并联电抗器在电网中的作用及应用

并联电抗器在电网中的作用及应用

随着我国电力工业的速发展，大电网互联已成为必然的趋势，同时，负荷的大幅度增长，在大电网中安装-定数量的感性无功补偿装置就变得尤为重要，其目的主要是补偿容性充电功率，在轻负荷时吸收无功功率、控制无功潮流、稳定网络的运行电压，从而降低系统损耗、提高系统供电效率，进一步改善电压质量，维持输电系统的电压稳定。

电抗器作为无功补偿手段，在提高电力系统稳定性、发送电网运行的安全性，提高电网运行的经济性等方面发挥着越来越重要的作用。

无功补偿是保证电压合格的重要因素，无功补偿又为容性补偿和感性补偿，缺容性无功，电压偏低，缺感性无功，则会出现电压偏高。电力系统的容性无功补偿，从高压到低压，从变电所的集中补偿到用户的分散就地补偿，以及设备制造、运行管理、科研标准化工作，已有全面提高。感性无功补偿是随超高压电网的建立而发展起来的。因此，感性无功补偿起步稍晚一些，在工程应用上，不少技术问题有待进行研究，标准化工作开展得不多。

1感性无功补偿的发展和作用

20世纪70年代中国开始建立超高压电网，超高压输电线路中有大量的容性充电功率，如500 kV线路每百公里充电功率达11～115 MVA。充电功率起因于架空输电线路的分布电容，所以，它是容性的。容性充电功率的存在，使电力系统产生诸多问题，必须进行感性无功补偿，即吸收充电功率，从而需要在电网中装设并联电抗器。中国并联抗器主要装设在四个电压等级上：35 kV、66 kV、330 kV和500 kV，装设于330 kV和500 kV的并联电抗器，通常叫高抗;而装设于变电所主变压器低压侧35 kV和66 kV侧的电抗器，又通常叫低抗。从以下几个数据中可以看出并联电抗器的发展速度是很快的：据全国统计1989年5 070MVA，1990年5 460 MVA，1993年7 730 MVA，1997年12 790 MVA，1998年已达19 000 MVA，现在已超过20 000 MVA。但是，感性无功仍然不足。按部颁标准《电力系统电压和无功电力技术导则》要求，高低压并联电抗器的装设容量，要达到线路充电功率的90%。感性无功补偿不足，致使电网电压偏高是有先例的，1995年东北电网的局部地区，500 kV的最高电压达到556 kV，220 kV的最高电压为257 kV，显然已经超过了设备的最高电压550 kV和252 kV，尽管只是短时，但对电气设备的安全运行仍是不利的。必须进行感性补偿，吸收充电功率，降低工频电压。感性无功补偿原则也是分层就地平衡，在变电所装设高、低压并联电抗器，以达到对电压的控制，保证电压质量，提高电网运行的稳定性和经济性。

2感性补偿的一些技术问题

感性补偿是利用高、低压电抗器进行的补偿。当然，调相机也可以进相运行，吸收充电功率，但调相机虽有优点（既可以发出感性无功，也可发出容性无功，可以进行无级调节），但也有缺点（旋转机械，结构复杂，噪音大、损耗大、运行维护麻烦、需要的运行和检修人员多），所以，很长时间以来都没有再上调相机，以前装设的调相机也在逐步退出运行，如1990年全国有调相机475 MVA，到1998年仅剩不到300 MVA。电抗器和电容器一样，运行条件非常苛刻，一旦带电即满载运行，这就不像变压器，可以由空载、轻载，逐步过渡到满载。而且，电抗器全年的投运时间很长，据统计，500 kV变电所里的高抗，年投运率达8 000 h以上，装在主变三次侧的低抗，年投运率也接近8 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，有不少值得研究的问题，现分述如下：

