500kV變電站低壓并聯(lián)電抗器選型比較

[摘要] 文章從技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性兩方面對500kV變電站空心并聯(lián)電抗器和鐵心并聯(lián)電抗器進(jìn)行比較。結(jié)果表明，鐵心電抗器在性能指標(biāo)和綜合成本等方面均優(yōu)于空心電抗器。

[關(guān)鍵詞] 低壓并聯(lián)電抗器；空心電抗器；鐵心電抗器；經(jīng)濟(jì)性

[作者簡介] 張馳，中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計研究院工程師，研究方向：輸變電工程設(shè)計，廣東 廣州，510663

[中圖分類號] TM47 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1007-7723（2012）08-0075-0003

一、概 述

隨著電網(wǎng)超高壓、遠(yuǎn)距離、大容量的迅速發(fā)展，感性無功相對不足，導(dǎo)致電網(wǎng)工頻電壓升高。并聯(lián)電抗器是超高壓電力系統(tǒng)不可或缺的電氣設(shè)備，用于補償電功率，抑制過高的工頻過電壓。以往的工程實踐中，低壓并聯(lián)電抗器往往選用干式空心并聯(lián)電抗器。環(huán)氧包封式空心電抗器由于結(jié)構(gòu)簡單、價格低等優(yōu)勢獲得廣泛應(yīng)用，在國內(nèi)已有近20年的運行歷史。

經(jīng)過長時間的運行，干式空心電抗器出現(xiàn)了許多運行故障，部分設(shè)備被迫停運，個別設(shè)備甚至被燒毀。目前，許多變電站發(fā)生過空心并聯(lián)電抗器燒毀現(xiàn)象，如：青海電力公司硝灣變電站、陜西神木變電站、重慶萬州局萬縣變電站、華北網(wǎng)房山變電站、徐州任莊變電站、湖南云田變電站、昆明草鋪變電站、佳木斯紅興隆變電站、北京安定變電站、東北東豐變電站、江西樂平變電站、湖州含山變電站、云南曲靖變電站、廣東增城變電站、江西南昌變電站等。

近年來，鐵心并聯(lián)電抗器由于擁有很強的環(huán)境適應(yīng)能力等優(yōu)勢，正逐步成為干式空心電抗器的替代品。本文針對500kV變電站低壓并聯(lián)電抗器，從技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性兩方面對空心并聯(lián)電抗器和鐵心并聯(lián)電抗器進(jìn)行比較，并簡要論述此類工程中低壓并聯(lián)電抗器的設(shè)計選型原則。

二、空心并聯(lián)電抗器的技術(shù)缺陷

空心并聯(lián)電抗器的絕緣老化及漏磁問題是其無法避免的兩大缺陷。

（一）空心并聯(lián)電抗器燒毀的主要原因

1.電抗器表面絕緣材料老化及積污。當(dāng)濕度較大時，電抗器表面污層會受潮，造成沿面泄漏電流的增加，并形成樹枝狀放電，在嚴(yán)重的情況下燒毀電抗器。

2.電抗器絕緣材料適應(yīng)環(huán)境的能力不高。在高海拔、鹽霧、晝夜溫差大等情況下，絕緣材料的絕緣老化速度增加，造成電抗器絕緣失效從而被燒毀。

（二）空心并聯(lián)電抗器漏磁的危害

空心并聯(lián)電抗器漏磁會產(chǎn)生比較嚴(yán)重的危害，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

1.會產(chǎn)生電磁干擾等污染，使周邊的電腦和通信等難以正常運行。

2.漏磁對附近的鋼結(jié)構(gòu)建筑物會產(chǎn)生較為嚴(yán)重的危害。

3.漏磁問題在變電站中還會影響地網(wǎng)、構(gòu)架等，都可能因金屬體構(gòu)成閉環(huán)造成較嚴(yán)重的漏磁問題。地網(wǎng)、構(gòu)架、金屬遮欄等有閉環(huán)回路，漏磁將產(chǎn)生數(shù)百安培的感應(yīng)環(huán)流電流。

