并聯電抗器在超高壓輕載電網中的應用

余恒杰 宋 陽

（樂山電業局，四川 樂山 614000）

隨著我國電力系統的快速發展，電壓等級逐步提高、輸送距離越來越長[1]，因此輸電線路對電網的充電效應愈加明顯[2]。當負荷投切較大、末端輕載時，電網中的無功過剩將致使輸電線路末端電壓過高，影響了用戶端電能質量和電網穩定[3]。某500kV電力線路，末端電壓受用戶側影響，電壓波動較大，需要安裝一定數量的感性設備來消耗過多的無功功率。在眾多設備中，高壓電抗器能夠穩定運行電壓、限制潛供電流、提高重合閘成功率，消除發電機的自勵磁，是常用的調壓手段。

1 高壓輕載電網末端電壓升高的原理分析

對于100km以下的架空線路，可以省略線路對地導納，即忽略對地電容的充電效應。對于100km以下的電纜線路和100～300km的架空線路，不能忽略充電效應，而采取π型等值電路，如圖1所示。

圖1 π型等值電路

當電纜線路超過100km，架空線路超過300km時，必須考慮線路的分布參數特性，采用均勻分布參數等值電路，如圖2所示。

圖2 均勻分布參數等值電路

由圖1、圖2可知，輸電線路既存在吸收無功功率的串聯電抗，又存在發出無功功率的并聯電納。

串聯電抗中的無功損耗ΔQL與負荷電流I的平方成正比，該無功功率呈感性，計算公式如下

并聯電納中的無功功率損耗ΔQB與電力線路電壓U的平方成正比，該無功功率呈容性，計算公式如下

由式（2）可知，該無功功率從地面流向系統，對輸電線路中流過的無功有補充作用，故而又稱為充電功率。

所以，一條線路消耗的無功功率為

簡化計算時，式（3）可寫為

由式（4）可知，如果輸電線路消耗的無功功率為正值，則輸電線路自系統吸收無功；如果輸電線路消耗的無功功率為負值，則輸電線路向系統輸送無功。顯然，輸電線路消耗的無功功率取決于輸電線路傳輸的功率和輸電電壓等級。

然而，隨著電網的不斷擴大、增容，以及負荷的不確定性逐漸升高，大電網就會出現某段時間內的情況。也就是說，當系統末端負荷減少，其輸送功率遠遠低于線路的自然功率時，過多的充電功率將超過無功需求，造成系統無功過剩、電壓升高。一旦電壓偏移超過允許范圍，就會影響用戶端用電設備的壽命和效率，降低生產產品的質量和數量，同時，損害電網內各種電氣設備的絕緣，在超高壓網絡中還將增加電暈損耗等等，甚至引起電壓失穩，威脅電網電壓穩定。

2 高壓電抗器的結構及應用狀況

高壓電抗器根據其構成原理的不同，基本可以劃分為鐵心式電抗器和空心式電抗器。

2.1 鐵心式電抗器

我國生產的鐵心式電抗器結構見圖1，其鐵心由若干個鐵心餅疊置而成。

鐵心餅由硅鋼片疊成，疊片方式有平行疊片、漸開線狀疊片、輻射狀疊片[4]。平行疊片式結構簡單，適用于較小容量的電抗器；漸開線狀疊片式中間有一個內孔，外圓與內孔直徑之比約為4:1至5:1，適用于中等容量的電抗器；輻射狀疊片式硅鋼片由中心孔向外輻射排列，適用于大容量電抗器。

圖3 鐵心電抗器的鐵心結構

鐵心餅之間用絕緣板（或紙板、酚醛紙板、環氧玻璃布板）隔開，形成間隙；其鐵軛結構與變壓器相同，鐵心餅與鐵軛由壓縮裝置通過螺桿拉緊，形成一個整體，鐵軛和所有的鐵心餅均應接地。

2.2 空心式電抗器

空心式電抗器就是一個電感線圈，它的特點是直徑大、高度低、對地電容小、線圈內串聯電容較大、沖擊電壓的初始電位分布良好，即使采用連續式線圈也十分安全。空心式電抗器在安裝時，緊固方式有兩種[4]：一是采用水泥澆鑄，故又稱為水泥電抗器；另一種是采用環氧樹脂板固定或采用環氧樹脂澆鑄。

水泥電抗器一般用鋁電纜繞制，電纜絕緣為0.72mm的電纜紙，外面再繞包棉紗編織帶或玻璃布帶作護套，在金屬模具中繞制成型后，再澆水泥，待水泥硬化后，進行真空干燥處理，以除去混凝土及電纜外包絕緣中的水分，最后浸防潮絕緣漆。

用環氧樹脂板固定的空心式電抗器散熱性能較好，但其固定元件會因導線的電磁振動而松脫，為了克服上述缺點，可用環氧樹脂澆鑄，這樣增加了機械強度，但散熱能力變差。

因為容量增大時，氣隙長度要增加，所以實際應用中，鐵心式常用于中小型電抗器，空心式常用于大容量電抗器。

3 問題解決

本文以某電網為例，考慮實際需要，在其中超高壓輕載線路上并聯了高壓電抗器，該線路額定電壓500kV，長度200km，采用均勻分布參數等值電路，部分實際參數值如圖4所示。

圖4 某電網500kV線路等值電路

線路特征阻抗ZC==266.2Ω，相位系數α=ω=12?。未并聯電抗器前，線路末端電壓升高比為=1.29，線路末端超過額定電壓的10%，需要被調節。并聯電抗值為1837Ω的油浸式電抗器后，線路末端電壓升高比為=1.06，調節成功。

4 結論

1）500kV超高壓線路負荷端變動較大時，如果負荷切除過多，將引起電網末端電壓異常升高，威脅電網和用電設備安全，容易造成重大損失。

2）并聯電抗器在實際應用中能有效抑制超高壓輕載線路末端電壓升高，是一種有效的電壓調節方法。

[1]徐琳等.電力系統節點電壓穩定指標的研究[J].電網技術,2010,34(3):26-30.

[2]顧偉,蔣平,唐國慶.SVC控制引起的電壓振蕩失穩研究[J].中國電力,2005,38(8):19-23.

[3]許云飛等.機組跳閘對電網頻率級電壓穩定性的影響[J].內蒙古電力技術,2009,27(6):13-15.

[4]趙淑云.高壓電網中并聯電抗器的應用[J].云南電力技術,2010,38(3):53-54.