1）高抗都是油浸铁心式结构，像变压器，它们都有铁心、线圈、绝缘油、油箱、瓷套管以及散热器等。但电抗器与变压器工作原理不同，结构上的区别在于磁路，电抗器的铁心有气隙、磁阻大。电抗器制造的最大技术难点在于对漏磁通的处理。前几年，电抗器运行中经常出现漏磁通在部件中感应产生涡流，引起局部过热，绝缘油分解劣化，含气量增加，部件被烧坏事故时有发生;有的高抗振动和噪音过大，甚至到无法投运的地步。为了研讨相关技术问题，由无功补偿装置分委员会组织，1998年在无锡召开了电抗器运行技术交流会，与会代表提供的会议交流资料，有很多高抗事故例子，故障设备有中国早期产品、也有进口产品，信息不断地反馈到制造厂，国内外厂家根据事故分析，研究出了解决问题的各种措施，从西变厂近期的产品看，质量已经提高。

2）高抗中性点通常经小电抗接地，为了不给高频信号提供入地通路，高抗通常接在变电所的母线侧。要达到这种连接方式，有时在布置上比较困难，甚至会多占地。在阻波器前后如果都可以接电抗器，则布置上就比较方便，特别是扩建时装电抗器，预留场地较方便。把电抗器接在阻波器前，关键在于高频信号衰减后是否能满足载波通信和继电保护的要求。有的工程经计算认为可以满足要求，在哪种情况下不能满足要求，还应给出一个定量的数值范围;这种连接方式，可以使配电装置的间隔长度缩短，达到节约用地的目的。

3）电抗器的额定电压和损耗是两个非常重要的参数，既关系到设备的安全运行和经济性，也涉及到设备价格。电抗器的输出容量与运行电压的平方成正比，当电抗器的实际运行电压与设备额定电压接近时，则电抗器输出达到额定容量。电网的无功平衡就是按实际工作电压下的输出容量来考虑的。如出于保守、追求安全，把设备的额定电压定高了，就会出现容量亏损，不能充分发挥有效出力，这样不经济。相反，如把额定电压定得偏低，忽视了电抗器可能会在最高电压下连续运行，又会出现电抗器过电压，它的损耗、温升都会增加，这样不安全。因此，确定电抗器的额定电压与电容器的额定电压是同一性质的问题。对电抗器的总损耗，既不能太小，也不能太大，损耗值的确定直接关系到电抗器制造的原材料用量，影响设备价格，同时，损耗大小又影响电抗器的年运行费用。因此，应该按照中国现阶段电价和电抗器制造价格，进行综合计算分析，选择合理的总损耗值适用范围，供工程设计时选用。

4）中国电网中运行的低抗有两种产品：干式空心和油浸铁心式。从运行情况看，油浸铁心式事故相对少一些。干式空心电抗器运行几年后，由于污秽引起电抗器表面龟裂，出现树枝状放电，内部出现匝间短路，空心电抗器烧坏事故在东北、华北、华东、中南、西南地区均有发生。1996年原电力部国调中心转发的电力电容器标委会调查文件“关于并联电容器运行情况通报”，专门提到电抗器的选型问题，认为选油抗或是选干抗值得探讨。1994年东北地区提出，66 kV暂不采用干式空心电抗器。针对这些事故，国内外厂家都对自己的产品进行了改进：加装防护顶帽、加强匝间绝缘、提高绝缘等级、均衡磁路，以及表面使用特殊RTV涂料等。与此同时，运行单位加强维护，定期冲洗表面污秽。制造厂家正在研究对运行中的空心电抗器进行温升监测，防止过热事故发生。

5）干式空心电抗器，线性好、不饱和、无油、噪音低，这些优点使其在电网中应用较普遍。但是，空心电抗器四周存在着强磁场，电抗器表面出现的爬电现象与此有关，电压愈高、影响愈大。处于电抗器四周磁场中的金属部件，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，要规定一个防磁范围，在此范围之内，不能使用铁磁性金属部件，因此，电抗器下面的支撑件和支柱绝缘子的金属部件，要采用无磁性金属材料。为了减少涡流，设备安装上也要作些特殊要求，如：电抗器连接到其他设备的导线，采用铝母线时，要立式安装，不宜平放，所有组件的连接螺栓，均采用不锈钢材料。