4.對運行人員的健康和安全可能造成一定危害。

漏磁會增加空心電抗器的損耗，由漏磁產(chǎn)生的反向磁場與電抗器部分繞組耦合，從而導(dǎo)致電抗器電流增大和改變電位分布。目前，空心電抗器漏磁問題的應(yīng)對辦法不是很多，一些廠家和電網(wǎng)企業(yè)采用增加磁屏蔽的方法，但效果不是很理想?？招牟⒙?lián)電抗器由于漏磁問題只適合戶外運行，但戶外運行條件下對絕緣的挑戰(zhàn)又非常大。因此，空心并聯(lián)電抗器的運行實踐中，難以克服其絕緣老化和漏磁兩大缺陷，導(dǎo)致其運行故障頻出，極大影響了變電站運行的穩(wěn)定性和安全性。

三、鐵心并聯(lián)電抗器的技術(shù)優(yōu)勢

（一）穩(wěn)定性好

空心電抗器線圈外包絕緣為常壓固化的環(huán)氧樹脂，因存在線圈對地電容和匝間縱向電容，絕緣層上的電壓分布不均勻，導(dǎo)致可耐受電壓非常有限。在電場不均勻、潮濕、污穢等條件下，電抗器表面電位梯度大的地方，空氣中局部游離形成電暈和迅速移動的滑閃放電。空氣游離也將在絕緣表面產(chǎn)生亞硝酸和硝酸的腐蝕性物質(zhì)，對絕緣產(chǎn)生腐蝕，并造成空心電抗器匝間擊穿短路。以上原理性缺陷，導(dǎo)致空心電抗器環(huán)境的適應(yīng)能力差，存在比較嚴(yán)重的運行安全隱患。江浙部分地區(qū)規(guī)定在雨后24小時內(nèi)不許對空心電抗器進(jìn)行投切操作，也反映了對空心電抗器能否安全穩(wěn)定運行的擔(dān)憂。廣東電網(wǎng)公司以往500kV變電站工程中一般選用空心電抗器，此次加林站地處沿海地區(qū)，具備濕度大、鹽霧多的特點，考慮到空心電抗器的缺陷，設(shè)備選型時首次在此類工程中論證鐵心并聯(lián)電抗器使用的可行性。

鐵心電抗器方面，干式鐵心電抗器的線圈絕緣為真空澆注環(huán)氧樹脂，油浸式電抗器絕緣為油紙配合絕緣，都有較高的穩(wěn)定性，確保運行的安全穩(wěn)定。

由此可見，鐵心電抗器的運行穩(wěn)定比空心電抗器為優(yōu)。

（二）損耗小

與鐵心電抗器不同，空心并聯(lián)電抗器的導(dǎo)磁介質(zhì)是空氣，因此其磁場是向外散發(fā)的。包封產(chǎn)生的漏磁通過其他包封時會產(chǎn)生一定的環(huán)流損耗，造成的總損耗比較大。鐵心并聯(lián)電抗器的導(dǎo)磁介質(zhì)是鐵，因此磁場集中，漏磁較小，產(chǎn)生小得多的損耗。

以10kV三相容量10000kVar并聯(lián)電抗器為例，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T10775-2007《6kV～35kV級干式并聯(lián)電抗器技術(shù)參數(shù)和要求》中要求：干式鐵心并聯(lián)電抗器BKSC-10000/10損耗值為≤43kW（115℃），即≤38kW（75℃）；干式空心并聯(lián)電抗器BKSCKL-10000/10損耗為不大于64kW（75℃）。即按照標(biāo)準(zhǔn)要求鐵心并聯(lián)電抗器的損耗比空心并聯(lián)電抗器低26kW（75℃）。

