并聯電抗器在特高壓電網中的應用及發展

摘要：詳細介紹了特高壓線路容升效應和潛供電流的形成原理，敘述了國內普遍采用高壓并聯電抗器抑制容升效應，并通過應用高壓并聯電抗器中性點連接小電抗的方式，降低潛供電流對特高壓線路造成的影響。從發展的角度敘述可控并聯電抗器在特高壓系統的廣闊前景。

關鍵詞：特高壓；容升效應；潛供電流；可控并聯電抗器

我國電力系統正向遠距離、大容量、特高壓的方向發展。通過建設具有高強度的特高壓電網能源傳送框架，使得清潔的電力能源能夠從我國西部和北部地區大規模傳輸運送到中東部地區的應用環境之中，將電力能源跨流域、跨地區的遠程大規模傳輸的構建設想付諸現實，在協調社會能源分配比例的同時，將西部的能源儲備轉換為經濟發展的優勢，提升國家電力能源優化配置的效率[1]。一整套的先進特高壓設備是建立特高壓電網系統的前提，而特高壓并聯電抗器作為重要的組成部分之一，其容量要比超高壓系統中的并聯電抗器大得多。并聯電抗器主要用以補償線路容性無功，抑制操作過電壓；在配置中性點小電抗的情況下抑制潛供電流，以提高單相重合閘的成功率。

1 容升效應

特高壓輸電線路一般距離較長，能達到數百公里。技術上通常要求采用8分裂導線作為特高壓電力能源傳輸的線路原材料，這就導致線路網絡上的充電容性功率較大（幾百兆乏），過大的容性功率在通過網絡系統中的感性配件時，會導致線路末端產生較大的電壓。而這種線路末端電壓過高的現象，稱之為“容升”現象。

在遠距離電力傳送線路的首末段安裝并聯電抗器設備，能夠在補償特高壓線路中的電容電流的同時，盡可能限制工頻電壓數值的升高幅度，從而起到大大減少容升效應的目的。當特高壓系統發生切除接地故障、甩負荷或重合閘時，在工頻電壓升高的基礎上通常伴隨著操作過電壓的產生。也就說明了操作過電壓的幅值高低與工頻電壓的升高程度有著直接的關系。所以特高壓線路首末段加裝并聯電抗器后，可以大大限制工頻電壓的發展，也就導致了操作過電壓的幅值的降低。

2 潛供電流

在特高壓線路故障中，當特高壓線路出現單相接地的故障而瞬時斷開此相時，非故障相與故障相之間由于相間互感和相間電容的耦合作用，故障相會一直流過一定電量的接地電流，即所謂的潛供電流現象。該電流是以電弧的形式出現的，也稱潛供電弧。當潛供電弧瞬間熄滅后，同樣由于相間電容和互感的耦合作用，在弧隙出現恢復電壓。潛供電流和恢復電壓的存在增加了故障點熄弧的困難，加大了單相重合閘的失敗率，從而影響特高壓系統的穩定。

特高壓輸電線路90%以上的故障是單相瞬時接地故障，為提高供電的可靠性，單相重合閘方式得到了廣泛的應用[2]。為提高特高壓系統運行的可靠性，特高壓系統中常采用單相重合閘的連接方式。受到特高壓線路一般相距較遠，運行電壓高以及相間電容量較大的特點。一般情況下，如果在不采取補償措施的模式下，在一百公里特高壓運行線路中潛供電流可以達到七十安培左右，這就導致抑制更加困難[3]。這時如果在特高壓運行線路上裝設并聯電抗器，并且將其中性點通過一個小電抗器接地，由于中性點小電抗器容量小而感抗值高的特性，其不僅僅可以補償線路的對地及相間電容，特別是使相間電容接近全補償，可使相間阻抗接近無窮大，從而降低了潛供電流的電容分量；還可以通過增大對地阻抗，降低潛供電流的電感分量。就目前國內研究的普遍性線路的算例顯示， 只要在高壓線路首末段裝有配置中性點小電抗的并聯電抗器，就可以降低線路單相接地時產生的潛供電流[4]。此時如果線路發生單相接地故障，線路保護動作跳開故障相，而同時由于線路上帶中性點小電抗的并聯電抗器的存在，其可以限制甚至消除故障相的潛供電流、熄滅故障相的電弧，此時重合故障相，成功率可以大大提高。

3 發展

沿用超高壓并聯電抗器已有的制造經驗，特高壓并聯電抗器技術已由特變電工、西電等公司掌握，并在特高壓變電站內大量投運使用。然而當特高壓線路輸送功率較小時，并聯電抗器可以起到限制工頻過電壓的作用，但當輸送功率增加到自然功率時，并聯電抗器不僅會大大降低線路電壓，而且其無功電流會在電力系統中造成額外的有功損耗，降低了全網的經濟效益。

因此，有科研人員提出新型并聯電抗器的概念，其能做到快速反應且容量可調，即并聯電抗器能隨著線路傳輸功率的變化而自動平滑的調節自身的容量。與傳統并聯電抗器有著一定的區別，新型并聯電抗器憑借其容量可調的應用優勢，正常運行于小容量狀態。需要科研人員尤為注意的是，為更好的抑制潛供電流現象的產生，這種新型并聯電抗器的應用必須擁有能夠瞬時恢復到大容量甚至全容量狀態的響應能力[5]。這也是可控并聯電抗器研制的難點之一。

可控制新型并聯電抗器作為當代電力系統中新型柔性交流輸電系統裝置[6]，通過動態的能源補償方式，補償特高壓線路網絡中存在的容性無功功率。對原本電力系統遠距離傳輸線路中經常出現的“容升”現象，有著顯著的抑制作用。其既能夠降低操作過電壓、限制潛供電流，又能提高電壓穩定水平、降低輸電損耗。這種可控制新型并聯電抗器在特高壓系統中前景廣闊，期待其盡快應用于特高壓系統。

參考文獻：

[1]舒印彪.1000kV交流特高壓輸電技術的研究與應用[J].電網技術，2005，29（19）：T1T6.

[2]王皓，李永麗，李斌.750kV及特高壓輸電線路抑制潛供電弧的方法[J].中國電力，2005，38（12）：2932.

[3]劉振亞.中國特高壓交流輸電技術創新[J].電網技術，2013，37（3）：T3.

[4]楊芳.高壓輸電線路的潛供電流特性與對策研究[D].南寧：廣西大學，2006.

[5]陳維賢，陳禾，魯鐵成，周文俊.關于特高壓可控并聯電抗器[J].高電壓技術，2005，31（11）：2627.

[6]鄭濤，趙彥杰.超/特高壓可控并聯電抗器關鍵技術綜述[J].電力系統自動化，2014，38（7）：127128.

作者簡介：王懷兵（1992），男，漢族，江蘇高郵人，本科，助理工程師，研究方向：特高壓電網運行。