并聯(lián)電抗器在電網(wǎng)中的作用及應用

并聯(lián)電抗器在電網(wǎng)中的作用及應用

隨著我國電力工業(yè)的速發(fā)展，大電網(wǎng)互聯(lián)已成為必然的趨勢，同時，負荷的大幅度增長，在大電網(wǎng)中安裝-定數(shù)量的感性無功補償裝置就變得尤為重要，其目的主要是補償容性充電功率，在輕負荷時吸收無功功率、控制無功潮流、穩(wěn)定網(wǎng)絡的運行電壓，從而降低系統(tǒng)損耗、提高系統(tǒng)供電效率，進一步改善電壓質(zhì)量，維持輸電系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定。

電抗器作為無功補償手段，在提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、發(fā)送電網(wǎng)運行的安全性，提高電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。

無功補償是保證電壓合格的重要因素，無功補償又為容性補償和感性補償，缺容性無功，電壓偏低，缺感性無功，則會出現(xiàn)電壓偏高。電力系統(tǒng)的容性無功補償，從高壓到低壓，從變電所的集中補償?shù)接脩舻姆稚⒕偷匮a償，以及設備制造、運行管理、科研標準化工作，已有全面提高。感性無功補償是隨超高壓電網(wǎng)的建立而發(fā)展起來的。因此，感性無功補償起步稍晚一些，在工程應用上，不少技術問題有待進行研究，標準化工作開展得不多。

1感性無功補償?shù)陌l(fā)展和作用

20世紀70年代中國開始建立超高壓電網(wǎng)，超高壓輸電線路中有大量的容性充電功率，如500 kV線路每百公里充電功率達11～115 MVA。充電功率起因于架空輸電線路的分布電容，所以，它是容性的。容性充電功率的存在，使電力系統(tǒng)產(chǎn)生諸多問題，必須進行感性無功補償，即吸收充電功率，從而需要在電網(wǎng)中裝設并聯(lián)電抗器。中國并聯(lián)抗器主要裝設在四個電壓等級上：35 kV、66 kV、330 kV和500 kV，裝設于330 kV和500 kV的并聯(lián)電抗器，通常叫高抗;而裝設于變電所主變壓器低壓側(cè)35 kV和66 kV側(cè)的電抗器，又通常叫低抗。從以下幾個數(shù)據(jù)中可以看出并聯(lián)電抗器的發(fā)展速度是很快的：據(jù)全國統(tǒng)計1989年5 070MVA，1990年5 460 MVA，1993年7 730 MVA，1997年12 790 MVA，1998年已達19 000 MVA，現(xiàn)在已超過20 000 MVA。但是，感性無功仍然不足。按部頒標準《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術導則》要求，高低壓并聯(lián)電抗器的裝設容量，要達到線路充電功率的90%。感性無功補償不足，致使電網(wǎng)電壓偏高是有先例的，1995年東北電網(wǎng)的局部地區(qū)，500 kV的最高電壓達到556 kV，220 kV的最高電壓為257 kV，顯然已經(jīng)超過了設備的最高電壓550 kV和252 kV，盡管只是短時，但對電氣設備的安全運行仍是不利的。必須進行感性補償，吸收充電功率，降低工頻電壓。感性無功補償原則也是分層就地平衡，在變電所裝設高、低壓并聯(lián)電抗器，以達到對電壓的控制，保證電壓質(zhì)量，提高電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。

2感性補償?shù)囊恍┘夹g問題

感性補償是利用高、低壓電抗器進行的補償。當然，調(diào)相機也可以進相運行，吸收充電功率，但調(diào)相機雖有優(yōu)點（既可以發(fā)出感性無功，也可發(fā)出容性無功，可以進行無級調(diào)節(jié)），但也有缺點（旋轉(zhuǎn)機械，結(jié)構(gòu)復雜，噪音大、損耗大、運行維護麻煩、需要的運行和檢修人員多），所以，很長時間以來都沒有再上調(diào)相機，以前裝設的調(diào)相機也在逐步退出運行，如1990年全國有調(diào)相機475 MVA，到1998年僅剩不到300 MVA。電抗器和電容器一樣，運行條件非?？量蹋坏щ娂礉M載運行，這就不像變壓器，可以由空載、輕載，逐步過渡到滿載。而且，電抗器全年的投運時間很長，據(jù)統(tǒng)計，500 kV變電所里的高抗，年投運率達8 000 h以上，裝在主變?nèi)蝹?cè)的低抗，年投運率也接近8 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，有不少值得研究的問題，現(xiàn)分述如下：

