感性无功补偿在超高压电网的应用分析

2011-08-15袁桂凤

科技传播 2011年20期

关键词：装设电抗器感性

袁桂凤

内蒙古呼和浩特市金川开发区内蒙古超高压供电局，内蒙古呼和浩特 010080

感性无功补偿在超高压电网的应用分析

袁桂凤

内蒙古呼和浩特市金川开发区内蒙古超高压供电局，内蒙古呼和浩特 010080

在500kV超高压电网中，由于电压等级高，输电线路长，其分布电容对无功功率平衡有较大的影响。无功功率的产生基本没有损耗，而无功功率沿着电力网的传输却会引起较大有功功率损耗和电压损耗，故无功功率不宜长距离输送。所以，一般在500kV变电站在变电站装设高、低压并联电抗器，来满足无功功率的就地平衡，控制系统电压，使其平衡在系统额定电压运行水平，以保证电网运行的可靠性和稳定性。

超高压电网；感性无功补偿；电压质量

0 引言

在高压配电网中，电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器等容性无功补偿设备以后，可以提供感性负载所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是容性无功补偿。随着超高压电网的建立和发展，感性无功补偿技术逐渐得到了广泛应用。在超高压系统中，除发电机是无功功率的电源外，输电线路的电容也产生很大的容性功率。大量容性充电功率的存在，使超高压电网产生诸多问题，这就必须通过加装电抗器来进行感性无功补偿。

1 感性无功补偿设备的配置及补偿原则

超高压电网中装设并联电抗器进行感性无功补偿，主要是用来吸收线路充电功率。并联电抗器的主要作用是降低长线路空载或者轻载时的线路末端升高的电压。其大概机理是：长线路空载或者轻载时，线路的对地电容和相间电容在线路上起到了主导作用，产生了容升效应，从而使线路末端电压升高。这里，讲述一下对容升效应的理解：电容在线路上，吸收容性无功，相当于提供感性无功，以此和“电力系统缺感性无功时电压下降，发电机发出感性无功以维持电压平衡”的机理保持一致。而并联电抗器来吸收这种情况下过剩的感性无功，达到降低电压的作用。在内蒙古500kV超高压电网中并联抗器主要装设在35kV和500kV两个电压等级上，装设于变电站主变压器35kV侧的电抗器组，通常叫低抗，一般用高压开关进行投切；装设于500kV母线或线路上的高压并联电抗器，通常称为高抗，母线高抗一般用开关进行投切，而线路高抗则直接用刀闸连接在线路上，随线路停送电。感性无功补偿基本上按分层、分区和就地平衡原则考虑，并能随负荷或电压进行调整，保证系统各500kV枢纽变电站的电压在正常和事故后均能满足规定的要求。在实际运行中，在500kV变电站装设的高压并联电抗器长期投入，而装设低压并联电抗器则随系统需求进行投切。

2 感性无功补偿在电网中的作用

500kV高压并联电抗器和35kV低压电抗器组虽然都是用来吸收充电功率，改善电压质量，但它们在电网中的作用却是有区别的。

2.1 500kV高压并联电抗器在电网中的作用

1）削弱空载或轻载时长线路的电容效应所引起的工频电压升高。

这种电压升高是由于空载或轻载时，线路的电容电流在线路的电感上的压降所引起的。它将使线路电压高于电源电压。当愈严重，通常线路愈长，则电容效应愈大，工频电压升高也愈大。对超高压远距离输电线路而言，空载或轻载时线路电容的充电功率是很大的，通常充电功率随电压的平方面急剧增加，巨大的充电功率除引起上述工频电压升高现象之外，还将增大线路的功率和电能损耗以及引起自励磁，同期困难等问题。装设并联电抗器可以补偿这部分充电功率。

2）改善沿线电压分布和轻载线路中的无功分布并降低线损。

当线路上传输的功率不等于自然功率时，则沿线各点电压将偏离额定值，有时甚至偏离较大，如依靠并联电抗器的补偿，则可以仰低线路电压得升高。

3）减少潜供电流，加速潜供电弧的熄灭，提高线路自动重合闸的成功率。

所谓潜供电流，是指当发生单相瞬时接地故障时，在故障相两侧断开后，故障点处弧光中所存在的残余电流。产生潜供电流的原因：故障相虽以被切断电源，但由于非故障相仍带电运行，通过相间电容的影响，两相对故障点进行电容性供电；由于相间互感的影响，故障相上将被感应出一个电势，在此电势的作用下通过故障点及相对地电容将形成一个环流，通常把上述两部分电流的总和称之为潜供电流。潜供电流的存在，使得系统发生单相瞬时接地短路处的潜供电弧不可能很快熄灭，将会影响单相自动综合闸的成功率。并联电抗器的中性点经小抗接地的方法来补偿潜供电流，从而加快潜供电弧的熄灭。

