东明、三堡500kV高抗冷却方式改进措施浅析

摘要：近年来，我国500千伏长距离输电线路不断增加，由外资参建的阳城电厂和国内集资建设的阳城电厂500千伏进出工程是“九五”期间国家重点建设项目，是贯彻国家由能源基地向负荷中心送电，在煤炭产地发展坑口电站，变输煤为输电输煤并重方针的重点建设工程。

关键词：高抗冷却方式 改进措施 存在问题

近年来，我国500千伏长距离输电线路不断增加，由外资参建的阳城电厂和国内集资建设的阳城电厂500千伏进出工程是“九五”期间国家重点建设项目，是贯彻国家由能源基地向负荷中心送电，在煤炭产地发展坑口电站，变输煤为输电输煤并重方针的重点建设工程。500千伏阳城电厂送出工程，从阳城电厂以“专厂、专线、专供”方式送电到江苏。阳城电厂一期工程建设规模为6×350兆瓦，扣除厂用电外，输送容量为1950兆瓦。在研究该厂远景适应能力时考虑有扩建2x 600兆瓦的可能，远景输送容量为3050兆瓦。受端落点为江苏淮安地区，输送距离长达700余公里。

为了增加输电线路的输送能力，提高系统的暂态稳定极限，解决弱连接系统因输送功率大而引起的低频振荡，改善并联线路之间的负荷分配以降低线路的损耗。这条超高压大容量长距离交流输电系统中在三堡站的东三ⅠⅡ线安装了串联电容补偿装置，补偿了在输电线路上部份无功损耗，同时也可改善电网受端电压质量。

为了补偿高压输电线 路的电容和吸收其无功功率，防止电网轻负荷时因容性功率过多引起的电压升高。在线路两端安装了并联电抗器。

电抗器的作用并联电抗器是超高压电网中普遍采用的重要电气设备之一。它在电网中的作用主要有以下四点：

1、降低工频电压升高

超高压输电线路一般距离较长，从二、三百公里至数百公里。同时，由于采用了分裂导线，所以线路的电容很大，每条线路的充电容性功率可达二三十万千乏；大量容性功率通过系统感性元件(发电机、变压器和输电线路)时，末端电压将要升高，即所谓“容 升”现象。在系统小运行方式时，这种现象尤为严重。在长线路首末端装设并联电抗器，可补偿线路上的电容电流，削弱这种容升效应，从而限制工频电压的升高．例如：某500kV线路，长度为250Km，若无并联电抗器时， 空载时线路末端电压为首端电压的1，41倍。电网是不容许在这样高的电压下运行的，并联电抗器的接人能抑制超高压线路的工频电压升高，而补偿的效果取决于电抗器相对线路充电无功功率的容量；并联电抗器的容量QL对空载长线电容无功功率的比值QL／Qc称为补偿度。通常，补偿度选在40％左右，东明站、三堡站选用的并联电抗器的容量为40MVAR。

2．降低操作过电压

操作过电压常常是在工频电压升高的基础上出现的，如甩负荷；切除接地故障和重合闸等。所以，工频电压升高的程度直接影响操作过电压的幅值。因此，加装电抗器后，由于工频电压的升高得到了限制，操作过电压也随之降低。

3．避免发电机带长线出现的自励磁

线路终端甩负荷、计划性合闸和并网等情况，都将形成较长时间的发电机带空载长线的运行方式，计划性合闸是容性阻抗，因而可能导致发电机的自励磁。

自励磁引起的工频电压升高可能达到额定电压的1.5－2.0倍，甚至更高，它不仅使得并网时的合闸操作(包括零点升压)成为不可能，而且其持续发展也将严重威胁网络中电气设备的安全运行，这是不容许的。并联电抗器能大量补偿容性无功功率，从而破坏了发电机自励磁条件。