1）高抗都是油浸鐵心式結(jié)構(gòu)，像變壓器，它們都有鐵心、線圈、絕緣油、油箱、瓷套管以及散熱器等。但電抗器與變壓器工作原理不同，結(jié)構(gòu)上的區(qū)別在于磁路，電抗器的鐵心有氣隙、磁阻大。電抗器制造的最大技術難點在于對漏磁通的處理。前幾年，電抗器運行中經(jīng)常出現(xiàn)漏磁通在部件中感應產(chǎn)生渦流，引起局部過熱，絕緣油分解劣化，含氣量增加，部件被燒壞事故時有發(fā)生;有的高抗振動和噪音過大，甚至到無法投運的地步。為了研討相關技術問題，由無功補償裝置分委員會組織，1998年在無錫召開了電抗器運行技術交流會，與會代表提供的會議交流資料，有很多高抗事故例子，故障設備有中國早期產(chǎn)品、也有進口產(chǎn)品，信息不斷地反饋到制造廠，國內(nèi)外廠家根據(jù)事故分析，研究出了解決問題的各種措施，從西變廠近期的產(chǎn)品看，質(zhì)量已經(jīng)提高。

2）高抗中性點通常經(jīng)小電抗接地，為了不給高頻信號提供入地通路，高抗通常接在變電所的母線側(cè)。要達到這種連接方式，有時在布置上比較困難，甚至會多占地。在阻波器前后如果都可以接電抗器，則布置上就比較方便，特別是擴建時裝電抗器，預留場地較方便。把電抗器接在阻波器前，關鍵在于高頻信號衰減后是否能滿足載波通信和繼電保護的要求。有的工程經(jīng)計算認為可以滿足要求，在哪種情況下不能滿足要求，還應給出一個定量的數(shù)值范圍;這種連接方式，可以使配電裝置的間隔長度縮短，達到節(jié)約用地的目的。

3）電抗器的額定電壓和損耗是兩個非常重要的參數(shù)，既關系到設備的安全運行和經(jīng)濟性，也涉及到設備價格。電抗器的輸出容量與運行電壓的平方成正比，當電抗器的實際運行電壓與設備額定電壓接近時，則電抗器輸出達到額定容量。電網(wǎng)的無功平衡就是按實際工作電壓下的輸出容量來考慮的。如出于保守、追求安全，把設備的額定電壓定高了，就會出現(xiàn)容量虧損，不能充分發(fā)揮有效出力，這樣不經(jīng)濟。相反，如把額定電壓定得偏低，忽視了電抗器可能會在最高電壓下連續(xù)運行，又會出現(xiàn)電抗器過電壓，它的損耗、溫升都會增加，這樣不安全。因此，確定電抗器的額定電壓與電容器的額定電壓是同一性質(zhì)的問題。對電抗器的總損耗，既不能太小，也不能太大，損耗值的確定直接關系到電抗器制造的原材料用量，影響設備價格，同時，損耗大小又影響電抗器的年運行費用。因此，應該按照中國現(xiàn)階段電價和電抗器制造價格，進行綜合計算分析，選擇合理的總損耗值適用范圍，供工程設計時選用。

4）中國電網(wǎng)中運行的低抗有兩種產(chǎn)品：干式空心和油浸鐵心式。從運行情況看，油浸鐵心式事故相對少一些。干式空心電抗器運行幾年后，由于污穢引起電抗器表面龜裂，出現(xiàn)樹枝狀放電，內(nèi)部出現(xiàn)匝間短路，空心電抗器燒壞事故在東北、華北、華東、中南、西南地區(qū)均有發(fā)生。1996年原電力部國調(diào)中心轉(zhuǎn)發(fā)的電力電容器標委會調(diào)查文件“關于并聯(lián)電容器運行情況通報”，專門提到電抗器的選型問題，認為選油抗或是選干抗值得探討。1994年東北地區(qū)提出，66 kV暫不采用干式空心電抗器。針對這些事故，國內(nèi)外廠家都對自己的產(chǎn)品進行了改進：加裝防護頂帽、加強匝間絕緣、提高絕緣等級、均衡磁路，以及表面使用特殊RTV涂料等。與此同時，運行單位加強維護，定期沖洗表面污穢。制造廠家正在研究對運行中的空心電抗器進行溫升監(jiān)測，防止過熱事故發(fā)生。

5）干式空心電抗器，線性好、不飽和、無油、噪音低，這些優(yōu)點使其在電網(wǎng)中應用較普遍。但是，空心電抗器四周存在著強磁場，電抗器表面出現(xiàn)的爬電現(xiàn)象與此有關，電壓愈高、影響愈大。處于電抗器四周磁場中的金屬部件，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，要規(guī)定一個防磁范圍，在此范圍之內(nèi)，不能使用鐵磁性金屬部件，因此，電抗器下面的支撐件和支柱絕緣子的金屬部件，要采用無磁性金屬材料。為了減少渦流，設備安裝上也要作些特殊要求，如：電抗器連接到其他設備的導線，采用鋁母線時，要立式安裝，不宜平放，所有組件的連接螺栓，均采用不銹鋼材料。

