并聯(lián)電抗器在特高壓電網(wǎng)中的應(yīng)用及發(fā)展

摘要：詳細(xì)介紹了特高壓線路容升效應(yīng)和潛供電流的形成原理，敘述了國內(nèi)普遍采用高壓并聯(lián)電抗器抑制容升效應(yīng)，并通過應(yīng)用高壓并聯(lián)電抗器中性點(diǎn)連接小電抗的方式，降低潛供電流對(duì)特高壓線路造成的影響。從發(fā)展的角度敘述可控并聯(lián)電抗器在特高壓系統(tǒng)的廣闊前景。

關(guān)鍵詞：特高壓；容升效應(yīng)；潛供電流；可控并聯(lián)電抗器

我國電力系統(tǒng)正向遠(yuǎn)距離、大容量、特高壓的方向發(fā)展。通過建設(shè)具有高強(qiáng)度的特高壓電網(wǎng)能源傳送框架，使得清潔的電力能源能夠從我國西部和北部地區(qū)大規(guī)模傳輸運(yùn)送到中東部地區(qū)的應(yīng)用環(huán)境之中，將電力能源跨流域、跨地區(qū)的遠(yuǎn)程大規(guī)模傳輸?shù)臉?gòu)建設(shè)想付諸現(xiàn)實(shí)，在協(xié)調(diào)社會(huì)能源分配比例的同時(shí)，將西部的能源儲(chǔ)備轉(zhuǎn)換為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的優(yōu)勢(shì)，提升國家電力能源優(yōu)化配置的效率[1]。一整套的先進(jìn)特高壓設(shè)備是建立特高壓電網(wǎng)系統(tǒng)的前提，而特高壓并聯(lián)電抗器作為重要的組成部分之一，其容量要比超高壓系統(tǒng)中的并聯(lián)電抗器大得多。并聯(lián)電抗器主要用以補(bǔ)償線路容性無功，抑制操作過電壓；在配置中性點(diǎn)小電抗的情況下抑制潛供電流，以提高單相重合閘的成功率。

1 容升效應(yīng)

特高壓輸電線路一般距離較長，能達(dá)到數(shù)百公里。技術(shù)上通常要求采用8分裂導(dǎo)線作為特高壓電力能源傳輸?shù)木€路原材料，這就導(dǎo)致線路網(wǎng)絡(luò)上的充電容性功率較大（幾百兆乏），過大的容性功率在通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的感性配件時(shí)，會(huì)導(dǎo)致線路末端產(chǎn)生較大的電壓。而這種線路末端電壓過高的現(xiàn)象，稱之為“容升”現(xiàn)象。

在遠(yuǎn)距離電力傳送線路的首末段安裝并聯(lián)電抗器設(shè)備，能夠在補(bǔ)償特高壓線路中的電容電流的同時(shí)，盡可能限制工頻電壓數(shù)值的升高幅度，從而起到大大減少容升效應(yīng)的目的。當(dāng)特高壓系統(tǒng)發(fā)生切除接地故障、甩負(fù)荷或重合閘時(shí)，在工頻電壓升高的基礎(chǔ)上通常伴隨著操作過電壓的產(chǎn)生。也就說明了操作過電壓的幅值高低與工頻電壓的升高程度有著直接的關(guān)系。所以特高壓線路首末段加裝并聯(lián)電抗器后，可以大大限制工頻電壓的發(fā)展，也就導(dǎo)致了操作過電壓的幅值的降低。

2 潛供電流

在特高壓線路故障中，當(dāng)特高壓線路出現(xiàn)單相接地的故障而瞬時(shí)斷開此相時(shí)，非故障相與故障相之間由于相間互感和相間電容的耦合作用，故障相會(huì)一直流過一定電量的接地電流，即所謂的潛供電流現(xiàn)象。該電流是以電弧的形式出現(xiàn)的，也稱潛供電弧。當(dāng)潛供電弧瞬間熄滅后，同樣由于相間電容和互感的耦合作用，在弧隙出現(xiàn)恢復(fù)電壓。潛供電流和恢復(fù)電壓的存在增加了故障點(diǎn)熄弧的困難，加大了單相重合閘的失敗率，從而影響特高壓系統(tǒng)的穩(wěn)定。