4．有利于单相自动重合闸

为提高运行可靠性，超高压电向中常采用单相自动重合闸，即当线路发生单相接地故障时，立即断开该相线路，待故障处电弧熄灭后再重合该相。但由于输电线路存在线间电容和电感，故障相断开短路电流后；非故障相将经这些电容和互感向故障相继续提供电弧电流，即所谓“潜供电流”，使电弧难于熄灭．如果线路上有并联电抗器，其中性点经小电抗器接地(小电抗器容量小而感抗值高)，就可以限制或消除单相接地电弧的潜供电流，使电弧熄灭，重合闸成功。

高抗运行中存在的问题

500千伏阳城电厂送出工程中的东明站两组日本富士高抗和三组西安变压器厂高抗，三堡站采用的两组日本富士高抗和三组西安变压器厂高抗（型号BKD-40000/500），在几年运行中，存在的问题有日本富士高抗乙炔值较高、西安变压器厂高抗高压套管渗水绝缘降低，部分部件渗油缺陷。西安变压器厂高抗在夏季油温超标，告警信号不断发出，是威胁安全生产的重要问题。

并联电抗器的损耗是表征其质量优劣的一个重要指标，它有线圈损耗、铁芯损耗和杂散损耗三部分组成。线圈损耗包括线圈的电阻损耗、涡流损耗，并联导线中电流分布不均匀产生的损耗；铁芯损耗包括铁芯损耗、铁芯附加损耗和磁分路损耗；杂散损耗包括引线损耗、油箱损耗、油箱及金属构件中的损耗。其中，线圈损耗约占6％以上，杂散损耗约占25％以上，铁芯损耗约占10％以上。

超高压大容量充油电抗器的外形与变压器相似，但内部结构不同；变压器的绕组有一次绕组和二次绕组，铁芯磁路中设有气隙，而电抗器只是一个磁路带气隙的电感线圈。由于系统运行的需要，要求电抗器的电抗值在一定范围内恒定，即电压与电流的关系是线性的；所以并联电抗器的铁芯磁路中必须带有气隙。并联电抗器的电抗值x可用下式表示，

x＝ωNSμoμf／L，

ω—电源角频率

N—线圈匝数

S—铁芯截面积

μ0—真空磁导率

μf—矽钢片及气隙的综合磁导率

L—磁路的平均长度

不难看出，要使电抗器的电抗值恒定，必须控制磁通密度不超过一定范围，才能使所不随电压变化。铁芯上带有气隙后，增大了磁路的磁阻，限制磁饱和，使μr趋于稳定，从而使电抗值X在一定范围内稳定。

为满足站用系统的需要，日本富士高抗采用了二次抽能线圈供站用系统电能。

并联电抗器的结构型式与选择

对于500kY及以上电压等级的并联电抗器，由于相间绝缘问题，大多数采用单相结构。

目前高电压大容量并联电抗器只采用芯式结构。芯式电抗器。芯式电抗器具有带多个气隙的铁芯，外套线圈。气隙一般由不导磁的砚石组成．由于其铁芯磁密高固此材料消耗少、结构紧凑，自振频率高；存在低频共震可能性较少，主要缺点是加工复杂，技术要求高，振动和噪声较大。

东明站、三堡站500kV并联电抗器（日本富士高抗和西安变压器厂高抗），都采用油浸自冷式，散热器属板式散热器。散热器与周围空气热交换主要是对流换热，辐射传热则较为微弱。

由于高抗内部油温的不同，油的密度也不同，密度差产生重位差。使高抗上部温度较高的油经上部汇集管分流至散热片，经板式散热器降温向下流动，经下部汇集管回流至高抗内部，吸收热量后上升，从而形成自然循环。由于是自然循环，散热器的散热效果与环境温度、空气流动速度及方向、散热器的布置有密切关系。富士高抗和西安高抗内部绕组产生热量，都是通过自然循环方式进入散热器。

