并联电抗器在电力系统中的设计应用

摘 要 通过对高压输电线路无功功率的分析，从理论论述和设计方案方面提出技术措施，解决了系统电压稳定及经济运行方面存在的问题，为今后同类系统设计提供了技术参考。

关键词 高压输电线路；无功功率；并联电抗器

中图分类号：TM769 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）10-0195-01

1 概述

我们将无功补偿分为感性补偿和容性补偿两大类，当缺乏容性无功时，电压就会出现偏低的情况；当缺乏感性无功时，电压则会出现偏高的情况。目前在电力系统当中，其容性的无功补偿，从高压到低压以及设备的改造制作、电力系统的运行管理中、设计标准化工作方面都已经非常的成熟和完备。

2 感性无功补偿的发展和应用

根据电力系统电压和无功电力技术的相关要求，一般330 kV～500 kV的电网，应该按照无功电力分层就地平衡的要求配置高、低压并联电抗器，以此来补偿超高压线路的充电功率。在电力系统中，一般的高低压并联电抗器总容量不宜低于线路充电功率的90%，而电力系统中的电压稳定这一系列问题与电力系统的无功率是紧密相关的，其中导致电力系统电压失去稳定性的一个关键原因就是无功功率不足，另外，电网之中的无功潮流流动将会对线路以及变压器等输电设备造成损耗，进而会影响到电力系统的正常运行，所以我们应优化改进无功功率，这样可以在一定程度上提高电力系统运行带来的经济性，而且还能够提高输电的综合效率。通常，高压输电线路在夏季时由于用电负荷较低，线路分布电容无法被感性负载完全吸收，造成线路运行无功含量大，导致系统运行效率低，功率因数偏低。根据国家电网公司规定：用户每月除按耗电额度收费外，还会根据用户的功率因数情况进行电费调整，功率因数低于0.9时，增收费用，功率因数高于0.9时，减收费用。所以，为解决无功功率不合理流动及线路上的功率损失问题，在高压输电线路关口变中加装高压电抗器补偿感性无功，提高线路功率因数，以达到经济运行的目的。

3 采用并联电抗器进行无功补偿的相关技术问题

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，而且所运行的时间还较长，根据资料显示，500 kV变电所中的高抗的年投运率一般都会达到8000小时以上，就算是装在主变三次侧的低抗的年投运率也会达到7500小时以上。因此，高、低压电抗器在设备的制作、参数的确定、布置以及安装等方面还是会出现许多的问题，这些问题都需要我们进行分析研究。

3.1 设计推荐选型

干式空芯电抗器。这种电抗器重量较轻，运输和安装方面非常方便，而且噪音很低，无渗油问题，维护方便和无铁芯饱和，所以目前比较受运行部门的青睐，但是如果与油浸铁芯式相比较的话，会发现其存在一些缺点：1）干式空芯电抗器受绝缘结构和材料的双重限制，使得其绝缘强度和耐受电压远远不如油浸铁芯式电抗器，据资料显示，油浸铁芯式电抗器的额定电压可达到800 kV，但是反观干式空芯电压，仅仅达到35 kV，二者相差甚远；2）干式空芯电抗器在工作时是靠空气的自然冷却来进行散热的，所以散热条件较差，而且一旦长时间接触阳光或者处于高温的环境下，其绝缘的部位很容易老化，会缩短使用的寿命。而油浸铁芯式电抗器具有较好的冷却效果，而且不受外部因素的影响，绝缘的寿命也是干式空芯电抗器的2倍以上。因此油浸铁芯式电抗器要比干式空芯电抗器经济；3）干式空芯电抗器是没有铁芯进行导磁的，因此其损耗将会远远大于油浸铁芯电抗器，而且干式空芯电抗器需要较大的安装场地来满足因电磁感应而附加产生的损耗和发热。油浸铁芯式就具有较好的导磁铁芯和漏电屏蔽，因此损耗很低，其安装场地也很小；4）随着绝缘材料价格的影响，使得即使容量相同的产品，干式空芯电抗器的绝缘材料价格要比油浸铁芯电抗器的价格高出20%以上。

3.2 设计中布置安装的注意事项

空芯电抗器因其四周存在着较强的磁场，而且处于电抗器中的金属部件会产生涡流，从而造成金属部件出现发热现象，如果出现情况较轻时有可能会造成电解损耗，但是一旦情况严重，就会造成重大的事故，因此我们要对电力系统中规定在一定的范围内不可以使用铁磁性金属部件。在电抗器下面添加绝缘的部件，最好是采用无磁性的金属材料。而为了减少涡流，我们也可以在设备的安装上做一些较为特殊的要求，比如在电抗器连接到其他的设备导线时，如果是用铝母线，就要立式安装，不适宜平放，而且所有的组件都要采用不锈钢的材料进行连接。此外，空芯电抗器在进行低式落地布置安装时，为了保证工作人员的人身安全，要在工作人员工作四周设置一些围栏来保证人员的安全。如果采用金属围栏，必须满足防磁范围要求。有些工程为了更好的解决工作人员的安全问题，目前已经采用塑料或者玻璃钢围栏来取代金属围栏。

3.3 接线方式选择

理论上讲，并联电抗器装设地点设在线路的哪一方都可以，但要根据工程实际情况考虑所选并联电抗器电压等级高低、新建工程是否需要补偿，工程扩建时是否有安装地方，控制操作是否方便灵活等各方面因素后再确定。

对大电力系统，补偿容量大，电压高，可集中安装在区域性枢纽变电所高压侧，采用户外安装方式，因投切次数少，在满足开断容量条件下可采用隔离开关和油开关操作。小电力系统的补偿容量小，电压等级低，可户外分散安装。为了运行、调整投切灵活力便，可采用真空断路器开关柜。

3.4 保护及控制部分技术要求

1）装设瓦斯保护。当并联电抗器内部由于短路等原因产生大量瓦斯时，应及时动作并跳闸。当产生轻微瓦斯或油面下降时，应及时发出信号。瓦斯保护流速整定值的选择，主要取决于并联电抗器容量、冷却方式及导油管直径。目前国内尚无统一标准，均采用经验数据进行整定；2）装设差动保护或电流速断保护。大容量并联电抗器装设差动保护，小容量若灵敏度满足要求时可装设电流速断保护，以防御并联电抗器内部及其引出线的相间和单相接他短路。在可能出现的最大不平衡电流下，保护装置不应该误动作。并联电抗器装设过电流保护作为差动保护的后备，保护装置带时限动作于跳闸；3）装设过负荷保护，以防御电源电压升高和引起并联电抗器的过负荷。保护装置带时限动作后作用于信号。

4 结论

对于高压输电线路无功功率的补偿，既有利于提高系统的电能质量，又可为用户节约大量的电费支出。因此，在变电站设计中，要充分考虑无功功率对系统的影响，通过合理的补偿措施提高系统的安全经济运行水平。

参考文献

[1]张武军，何奔腾，沈冰.特高压带并联电抗器线路的行波差动保护[J].中国电机工程学报，2007（10）.