特高壓輸電線路90%以上的故障是單相瞬時(shí)接地故障，為提高供電的可靠性，單相重合閘方式得到了廣泛的應(yīng)用[2]。為提高特高壓系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，特高壓系統(tǒng)中常采用單相重合閘的連接方式。受到特高壓線路一般相距較遠(yuǎn)，運(yùn)行電壓高以及相間電容量較大的特點(diǎn)。一般情況下，如果在不采取補(bǔ)償措施的模式下，在一百公里特高壓運(yùn)行線路中潛供電流可以達(dá)到七十安培左右，這就導(dǎo)致抑制更加困難[3]。這時(shí)如果在特高壓運(yùn)行線路上裝設(shè)并聯(lián)電抗器，并且將其中性點(diǎn)通過一個(gè)小電抗器接地，由于中性點(diǎn)小電抗器容量小而感抗值高的特性，其不僅僅可以補(bǔ)償線路的對(duì)地及相間電容，特別是使相間電容接近全補(bǔ)償，可使相間阻抗接近無窮大，從而降低了潛供電流的電容分量；還可以通過增大對(duì)地阻抗，降低潛供電流的電感分量。就目前國內(nèi)研究的普遍性線路的算例顯示， 只要在高壓線路首末段裝有配置中性點(diǎn)小電抗的并聯(lián)電抗器，就可以降低線路單相接地時(shí)產(chǎn)生的潛供電流[4]。此時(shí)如果線路發(fā)生單相接地故障，線路保護(hù)動(dòng)作跳開故障相，而同時(shí)由于線路上帶中性點(diǎn)小電抗的并聯(lián)電抗器的存在，其可以限制甚至消除故障相的潛供電流、熄滅故障相的電弧，此時(shí)重合故障相，成功率可以大大提高。

3 發(fā)展

沿用超高壓并聯(lián)電抗器已有的制造經(jīng)驗(yàn)，特高壓并聯(lián)電抗器技術(shù)已由特變電工、西電等公司掌握，并在特高壓變電站內(nèi)大量投運(yùn)使用。然而當(dāng)特高壓線路輸送功率較小時(shí)，并聯(lián)電抗器可以起到限制工頻過電壓的作用，但當(dāng)輸送功率增加到自然功率時(shí)，并聯(lián)電抗器不僅會(huì)大大降低線路電壓，而且其無功電流會(huì)在電力系統(tǒng)中造成額外的有功損耗，降低了全網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。

因此，有科研人員提出新型并聯(lián)電抗器的概念，其能做到快速反應(yīng)且容量可調(diào)，即并聯(lián)電抗器能隨著線路傳輸功率的變化而自動(dòng)平滑的調(diào)節(jié)自身的容量。與傳統(tǒng)并聯(lián)電抗器有著一定的區(qū)別，新型并聯(lián)電抗器憑借其容量可調(diào)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，正常運(yùn)行于小容量狀態(tài)。需要科研人員尤為注意的是，為更好的抑制潛供電流現(xiàn)象的產(chǎn)生，這種新型并聯(lián)電抗器的應(yīng)用必須擁有能夠瞬時(shí)恢復(fù)到大容量甚至全容量狀態(tài)的響應(yīng)能力[5]。這也是可控并聯(lián)電抗器研制的難點(diǎn)之一。

可控制新型并聯(lián)電抗器作為當(dāng)代電力系統(tǒng)中新型柔性交流輸電系統(tǒng)裝置[6]，通過動(dòng)態(tài)的能源補(bǔ)償方式，補(bǔ)償特高壓線路網(wǎng)絡(luò)中存在的容性無功功率。對(duì)原本電力系統(tǒng)遠(yuǎn)距離傳輸線路中經(jīng)常出現(xiàn)的“容升”現(xiàn)象，有著顯著的抑制作用。其既能夠降低操作過電壓、限制潛供電流，又能提高電壓穩(wěn)定水平、降低輸電損耗。這種可控制新型并聯(lián)電抗器在特高壓系統(tǒng)中前景廣闊，期待其盡快應(yīng)用于特高壓系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

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[6]鄭濤，趙彥杰.超/特高壓可控并聯(lián)電抗器關(guān)鍵技術(shù)綜述[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014，38（7）：127128.

作者簡介：王懷兵（1992），男，漢族，江蘇高郵人，本科，助理工程師，研究方向：特高壓電網(wǎng)運(yùn)行。