散热器的散热效果与内部油流和外部空气的相对流动方式有关。散热器内部油流是自上而下流动的，周围空气吸热后向上流动，形成一种逆向流动的传热方式。在无风天气，主要是逆向流动；有风天气，由于空气的横向流动，会产生横向流动的传热方式，既有横向流动方式又有逆向流动，形成一种叉流的传热方式，散热效果与空气的流动速度密切相关。电抗器日常运行中，基本上处于叉流的传热方式。考虑两种高抗内部各种损耗产生的温度的差别外，日本富士高抗和三组西安变压器厂高抗自然循环冷却散热器的安装位置对冷却的效率的高低起作很大作用。富士高抗和西安高抗散热器结构上基本相同，只是布置不同，同样的的环境条件下，进入散热器的空气的流动速度是不一样的，散热效果就会有加大差别。

如图1～4所示，日本高抗散热器平行防火隔离墙，西安高抗散热器垂直防火隔离墙。在无风天气，日本高抗和西安高抗散热器的安装位置与散热无关；有风天气，进入散热器的空气的流动速度差别较大，空气流速越大对流换热效果越好。日本高抗散热器平行防火隔离墙，有助于空气的流通，产生一种类似与喷嘴效应，可以提高流经散热器的空气平均流速，对流换热效果好；而西安高抗散热器垂直防火隔离墙，减小了通流面积，阻碍了流经散热器的空气平均流速，对流换热效果相对较差。考虑两种高抗内部各种损耗产生的温度的差别外，富士高抗和西安高抗散热器的安装位置对冷却的效率的高低起较大的作用，通过高抗温度统计表明显看出差别。例如，在环境温度36℃、自然风约4级的条件下，富士高抗油温67℃、绕组温度81℃。

西安高抗油温75℃、绕组温度82℃。富士高抗绕组与油温温差大约为12～14℃，西安高抗绕组与油温温差大约为7～10℃。

运行中的电抗器上层油温不宜超过85 OC，西安高抗在每年的七、八月份曾经多次出现绕组温度高告警情况，绕组温度超过95℃（告警值），有时甚至到100℃左右。西安变压器厂高抗绕组温度，夏季最高温度可达100℃左右，冬季最低温度45℃左右。虽然绕组温度表指示可能有所偏差，但高抗长期长期在高温下运行，对安全生产及设备使用寿命都有极大影响。为此两站都采取了外置强迫风冷风扇，每相高抗采用两台功率为W 的风扇对高抗散热器进行强迫风冷,取得较好的效果，三堡站采取风扇平行于散热器进行冷却，东明站采取风扇垂直于散热器进行冷却。理论分析，在外界环境温度一定的条件下，以逆流效果最好，横流次子，顺流最差。采取风扇垂直于散热器由底向上吹，属于逆流，换热效果最好。采取风扇平行于散热器，属于横流，换热效果次于逆流。东明站高抗温度降低约5℃，三堡站高抗温度降低约 7 ℃。

散热器的散热效果与冷却介质有关。根据对流换热的计算公式Q=FαΔt ，在换热面积F和温差Δt不变的情况下，水的导热系数是空气的20多倍，水的放热系数α远比空气高。因此，用水冷却效果远比空气效果好。2001年8月，阳东Ⅰ线高抗绕组温度达102℃，临时用水冷却喷林散热器效果很好，绕组温度降到90℃。

几点建议：

1、每年的六至九月份，西安高抗绕组温度大部分时间运行在84～90℃之间，遇及潮湿、无风的天气，绕组温度可能超过告警值，建议有类似情况厂站，在高抗每组群安装一台非固定是轴流风机，温度较高地区每组群可安装2台。

2、建议高抗制造厂家，设计修改为散热器平行防火隔离墙布置。

3、在偶尔会遇到高抗温度高的使用单位，可采取临时采用水冷却喷林散热器的方法。

降温后经济效果分析，提高设备安全运行水平，减少对社会影响。6度法延长使用寿命年，可节约成本元，可多送电量度。