特高压并联电抗器感应电压试验补偿方式的计算与研究

伊 锋，杨在葆

(1.国网山东省电力公司电力科学研究院，山东 济南 250003；2.山东电力设备有限公司，山东 济南 250022)

0 引言

特高压并联电抗器是指接在输电线路的相与地之间的电抗器，其安装在输电线路的末端，用于补偿长输电线路引起的电容效应，提高输电效益和输电质量。随着交流特高压电网规模不断扩大，输送距离越来越长，整个输电线路的波阻抗也随之增大，因此特高压并联电抗器在电网中的地位愈来愈重要，其能否安全运行直接关系到整个电网的稳定运行。

由于并联电抗器在设计、制造以及其自身独有的特殊结构，导致在运行中的恶性故障时有发生，严重影响了电网的安全稳定运行。而常规的试验方法，只考核了电抗器主绝缘电气强度，对于电抗器的纵绝缘电气强度即匝间、层间、段间绝缘不能够灵敏地、有效地检测，目前最有效检测手段是感应电压试验〔1〕。感应电压试验能验证电抗器的纵绝缘电气强度，能够精准的检测出电抗器纵绝缘存在的绝缘缺陷，保证电抗器不因存在局部放电而损坏，对于提高并联电抗器的安全运行水平，具有较好的经济效益和社会效益。

1 特高压并联电抗器感应电压试验常规方法

1.1 试验简述

1) 型式试验：5 min;

试验持续时间如图1所示。

图中：A=5 min；B=5 min；C=试验时间；D=60 min；E=5 min

在施加试验电压的整个期间，监测局部放电量。在U2下的长时试验期间，高压侧局部放电量的连续水平不大于100 pC。

电抗器生产完成之后，额定频率、线圈匝数、磁通量都已确定。铁芯伏安特性曲线，一般设计在额定频率和电压时接近弯曲〔3-4〕，由法拉第电磁感应原理可知，感应电动势为：

E=4.44fNø

式中:E——感应电动势；f——频率；N——绕组匝数；ø——磁通量。

由上式可知，在额定频率时，要达到试验最高电压Um，铁芯会过饱和。要达到试验电压要求时，必须相应提高试验频率。因此一般的并联电抗器感应电压试验时，试验频率要求一般不低于100 Hz，但不高于250 Hz，因为铁芯中的损耗与频率成正比，提高试验频率，会增加试验所需电源容量。

1.2 并联电抗器感应电压试验常规补偿方案

以一台额定容量为240 MVar的1 100 kV并联电抗器为例，简要介绍常规特高压并联电抗器感应电压试验补偿方法，该台电抗器按常规补偿方案进行试验，试验合格。电抗器额定参数如表1所示。

表1 并联电抗器技术参数

主要试验设备包括一台三相试验中间变、一台单相试验中间变、一台中频发电机组及补偿电容器组，其技术参数如表2所示。

表2 主要试验设备技术参数

电抗器在达到试验电压下需要很大的无功功率，这是由于并联电抗器自身特有的特殊结构，在试验等效电路中呈现感性负载，因此在试验中需要容性负载来补偿，为了防止发电机自励磁现象〔4-7〕，同时保证发电机的电流不超额定电流，即发电机侧负载为感性，需在第一级中间变的高压侧进行容性电流补偿，接线示意图如图2所示。补偿电容器组的计算简述如表3所示。

表3 常规补偿方案计算简述

1.3 常规补偿方案存在的问题

由于1 100 kV并联电抗器电压等级高、容量大，采用以上试验方案存在两个方面的问题：一是特高压并联电抗器电抗设计值与实际测量值存在偏差，虽然此偏差很小，但由于试品容量太大，容性负荷无法做到精确补偿；二是在第一级中间变压器侧的补偿电容器组额定电压与被试电抗器感应电压差距太大，需要多组电容器串联满足被试电压，此过程存在的问题是由于电容器组串联过多，在进行电容量复核的过程中，电容值的数量级过小，无法发现因失误而多串进补偿回路中的电容器。这两个问题都会导致电容器过补偿现象的发生，而此情况一旦产生，将很容易引起发电机组自励磁现象，导致试品击穿。

2 新方法的提出与试验验证

2.1 一种新的感应电压试验补偿方案

进一步考虑，在上述试验方案的基础上进行改进，提出了一种新的特高压并联电抗器感应电压试验回路，方式为在第一级中间变压器高压侧补偿电容器组的基础上，发电机输出侧再补偿小容量的微调电抗器。该电抗器根据实际情况进行调整。综合分析，即使电容器组的补偿出现故障，在保证补偿容量的情况下，发电机组出口侧的负载仍为感性，从而能有效避免过补偿现象的发生。

仍以该台电抗器为例，接线原理如图3所示。试验时使用设备与常规方法相同，在发电机组出口侧增加一台电感值可调的电抗器(6 400 kVA)，具体计算过程为：

1) 计算出第二级中间变压器的阻抗压降系数，如表4所示；

2) 将试品与第二级中间变压器的阻抗参数折算到1 800 kV中间变的低压侧，等效电路图如图4所示；

3) 根据计算，阻抗压降系数为1.173，新的补偿方案计算简述如表5为所示。

表4 阻抗压降系数折算

表5 新的补偿方案计算简述

2.2 新方法试验验证

按图3接线方式试验〔8-9〕，升压顺序按图1要求进行，试验中发电机参数正常，补偿电容器组工作正常，补偿电抗器工作正常。试验主要数据如表6所示，试验结果满足国标中局放量小于100 pC的要求，新方法与常规法试验数据比较无明显变化，证明新补偿方式下感应电压试验结果的准确性，同时验证了新补偿方式的可靠性。

表6 并联电抗器感应电压试验记录

3 结语

由于并联电抗器结构比较特殊，其试验方法不同于变压器，在进行感应电压试验时，试验电压只能在高压端直接施加，这就增加了试验难度，并且由于在试验等效电路中呈感性，所以需要补偿容性无功。发电机组带容性负载时会导致发电机组发生自励磁现象，对发电机、电抗器、补偿电容器等造成损坏，严重情况下，会导致人身伤亡事故，造成无法估量的经济损失，因此合理处置电容器的补偿对于电抗器感应电压试验至关重要。

文中以传统发电机组为电源的升压方式，结合一台1 100 kV/240 MVar特高压并联电抗器为例，提出了新的补偿方式，并且顺利完成试验验证，试验合格。该补偿方式的优点是能有效避免发电机组直接带容性负载，解决了发电机组自励磁现象的发生，避免人身和设备遭受损坏，有效提高电抗器感应试验系统的可靠性。该方法对使用发电机组为试验电源的试验方式具有一定的参考意义。