并联电抗器在亭子口电站的应用

殷嘉陵

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川苍溪，628400)

引言

亭子口电站安装有4台275MW水轮发电机组。亭子口电站通过一回500kV线路接入巴中500kV变电站，线路长度约95km。根据巴中近区电网实际运行特点，巴中500kV变电站母线电压较高。为保证巴中主变(500kV/230kV±2×2.5%)安全运行，需要把亭子口电站运行电压控制在518kV～525kV(高峰时段上限526kV)。亭子口-巴中500kV输电线路在装设用于平衡线路充电功率的电抗器之前，低谷时段，由于线路充电功率较大(单侧接近60Mvar)，亭子口电站采用发电机进相运行方式吸收线路充电功率，水轮发电机组每天需频繁低负荷(小于60MW)进相运行。

为有效降低长期低负荷进相运行给机组带来的损伤，在亭子口至巴中500kV变电站输电线路的亭子口侧加装一组母线高抗来限制稳态运行电压水平，这不仅有利于巴中近区电压调节，也对亭子口电站发电机组的安全运行起到了保障作用。

亭子口主接线改造部分如图1和图2所示。

图1 改造前(虚线部分为广元预留线)

图2 改造后(虚线为加装电抗器实际接线)

1 长期低负荷进相运行对亭子口电站的影响

伴随着远距离、超高压输电网络的不断发展，经常造成发电机系统进相运行，尤其在非工作时间内低负荷时期，无功过多造成电网的电压升高，甚至超出系统电压的规定范围，影响供电质量，并对电网造成损害，降低经济效益。

发电机进相运行是指发电机发出有功而且吸收无功的运行状态。水电站凸极同步发电机单机对无限大容量功率为：

输出功率Pe一定的条件下，发电机电势E0减小，功率角δ便会增大，静态稳定性在一定程度上降低，发电机向系统输送有功功率。

发电机进相运行时，考虑到系统稳定性降低的情况，由于发电机电势降低，在输出功率不变的情况下，发电机定子电流增加，易造成过负荷；机端电压的降低，厂用电电压会有所降低，机组端部的漏磁会引起定子端部温度升高，在端部冷却条件与效果一定的条件下，发电机由迟相向进相进行相移变化时，端部漏磁磁密值增高，引起定子端部构件严重发热，致使发电机出力要受到影响。

亭子口电站位于电网送电端，至巴中500kV变电站出线路距离长，充电功率较大。根据巴中近区电网实际运行特点，巴中500kV变电站母线电压较高，出于对系统安全性的考虑，亭子口电站机组经常处于低负荷进相运行状态，且进相深度较深，机组出现多次在欠励限制的工况下运转，甚至需要多台机组同时低负荷进相运行调压。由亭子口电站全水头试验报告可知，机组在低负荷小开度区间运行时，水流状态不稳定，导致出现随机高频波形。亭子口电站水轮机运行在低负荷区间时，顶盖、导轴承、部分机架等振动值较大，特别是顶盖频繁超过报警值，由于安装工艺有所差别，个别机组的振动更为明显，水轮机锥管处有涡带声音，长期运行容易造成过流部件的气蚀，转轮产生裂纹等，大大增加了设备维护成本。

2 增设母线高压并联电抗器的优点

综合安全性、可靠性、稳定性等多方面考虑，亭子口电站最终采用加装母线并联高压电抗器方案。亭子口电站侧加装高压油浸心式并联电抗器，3台单相并联电抗器(3×20Mvar)并排布置在各自的布置间内，中性点电抗器布置在并联电抗器的左侧，并设置了一套500kV断路器保护、两套电抗器保护、两套电抗器T区保护以及一套电抗器非电量保护。

母线与高抗之间装设有断路器，运行方式改变相对灵活。随着地区用电负荷的改变，若线路输送的潮流达到输送容量时，线路的充电功率与线路的无功损失相对平衡。若线路输送的潮流和主变压器的负载较轻，无功损耗较小，高抗的投入便能够有效改善电压过高的问题；若通过主变的负载相对较重，电压相对较低，不能满足电压要求时，可以凭借母线同高抗之间的断路器使高抗退出运行，以满足供电电压在允许的范围内运行。

母线上设置高抗，可以防止出现工频谐振过电压。由于高抗装配于母线上，线路开关以内，便不会发生谐振过电压。

亭子口满足四川黑启动辅助服务市场条件，具备黑启动资质。黑启动时，机组会带长线路空载运行，容易发生自励磁过电压，在装设高抗后，补偿了容性电流，可有效避免自励磁过电压现象的发生。

亭子口加装高抗后，有效补偿亭子口-巴中线路充电功率，避免低谷时段过多容性无功流向巴中侧，有利于巴中变调压。由于机组一般在当日23时以后至次日6时内为低负荷区，此时段无功进相深，在未投入高抗前，单机无功进相深度为-130Mvar左右。高抗投入运行后，同一时段单机无功进相深度控制在-30Mvar左右，甚至迟相，效果明显，会减少很多需要电站进相运行来平衡线路充电功率的时间，便无需多台机组参与配合调压，有效减少了机组低负荷运行的时长。

3 增设高压并联电抗器后的注意事项

高抗在运行中存在噪音和振动的问题。高抗中磁路由气隙分隔成若干段，各段分别产生磁极，各个气隙间磁极吸引力的些许变化将引起振动。由铁芯块、垫块和铁轭组成的系统有可能会出现机械共振现象。因此，电抗器的振动和嗓音都比较大。

电抗器的运行也会存在一定的故障，例如瓦斯继电器误动、穿缆引线绝缘磨伤、芯块接地片松脱及铁芯限位装置放电等都是长期振动造成的后果。所以，亭子口电站在设计阶段就根据电站实际运行情况，合理配置参数，使得各方面的损坏尽可能达到最小。

亭子口电站的高抗投运后，经常处于高电压状态，因此运行温度较高(亭子口电站电抗器常规情况下，油温60℃～70℃、绕组温度65℃～75℃，在夏季环境温度较高，油温和绕组温度会有所提升)，线圈绝缘和绝缘油容易老化，在运行中可能发生线圈绝缘对地击穿故障、匝间绝缘短路故障。

高抗在运行中会产生一定的工频电场与磁场，伴随着高抗的长期运行，设备同样会发生老化现象、损伤以及可能受到环境污染，致使周边的电磁场水平有一定程度的增加。所以，高抗布置在较为偏僻的位置，需与人的正常活动范围保持安全距离。

4 结语

在亭子口电站侧加装高压电抗器，可以较好地改善系统无功过剩情况下在电压过高和发电机频繁进相运行的问题，减少发电机长期欠励运行对机组使用寿命的损失。由于存在一定程度的振动，需要根据其组成部分，定期对电抗器整体、套管、压力释放阀、吸湿器、瓦斯继电器、各控制箱、绝缘油等进行针对性检查巡视。