并聯(lián)電抗器在超高壓輕載電網(wǎng)中的應(yīng)用

余恒杰 宋 陽

（樂山電業(yè)局，四川 樂山 614000）

隨著我國電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，電壓等級逐步提高、輸送距離越來越長[1]，因此輸電線路對電網(wǎng)的充電效應(yīng)愈加明顯[2]。當(dāng)負荷投切較大、末端輕載時，電網(wǎng)中的無功過剩將致使輸電線路末端電壓過高，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，電壓波動較大，需要安裝一定數(shù)量的感性設(shè)備來消耗過多的無功功率。在眾多設(shè)備中，高壓電抗器能夠穩(wěn)定運行電壓、限制潛供電流、提高重合閘成功率，消除發(fā)電機的自勵磁，是常用的調(diào)壓手段。

1 高壓輕載電網(wǎng)末端電壓升高的原理分析

對于100km以下的架空線路，可以省略線路對地導(dǎo)納，即忽略對地電容的充電效應(yīng)。對于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100km，架空線路超過300km時，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功功率的串聯(lián)電抗，又存在發(fā)出無功功率的并聯(lián)電納。

串聯(lián)電抗中的無功損耗ΔQL與負荷電流I的平方成正比，該無功功率呈感性，計算公式如下

并聯(lián)電納中的無功功率損耗ΔQB與電力線路電壓U的平方成正比，該無功功率呈容性，計算公式如下

由式（2）可知，該無功功率從地面流向系統(tǒng)，對輸電線路中流過的無功有補充作用，故而又稱為充電功率。

所以，一條線路消耗的無功功率為

簡化計算時，式（3）可寫為

由式（4）可知，如果輸電線路消耗的無功功率為正值，則輸電線路自系統(tǒng)吸收無功；如果輸電線路消耗的無功功率為負值，則輸電線路向系統(tǒng)輸送無功。顯然，輸電線路消耗的無功功率取決于輸電線路傳輸?shù)墓β屎洼旊婋妷旱燃墶?/p>

然而，隨著電網(wǎng)的不斷擴大、增容，以及負荷的不確定性逐漸升高，大電網(wǎng)就會出現(xiàn)某段時間內(nèi)的情況。也就是說，當(dāng)系統(tǒng)末端負荷減少，其輸送功率遠遠低于線路的自然功率時，過多的充電功率將超過無功需求，造成系統(tǒng)無功過剩、電壓升高。一旦電壓偏移超過允許范圍，就會影響用戶端用電設(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，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。

2 高壓電抗器的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用狀況

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。

2.1 鐵心式電抗器

我國生產(chǎn)的鐵心式電抗器結(jié)構(gòu)見圖1，其鐵心由若干個鐵心餅疊置而成。

鐵心餅由硅鋼片疊成，疊片方式有平行疊片、漸開線狀疊片、輻射狀疊片[4]。平行疊片式結(jié)構(gòu)簡單，適用于較小容量的電抗器；漸開線狀疊片式中間有一個內(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，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螺桿拉緊，形成一個整體，鐵軛和所有的鐵心餅均應(yīng)接地。

2.2 空心式電抗器

空心式電抗器就是一個電感線圈，它的特點是直徑大、高度低、對地電容小、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?？招氖诫娍蛊髟诎惭b時，緊固方式有兩種[4]：一是采用水泥澆鑄，故又稱為水泥電抗器；另一種是采用環(huán)氧樹脂板固定或采用環(huán)氧樹脂澆鑄。

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套，在金屬模具中繞制成型后，再澆水泥，待水泥硬化后，進行真空干燥處理，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)氧樹脂板固定的空心式電抗器散熱性能較好，但其固定元件會因?qū)Ь€的電磁振動而松脫，為了克服上述缺點，可用環(huán)氧樹脂澆鑄，這樣增加了機械強度，但散熱能力變差。

因為容量增大時，氣隙長度要增加，所以實際應(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。

3 問題解決

本文以某電網(wǎng)為例，考慮實際需要，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，長度200km，采用均勻分布參數(shù)等值電路，部分實際參數(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。

4 結(jié)論

1）500kV超高壓線路負荷端變動較大時，如果負荷切除過多，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,唐國慶.SVC控制引起的電壓振蕩失穩(wěn)研究[J].中國電力,2005,38(8):19-23.

[3]許云飛等.機組跳閘對電網(wǎng)頻率級電壓穩(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.