综合上述，高抗是超高压变压站里的重要设备，对超高压电网的安全运行起着重要作用。

2.2 35kV低压电抗器组在电网中的作用

当高抗装设容量不足或装设高抗有困难时，装设低抗可以起补足作用。低抗通常分组装设于超高压变电站主变压器的低压侧母线上，根据系统电压需要进行灵活投切，来满足无功功率的就地平衡，使其平衡在系统额定电压运行水平。

3 感性补偿在超高压电网应用中存在的一些问题

感性补偿是利用高、低压电抗器进行的补偿。电抗器的运行条件非常苛刻，一旦带电后即满载运行，不像变压器，可以由空载、轻载，逐步过渡到满载。而且，电抗器全年的运行时间都比较长，内蒙古超高压供电局所属 500kV变电站里的高抗，除春、秋查外几乎全年运行，而低抗的年投运时间也接近5 000h。高、低电压抗器在设备制造、工程设计时设备选型、参数确定、电气接线、布置与安装，以及保护、测量和控制方式诸多方面，有不少实际的问题值得注意。

1）高抗是油浸铁心式结构，主要由铁心、线圈、绝缘油、油箱、瓷套管以及散热器等组成。其电抗器工作原理主要是利用在额定电压下线性的特点来吸收系统电容性无功。为获得所需要的设计阻抗，使电抗器线圈能通过设计规定的电流来获得设计容量，所以电抗器的采用有气隙的铁心。并联电器的磁通主要有主磁通和漏磁通两部分组成，而电抗器制造的最大技术难点在于对漏磁通的处理。在超高压电网建设初期，电抗器运行中经常出现局部过热，油样含烃类超标，部件被烧坏等事故，其原因均为漏磁通在部件中感应产生涡流引起；有的高抗振动和噪音过大，甚至到无法投运的地步。近年来技术人员研究出了解决问题的各种措施，从内蒙古超高压供电局各个变电站高抗的运行情况来看，质量已经提高；

2）并联电抗器的无功功率取决于线路电压。当线路电压为额定电压时，所对应的电抗器无功功率为铭牌上的标示的额定容量；当线路电压为最高电压时，所对应的电抗器无功功率将高于额定容量，并与电压的平方成正比；当线路电压低于额定电压时，所对应的电抗器无功功率将低于额定容量；

3）正常时并联电抗器铁芯仅有一点接地。如果铁芯出现两点及多点接地时，则铁芯与地之间通过两点接地将产生环流，引起铁芯过热。所以，电抗器投运前要通过解开原接地点后测量铁芯是否还有接地现象的方法来判断或消除两点及多点接地；

4）电网中运行的低抗有两种产品：干式空心和油浸铁心式。干式空心电抗器特具的无油结构，杜绝了油浸电抗器漏油、易燃等缺点，保证了运行安全；没有铁芯，不存在铁磁饱和，电感值的线性度好；动热稳定性好，能承受额定电抗率倒数倍额定电流的最大短时电流作用，而不产生任何热的和机械的损伤；这些优点使其在电网中应用较普遍。目前内蒙古超高压供电局所属变电站均使用干式空心低压电抗器。但是，由于干式空心电抗器无铁芯，空间存在强磁场，只要磁场范围内存在较大铁磁物质或闭环金属体（如地网、构架、金属遮栏等）就会产生涡流，将造成金属部件发热，轻者造成电解损耗，重者即酿成事故。所以，要通过消除闭合的金属环路，如远离金属构架，使用塑料围栏等，来可解决这类问题，然而消除接地网及水泥构件中的闭环回路比较困难。应在安装之前，核查安装点是否存在闭环的接地网或含金属闭环的水泥构件。

总之，感性补偿在超高压电网应用中的问题可以归结为两个方面：一是设备在运行中出现的各种异常和故障；二是工程安装设计问题。应通过设备优化选型、严格验收、加强维护等来解决。