750kV 超高压输电线路中并联电抗器的应用分析
发表时间：2014-12-15T14:50:57.390Z 来源：《工程管理前沿》2014年第12期供稿作者：薛顺有1 车琰瑛2
[导读] 750kV 线路由于输电距离长、电压等级高、线路充电功率大等特点, 在输电线路的末端会因空载线路的容升效应而使电压升高。薛顺有1 车琰瑛2（1 国网青海省电力公司检修公司；2 国网青海省电力公司经济技术研究院）
摘要: 并联电抗器在750kV 超高压输电线路中的应用, 是超高压输电线路的特点所决定的, 它对超高压输电线路的无功限制和维持系统的稳定具有极其重要的作用。结合笔者的工作经验，本文首先介绍了并联电抗器的原理与结构，分析了750kV 超高压输电线路的特点，阐述了并联电抗器在750kV 超高压输电线路中的作用，以供借鉴参考。
关键词:750KV 超高压，输电线路，并联电抗器，应用
一、并联电抗器的原理及其结构1、并联电抗器绕组接线原理。绕组电气接线原理为上下两路并联的内屏-连续式绕组, 用绝缘加强的电解铜换位导线绕制, 上下两支路并联, 每支路首端十数段为插入电屏的绝缘加强段, 其余为连续段。
2、并联电抗器的结构。超高压并联电抗器内部结构有两种: 一种是芯式结构, 另一种是壳式结构。芯式结构具有损耗低、振动小, 不易发生局部过热的特点。壳式结构常用的蝴蝶形层式线圈绕制工艺较复杂, 而且套管等部件的国内制造质量难以保证, 因此在国内超高压输电线路中均采用芯式结构高抗。芯式高抗结构为: 中间立铁芯饼摞成的铁芯柱, 铁芯柱外套芯柱地屏、绝缘、绕组和围屏, 旁轭外围旁轭地屏和围屏; 在绕组两端设置器身磁屏蔽, 在前后侧箱壁上设置箱壁磁屏蔽, 从而在器身两侧由器身磁屏蔽和箱壁磁屏蔽构成完整的漏磁回路, 屏蔽漏磁。
二、750kV 超高压输电线路的特点分析1、空载长线容升效应.在750kV 超高压输电线路中由于输电线路中的电阻、电抗、电导和电纳是沿线路长度均匀分布的, 一条空载长线可看作由无数个串联的L,C 回路构成, 在工频电压作用下, 线路的总容抗一般远大于导线的感抗, 因此线路各点的电压均高于线路首端电压, 而且愈往线路末端电压愈高。对于空载超高压输电线路来说,输电线路的末端电压会高于首端电压。为使末端电压值保持在规定的范围内, 需要在线路的适当位置并联高压电抗器来改善线路的电压分布, 限制空载容升。
2、超高压输电线路单相接地时的潜供电流。我国超高压输电线路一般都采用单相重合闸,以提高系统运行的稳定水平, 另外单相重合闸的过电压也比三相重合闸低得多。当线路发生单相接地故障时,故障相端断路器跳闸后, 其他两相仍在运行, 且保持工作电压。由于相间电容C12 和相间互感的作用, 故障点仍流过一定的电流I, 即为潜供电流。潜供电流由两部分组成, 分别为电容分量和电感分量, 其中电容分量起主要作用。当潜供电流熄灭后, 同样由于相间电容和互感的作用, 在原弧道间出现恢复电压, 这就增加了故障点自动息弧的困难, 以至单相重合闸失败。为了限制潜供电流及其恢复电压, 利用加装高压并联电抗器中性点电抗的方法能够减小潜供电流和恢复电压。
3、超高压输电线路的充电功率。对于超高压输电线路来说, 电阻主要影响线路的功率损耗。电导代表绝缘子的泄漏电流, 它和电晕损耗也影响功率损耗, 泄漏与电晕损耗与电阻功率损耗相比, 通常要小得多。因此一般不计输电线路的电晕功率损耗和绝缘子的泄漏功率损耗,由于在输电线路中消耗在线路电阻上的有功损耗与输电线路上电流的平方成正比, 与电阻值成正比。传输功率一定时, 输电线路上流过的电流与电压成反比, 在随着电压等级的升高时, 消耗在输电线路电阻上的损耗会显著减小,而输电线路中随着电压等级的升高消耗在线路的电容上的充电功率或电纳上的无功功率却增加很快, 超高压输电线路的线间电容和线对地电容与电容器板间建立的电容是类似的,线路电容在交流电压的作用下使线路产生交流充电和放电电流, 随之消耗一定的无功功率。输电线路上线路的等效电容上产生的无功与电压平方成正比。