實踐中，湖南220kV明山變電站所的空心并聯(lián)電抗器BKDCKL-3334/10每組（三臺）產(chǎn)品總損耗為68.1kW（75℃）；珠海220kV拱北變電站所的干式鐵心并聯(lián)電抗器BKDC-3334/10每組產(chǎn)品總損耗為34.2kW（75℃）。

由此可見，鐵心電抗器的損耗優(yōu)于空心電抗器。

（三）占地面積小

空心并聯(lián)電抗器每相一臺，每組三臺。其相間距不得小于1.7倍直徑距離，每相周圍還應(yīng)保持不小于1.5倍直徑距離的空間，以防止漏磁污染，因此空心電抗器的占地面積較大。由于鐵心電抗器的漏磁較小，可制成三相一體的結(jié)構(gòu)，無需預(yù)留漏磁污染距離，因此鐵心電抗器的占地面積遠(yuǎn)小于空心電抗器。

山東500kV淄川變電站所使用的BKDCKL-20000/35產(chǎn)品直徑為2.7m，其每組（三臺）占地面積約為104㎡。而安徽500kV肥西變電站所使用的油浸式鐵心并聯(lián)電抗器BKS-60000/35產(chǎn)品占地面積約為28.5㎡。按照每平米5000元的土地價格計算，則使用鐵心電抗器將節(jié)約占地成本37.75萬元。

由此可見，鐵心電抗器將占地面積和成本遠(yuǎn)小于空心電抗器。

（四）漏磁污染小

鐵心電抗器由于擁有良好的導(dǎo)磁介質(zhì)，其漏磁幾乎可以不做考慮。

空心電抗器的漏磁是其一大原理性缺陷。由于漏磁污染，空心并聯(lián)電抗器不適戶內(nèi)運行。另外，空心電抗器的漏磁還易使周圍的金屬產(chǎn)生環(huán)流，這將增大產(chǎn)品運行損耗，同時還威脅變電站內(nèi)其他設(shè)備及運行維護(hù)人員的人身健康。

東北網(wǎng)東豐變2組63kV 60Mvar空心電抗器，電抗器的金屬遮攔的最大電流達(dá)140A；柳州沙塘變35kV 50Mvar空心電抗器接地下引線，最大測試電流為225A。

由此可見，鐵心電抗器漏磁污染小于空心電抗器。

（五）運行監(jiān)控

目前，空心電抗器缺乏有效的運行監(jiān)控方法，難以對其內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效監(jiān)控，無法預(yù)測事故的產(chǎn)生。因此，空心電抗器事故均屬突發(fā)事件，難以預(yù)知，極易造成停電。

油浸式并聯(lián)電抗器可通過對變壓器油中氣體、油溫及油箱內(nèi)壓力的監(jiān)測來實現(xiàn)運行狀態(tài)監(jiān)控，可及時反映電抗器絕緣狀態(tài)的變化，在一定程度上可以避免突發(fā)事故，提高供電的可靠性。

由此可見，對產(chǎn)品運行狀態(tài)的監(jiān)測方面，油浸式鐵心電抗器優(yōu)于空心電抗器。

綜上所述，鐵心電抗器（包括油浸式及干式鐵心電抗器）在技術(shù)指標(biāo)、穩(wěn)定性及節(jié)能環(huán)保等方面較空心電抗器為優(yōu)。

四、并聯(lián)電抗器經(jīng)濟(jì)性比較

以500kV變電站所使用35kV電壓等級60000kVar容量的并聯(lián)電抗器為例，對使用時間為30年的空心并聯(lián)電抗器和油浸式鐵心并聯(lián)電抗器，進(jìn)行全壽命周期運行成本（按利率7%計算現(xiàn)值）的經(jīng)濟(jì)性比較。

（一）空心并聯(lián)電抗器運行成本

1.購買設(shè)備投入：價格105萬元/組，每組使用壽命為15年。變電站設(shè)計壽命為30年，則使用（2臺）成本現(xiàn)值為：105+105×（P/S，7%，15） =105+105×0.3624=143.05（萬元）。

