并聯電抗器在亭子口電站的應用

殷嘉陵

(嘉陵江亭子口水利水電開發有限公司，四川蒼溪，628400)

引言

亭子口電站安裝有4臺275MW水輪發電機組。亭子口電站通過一回500kV線路接入巴中500kV變電站，線路長度約95km。根據巴中近區電網實際運行特點，巴中500kV變電站母線電壓較高。為保證巴中主變(500kV/230kV±2×2.5%)安全運行，需要把亭子口電站運行電壓控制在518kV～525kV(高峰時段上限526kV)。亭子口-巴中500kV輸電線路在裝設用于平衡線路充電功率的電抗器之前，低谷時段，由于線路充電功率較大(單側接近60Mvar)，亭子口電站采用發電機進相運行方式吸收線路充電功率，水輪發電機組每天需頻繁低負荷(小于60MW)進相運行。

為有效降低長期低負荷進相運行給機組帶來的損傷，在亭子口至巴中500kV變電站輸電線路的亭子口側加裝一組母線高抗來限制穩態運行電壓水平，這不僅有利于巴中近區電壓調節，也對亭子口電站發電機組的安全運行起到了保障作用。

亭子口主接線改造部分如圖1和圖2所示。

圖1 改造前(虛線部分為廣元預留線)

圖2 改造后(虛線為加裝電抗器實際接線)

1 長期低負荷進相運行對亭子口電站的影響

伴隨著遠距離、超高壓輸電網絡的不斷發展，經常造成發電機系統進相運行，尤其在非工作時間內低負荷時期，無功過多造成電網的電壓升高，甚至超出系統電壓的規定范圍，影響供電質量，并對電網造成損害，降低經濟效益。

發電機進相運行是指發電機發出有功而且吸收無功的運行狀態。水電站凸極同步發電機單機對無限大容量功率為：

輸出功率Pe一定的條件下，發電機電勢E0減小，功率角δ便會增大，靜態穩定性在一定程度上降低，發電機向系統輸送有功功率。

發電機進相運行時，考慮到系統穩定性降低的情況，由于發電機電勢降低，在輸出功率不變的情況下，發電機定子電流增加，易造成過負荷；機端電壓的降低，廠用電電壓會有所降低，機組端部的漏磁會引起定子端部溫度升高，在端部冷卻條件與效果一定的條件下，發電機由遲相向進相進行相移變化時，端部漏磁磁密值增高，引起定子端部構件嚴重發熱，致使發電機出力要受到影響。

亭子口電站位于電網送電端，至巴中500kV變電站出線路距離長，充電功率較大。根據巴中近區電網實際運行特點，巴中500kV變電站母線電壓較高，出于對系統安全性的考慮，亭子口電站機組經常處于低負荷進相運行狀態，且進相深度較深，機組出現多次在欠勵限制的工況下運轉，甚至需要多臺機組同時低負荷進相運行調壓。由亭子口電站全水頭試驗報告可知，機組在低負荷小開度區間運行時，水流狀態不穩定，導致出現隨機高頻波形。亭子口電站水輪機運行在低負荷區間時，頂蓋、導軸承、部分機架等振動值較大，特別是頂蓋頻繁超過報警值，由于安裝工藝有所差別，個別機組的振動更為明顯，水輪機錐管處有渦帶聲音，長期運行容易造成過流部件的氣蝕，轉輪產生裂紋等，大大增加了設備維護成本。

2 增設母線高壓并聯電抗器的優點

綜合安全性、可靠性、穩定性等多方面考慮，亭子口電站最終采用加裝母線并聯高壓電抗器方案。亭子口電站側加裝高壓油浸心式并聯電抗器，3臺單相并聯電抗器(3×20Mvar)并排布置在各自的布置間內，中性點電抗器布置在并聯電抗器的左側，并設置了一套500kV斷路器保護、兩套電抗器保護、兩套電抗器T區保護以及一套電抗器非電量保護。

母線與高抗之間裝設有斷路器，運行方式改變相對靈活。隨著地區用電負荷的改變，若線路輸送的潮流達到輸送容量時，線路的充電功率與線路的無功損失相對平衡。若線路輸送的潮流和主變壓器的負載較輕，無功損耗較小，高抗的投入便能夠有效改善電壓過高的問題；若通過主變的負載相對較重，電壓相對較低，不能滿足電壓要求時，可以憑借母線同高抗之間的斷路器使高抗退出運行，以滿足供電電壓在允許的范圍內運行。

母線上設置高抗，可以防止出現工頻諧振過電壓。由于高抗裝配于母線上，線路開關以內，便不會發生諧振過電壓。

亭子口滿足四川黑啟動輔助服務市場條件，具備黑啟動資質。黑啟動時，機組會帶長線路空載運行，容易發生自勵磁過電壓，在裝設高抗后，補償了容性電流，可有效避免自勵磁過電壓現象的發生。

亭子口加裝高抗后，有效補償亭子口-巴中線路充電功率，避免低谷時段過多容性無功流向巴中側，有利于巴中變調壓。由于機組一般在當日23時以后至次日6時內為低負荷區，此時段無功進相深，在未投入高抗前，單機無功進相深度為-130Mvar左右。高抗投入運行后，同一時段單機無功進相深度控制在-30Mvar左右，甚至遲相，效果明顯，會減少很多需要電站進相運行來平衡線路充電功率的時間，便無需多臺機組參與配合調壓，有效減少了機組低負荷運行的時長。

3 增設高壓并聯電抗器后的注意事項

高抗在運行中存在噪音和振動的問題。高抗中磁路由氣隙分隔成若干段，各段分別產生磁極，各個氣隙間磁極吸引力的些許變化將引起振動。由鐵芯塊、墊塊和鐵軛組成的系統有可能會出現機械共振現象。因此，電抗器的振動和嗓音都比較大。

電抗器的運行也會存在一定的故障，例如瓦斯繼電器誤動、穿纜引線絕緣磨傷、芯塊接地片松脫及鐵芯限位裝置放電等都是長期振動造成的后果。所以，亭子口電站在設計階段就根據電站實際運行情況，合理配置參數，使得各方面的損壞盡可能達到最小。

亭子口電站的高抗投運后，經常處于高電壓狀態，因此運行溫度較高(亭子口電站電抗器常規情況下，油溫60℃～70℃、繞組溫度65℃～75℃，在夏季環境溫度較高，油溫和繞組溫度會有所提升)，線圈絕緣和絕緣油容易老化，在運行中可能發生線圈絕緣對地擊穿故障、匝間絕緣短路故障。

高抗在運行中會產生一定的工頻電場與磁場，伴隨著高抗的長期運行，設備同樣會發生老化現象、損傷以及可能受到環境污染，致使周邊的電磁場水平有一定程度的增加。所以，高抗布置在較為偏僻的位置，需與人的正?；顒臃秶３职踩嚯x。

4 結語

在亭子口電站側加裝高壓電抗器，可以較好地改善系統無功過剩情況下在電壓過高和發電機頻繁進相運行的問題，減少發電機長期欠勵運行對機組使用壽命的損失。由于存在一定程度的振動，需要根據其組成部分，定期對電抗器整體、套管、壓力釋放閥、吸濕器、瓦斯繼電器、各控制箱、絕緣油等進行針對性檢查巡視。