻射狀疊片[4]。平行疊片式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,適用于較小容量的電抗器;漸開(kāi)線狀疊片式中間有一個(gè)內(nèi)孔,外圓與內(nèi)孔直徑之比約為4:1至5:1,適用于中等容量的電抗器;輻射狀疊片式硅鋼片由中心孔向外輻射排列,適用于大容量電抗器。
圖3 鐵心電抗器的鐵心結(jié)構(gòu)
鐵心餅之間用絕緣板(或紙板、酚醛紙板、環(huán)氧玻璃布板)隔開(kāi),形成間隙;其鐵軛結(jié)構(gòu)與變壓器相同,鐵心餅與鐵軛由壓縮裝置通過(guò)螺桿拉緊,形成一個(gè)整體,鐵軛和所有的鐵心餅均應(yīng)接地。
空心式電抗器就是一個(gè)電感線圈,它的特點(diǎn)是直徑大、高度低、對(duì)地電容小、線圈內(nèi)串聯(lián)電容較大、沖擊電壓的初始電位分布良好,即使采用連續(xù)式線圈也十分安全。空心式電抗器在安裝時(shí),緊固方式有兩種[4]:一是采用水泥澆鑄,故又稱(chēng)為水泥電抗器;另一種是采用環(huán)氧樹(shù)脂板固定或采用環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄。
水泥電抗器一般用鋁電纜繞制,電纜絕緣為0.72mm的電纜紙,外面再繞包棉紗編織帶或玻璃布帶作護(hù)套,在金屬模具中繞制成型后,再澆水泥,待水泥硬化后,進(jìn)行真空干燥處理,以除去混凝土及電纜外包絕緣中的水分,最后浸防潮絕緣漆。
用環(huán)氧樹(shù)脂板固定的空心式電抗器散熱性能較好,但其固定元件會(huì)因?qū)Ь€的電磁振動(dòng)而松脫,為了克服上述缺點(diǎn),可用環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄,這樣增加了機(jī)械強(qiáng)度,但散熱能力變差。
因?yàn)槿萘吭龃髸r(shí),氣隙長(zhǎng)度要增加,所以實(shí)際應(yīng)用中,鐵心式常用于中小型電抗器,空心式常用于大容量電抗器。
本文以某電網(wǎng)為例,考慮實(shí)際需要,在其中超高壓輕載線路上并聯(lián)了高壓電抗器,該線路額定電壓500kV,長(zhǎng)度200km,采用均勻分布參數(shù)等值電路,部分實(shí)際參數(shù)值如圖4所示。
圖4 某電網(wǎng)500kV線路等值電路
線路特征阻抗ZC==266.2Ω,相位系數(shù)α=ω=12?。未并聯(lián)電抗器前,線路末端電壓升高比為=1.29,線路末端超過(guò)額定電壓的10%,需要被調(diào)節(jié)。并聯(lián)電抗值為1837Ω的油浸式電抗器后,線路末端電壓升高比為=1.06,調(diào)節(jié)成功。
1)500kV超高壓線路負(fù)荷端變動(dòng)較大時(shí),如果負(fù)荷切除過(guò)多,將引起電網(wǎng)末端電壓異常升高,威脅電網(wǎng)和用電設(shè)備安全,容易造成重大損失。
2)并聯(lián)電抗器在實(shí)際應(yīng)用中能有效抑制超高壓輕載線路末端電壓升高,是一種有效的電壓調(diào)節(jié)方法。
[1]徐琳等.電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓穩(wěn)定指標(biāo)的研究[J].電網(wǎng)技術(shù),2010,34(3):26-30.
[2]顧偉,蔣平,唐國(guó)慶.SVC控制引起的電壓振蕩失穩(wěn)研究[J].中國(guó)電力,2005,38(8):19-23.
[3]許云飛等.機(jī)組跳閘對(duì)電網(wǎng)頻率級(jí)電壓穩(wěn)定性的影響[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù),2009,27(6):13-15.
[4]趙淑云.高壓電網(wǎng)中并聯(lián)電抗器的應(yīng)用[J].云南電力技術(shù),2010,38(3):53-54.