空心电抗器低式布置落地安装时，为保证人员安全，须在其四周设备围栏，如果设置的是金属围栏，则应满足防磁范围要求。即使这样金属围栏中仍有涡流产生，而且数值很大。东北地区有人作过测量，用钳形电流表在围栏的铁丝网上测感应电流，10 kV并联电抗器达到60 A，66 kV并联电抗器则高达140 A。有的工程已注意到这个问题，用塑料围栏取代金属围栏。空心电抗器的混凝土基础中一般不加钢筋，如有钢筋，则钢筋接点要采用绝缘材料隔离，使之不能形成闭合回路。如果空心电抗器采用高式布置、支撑安装，其支柱不能采用钢筋混凝土圆杆，须用特殊材料的支柱或混凝土平台。华东地区进口的空心电抗器，厂家配套供货玻璃钢支柱。空心电抗器下方的地网，工程中的作法是：地网开环，交叉点隔离，或者除掉下方局部地网。由此可见，由于空心电抗器的自身特点、工程中安装设计花样很多，这些作法需要给予总结，纳入设计标准供大家共同遵循。

6）35 kV空心电抗器，当采用双星形接线时，可以装设中性点不平衡保护，防止线圈匝间故障。但是，每一个单相电抗器，都要并联绕制两个线圈，对两个线圈的制造精度要求很高，有的产品就增加一个调平衡的附加线圈，反而使结构复杂化。运行情况表明，双星形接线的电抗器，仍然有短路烧坏事故发生。究其原因，匝间绝缘击穿事故是制造质量有问题，因为，电抗器运行对匝间承受的电压是较低的，仅几百伏，而匝间绝缘的试验电压为3 kV，正常情况，通过试验的产品，应该在运行中不出问题。采用单星形接线，对空心电抗器的制造和安装布置都比较简单，近期很多工程在采用单星形接线，把线圈绝缘等级由B级提高到F级，这个问题需根据工程实践作进一步总结。

7）低抗回路设备配置和连接，工程中有多种形式：断路器有的接母线侧，有的接中性点侧;抑制操作过电压的金属氧化物避雷器，有的装设，有的又没有装设;电抗器被切除时断路器有截流现象，电抗器储存的能量，在通过电抗器入口等值电容泄放时，会因L-C回路效应而产生振荡，电抗器端部将产生过电压，由于不同型式的断路器开断性能有区别，产生的过电压不一样。如真空断路器的操作过电压高，SF6断路器的操作过电压低。所以，工程中凡采用真空断路器的均装设了避雷器，而采用SF6断路器的多数未装设避雷器。SF6断路器开断短路电流的能力强，通常装在母线侧，真空断路器开断能力低，一般装在中性点侧或装在具有限流能力的电抗器后，当然，限流电抗器的电抗值应计入回路的总电抗值中。

8）其他相关问题

①高抗中性点小电抗，产品型式绝大多数为油抗，但也有例外，个别的用了空心电抗器。小电抗的额定电流值，绝大多数采用30 A，但也有采用20 A的，其对应的额定短时最大电流为300 A和200 A。小电抗的阻抗抽头多数用5%，少数用10%。

②35 kV并联电抗器回路的电流互感器设置有用两相的，也有用三相的，从继电保护的灵敏度看，两相式低于三相式，但两相式同样可以满足要求，减少了设备，节省了投资，特别是对油浸式铁心电抗器，用的是套管电流互感器，如三相都装电流互感器，制造困难。

③高抗中性点绝缘水平和中性点避雷器额定电压，以前采用180 kV或170 kV，现在已降到了110 kV甚至还可以降到72.5 kV，这对设备制造有好处，同时可以降低设备费用。

总之，并联电抗器的应用问题可以归结为两个方面：一是设备在运行中出现的各种故障和事故，应由生产制造部门研究解决;二是工程安装设计问题，应通过总结实践经验以及科研标准化工作来解决。