空心電抗器低式布置落地安裝時，為保證人員安全，須在其四周設備圍欄，如果設置的是金屬圍欄，則應滿足防磁范圍要求。即使這樣金屬圍欄中仍有渦流產(chǎn)生，而且數(shù)值很大。東北地區(qū)有人作過測量，用鉗形電流表在圍欄的鐵絲網(wǎng)上測感應電流，10 kV并聯(lián)電抗器達到60 A，66 kV并聯(lián)電抗器則高達140 A。有的工程已注意到這個問題，用塑料圍欄取代金屬圍欄。空心電抗器的混凝土基礎中一般不加鋼筋，如有鋼筋，則鋼筋接點要采用絕緣材料隔離，使之不能形成閉合回路。如果空心電抗器采用高式布置、支撐安裝，其支柱不能采用鋼筋混凝土圓桿，須用特殊材料的支柱或混凝土平臺。華東地區(qū)進口的空心電抗器，廠家配套供貨玻璃鋼支柱?？招碾娍蛊飨路降牡鼐W(wǎng)，工程中的作法是：地網(wǎng)開環(huán)，交叉點隔離，或者除掉下方局部地網(wǎng)。由此可見，由于空心電抗器的自身特點、工程中安裝設計花樣很多，這些作法需要給予總結(jié)，納入設計標準供大家共同遵循。

6）35 kV空心電抗器，當采用雙星形接線時，可以裝設中性點不平衡保護，防止線圈匝間故障。但是，每一個單相電抗器，都要并聯(lián)繞制兩個線圈，對兩個線圈的制造精度要求很高，有的產(chǎn)品就增加一個調(diào)平衡的附加線圈，反而使結(jié)構(gòu)復雜化。運行情況表明，雙星形接線的電抗器，仍然有短路燒壞事故發(fā)生。究其原因，匝間絕緣擊穿事故是制造質(zhì)量有問題，因為，電抗器運行對匝間承受的電壓是較低的，僅幾百伏，而匝間絕緣的試驗電壓為3 kV，正常情況，通過試驗的產(chǎn)品，應該在運行中不出問題。采用單星形接線，對空心電抗器的制造和安裝布置都比較簡單，近期很多工程在采用單星形接線，把線圈絕緣等級由B級提高到F級，這個問題需根據(jù)工程實踐作進一步總結(jié)。

7）低抗回路設備配置和連接，工程中有多種形式：斷路器有的接母線側(cè)，有的接中性點側(cè);抑制操作過電壓的金屬氧化物避雷器，有的裝設，有的又沒有裝設;電抗器被切除時斷路器有截流現(xiàn)象，電抗器儲存的能量，在通過電抗器入口等值電容泄放時，會因L-C回路效應而產(chǎn)生振蕩，電抗器端部將產(chǎn)生過電壓，由于不同型式的斷路器開斷性能有區(qū)別，產(chǎn)生的過電壓不一樣。如真空斷路器的操作過電壓高，SF6斷路器的操作過電壓低。所以，工程中凡采用真空斷路器的均裝設了避雷器，而采用SF6斷路器的多數(shù)未裝設避雷器。SF6斷路器開斷短路電流的能力強，通常裝在母線側(cè)，真空斷路器開斷能力低，一般裝在中性點側(cè)或裝在具有限流能力的電抗器后，當然，限流電抗器的電抗值應計入回路的總電抗值中。

8）其他相關問題

①高抗中性點小電抗，產(chǎn)品型式絕大多數(shù)為油抗，但也有例外，個別的用了空心電抗器。小電抗的額定電流值，絕大多數(shù)采用30 A，但也有采用20 A的，其對應的額定短時最大電流為300 A和200 A。小電抗的阻抗抽頭多數(shù)用5%，少數(shù)用10%。

②35 kV并聯(lián)電抗器回路的電流互感器設置有用兩相的，也有用三相的，從繼電保護的靈敏度看，兩相式低于三相式，但兩相式同樣可以滿足要求，減少了設備，節(jié)省了投資，特別是對油浸式鐵心電抗器，用的是套管電流互感器，如三相都裝電流互感器，制造困難。

③高抗中性點絕緣水平和中性點避雷器額定電壓，以前采用180 kV或170 kV，現(xiàn)在已降到了110 kV甚至還可以降到72.5 kV，這對設備制造有好處，同時可以降低設備費用。

總之，并聯(lián)電抗器的應用問題可以歸結(jié)為兩個方面：一是設備在運行中出現(xiàn)的各種故障和事故，應由生產(chǎn)制造部門研究解決;二是工程安裝設計問題，應通過總結(jié)實踐經(jīng)驗以及科研標準化工作來解決。