2.運行電能損耗：按南方電網(wǎng)公司技術(shù)規(guī)范的要求，每組空心電抗器額定損耗值不超過額定容量的0.3%，即60000×0.3%=180kW（75℃）。假定電價為0.45元/度則每年運行損耗（按每天24小時運行，每年運行100天）：180×24×100×0.45=19.44（萬元）；30年運行損耗現(xiàn)值為：19.44×（P/A，7%，30）=19.44×12.4090=241.23（萬元）。

3.占地成本：產(chǎn)品占地約104平方米，假定土地價格0.5萬元/平方米。則占地成本為： 104×0.5=52萬元。

4.維護(hù)成本：每年涂RTv涂料成本300元，人工成本700元。30年成本現(xiàn)值為：0.1×（P/A，7%，30）=0.1×12.4090=1.24（萬元）。

5.產(chǎn)品報廢后殘值約為7萬元，3臺產(chǎn)品報廢后殘值的現(xiàn)值為：7×（P/S，7%，10）+7×（P/S，7%，20） +7×（P/S，7%，30）=7×0.5083+7×0.2584+7×0.1314=6.29（萬元）。

空心并聯(lián)電抗器使用總成本現(xiàn)值為：

S空=購買設(shè)備投入+運行電能損耗+占地成本+維護(hù)成本-殘值=143.05+241.23+52+1.24

-6.29=431.23（萬元）。

（二）油浸式鐵心并聯(lián)電抗器運行成本

1.購買設(shè)備投入：價格250萬元/組，每組使用壽命為30年。30年使用成本現(xiàn)值為：250×1=250（萬元）。

2.運行電能損耗：按南方電網(wǎng)公司技術(shù)規(guī)范的要求，每組油浸式電抗器額定損耗值不超過120kW（75℃）。假定電價為0.45元/度則每年運行損耗（按每天24時運行，每年運行100天）：120×24×100×0.45=12.96（萬元）；30年運行損耗現(xiàn)值為：12.96×（P/A，7%，30） =12.96×12.4090 = 160.82（萬元）。

3.占地成本：產(chǎn)品占地約29平方米，假定土地價格0.5萬元/平方米。則占地成本為：29×0.5=14.5萬元。

4.維護(hù)成本：每年進(jìn)行抽樣檢查，成本100元，人工成本100元。30年成本現(xiàn)值為： 0.02×（P/A，7%，30）=0.02×12.4090=0.25（萬元）。

（5）產(chǎn)品報廢后殘值約為35萬元，殘值現(xiàn)值為：35×（P/S，7%，30）=35×0.1314=4.60（萬元）。

油浸式鐵心并聯(lián)電抗器使用總成本現(xiàn)值為：

S鐵=購買設(shè)備投入+運行電能損耗+占地成本+維護(hù)成本-殘值 = 250+160.82+14.5+0.25

-4.60 =420.97（萬元）；

使用鐵心并聯(lián)電抗器比使用空心并聯(lián)電抗器成本節(jié)約：

S空-S鐵=431.23-420.97=10.26（萬元）。

由此可見，雖然鐵心電抗器比空心電抗器一次投入高，初期投資大。但綜合考慮使用成本，鐵心電抗器低于空心電抗器。

五、結(jié) 論

1.空心并聯(lián)電抗器難以克服其絕緣老化和漏磁兩大缺陷，導(dǎo)致運行故障頻出，極大影響了變電站運行的穩(wěn)定性和安全性。

2.從技術(shù)角度看，鐵心電抗器在技術(shù)指標(biāo)、穩(wěn)定性及節(jié)能環(huán)保等方面較空心電抗器為優(yōu)。

3.從經(jīng)濟(jì)性角度看，雖然鐵心電抗器比空心電抗器一次投入高，初期投資大。但綜合考慮使用成本，鐵心電抗器低于空心電抗器。