三、并联电抗器在750kV 超高压输电线路中的应用1、限制工频电压升高, 保护用电设备。由变压器的基本理论可知,变压器在容性负载时二次侧电压要超过额定电压, 超过值随容性程度的加深而加大。高压远距离输电系统中, 随着与电源的距离的增加, 分布电容的总值增加,也就是电源变压器的负载的容性程度越来越深,线路的电压越来越高, 尤其在线路空载或轻载时, 电压升高尤其严重,形成严重的工频过电压。在线路上由并联电抗器来吸收多余的容性无功功率, 消弱电容效应改善沿途电压分布, 使各处电压都等于或接近额定值。
2、减少潜供电流, 加速潜供电弧熄灭。通过上述分析可知, 由于潜供电流的存在,它使短路处的弧光不能很快熄灭, 从而影响到单相重合闸的成功率, 潜供电流还使恢复电压过大,有可能使电弧重燃, 接有并联电抗器和中性点电抗器之后, 其电感抵消或减小相间及相对地电容可避免电弧重燃和加速潜供电流的熄灭。
3、补偿输电线路的充电功率。输电线路的充电功率与输电线路电压的平方和输电线路的电纳成正比。对于超高压输电线路,由于输电电压等级高, 分布电容引起的线路电纳大, 造成输电线路的充电功率非常大, 通过并联电抗器消耗掉部分容性充电功率, 使系统的净无功功率(电抗消耗的无功与电容产生的无功差) 减小, 可以提高系统的电压稳定性。在超高压输电线路中, 在输电线路的末端或合适的位置由并联电抗器来补偿输电线路的容性充电功率是限制工频过电压的有效措施。一般高抗的补偿度不会全补而是限制在一定的范围之内,通常以
70%~80%的补偿度为宜。
4、防止同步发电机自励磁。当线路空载或轻载时, 长线的分布电容使发电厂的同步发电机带上容性负载, 这时发电机的电压将自发地建立而不与励磁电流相对应—这称为发电机自励磁。由此引起的工频电压升高可能使系统电压达到额定电压的1.5～2 倍以上, 这不仅使合闸操作或零起升压成为不可能, 而且这种长期过电压将危及用电设备。
5、抑制操作过电压。当断开空载输电线时, 断路器可以切断较小的容性充电电流, 但是由于电源电动势及母线侧对地电容的存在,切断线路的起始阶段, 断路器的触头间恢复电压的上升速度很可能超过介质恢复强度的上升速度, 发生一次或多次重燃, 从而产生过电压。
如果在线路上( 通常是末端) 并联电抗器, 当断路器触头间断弧后, 并联电抗器与线路电容构成振荡回路, 其自振频率接近电源频率, 线路上的残余电荷就成为振荡的交流电源, 使得断路器触头间的恢复电压呈现出拍频波形, 上升速度大为降低, 从而避免发生重燃和减少重燃的可能性, 抑制了高幅值的操作过电压。
四、结束语750kV 线路由于输电距离长、电压等级高、线路充电功率大等特点, 在输电线路的末端会因空载线路的容升效应而使电压升高。在750kV 输电线路末端的并联电抗器, 能够补偿过高的容性充电功率,从而限制空载容升。由于电抗器的感性无功功率补偿了线路的容性无功功率, 相当于减少了线路长度, 降低工频电压的升高, 使过电压限制在设备所允许的范围之内。
参考文献:[1] 刘振亚，特高压电网.[M].中国经济出版社, 2005.10.[2] 陈维贤，电网过电压教程.[M].中国电力出版社, 1996.11[3]齐卫东等，750kV 输变电工程中中性点小电抗和接地开关的选取[J] 陕西电力2008 年09 期
