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交流特高压电网的无功补偿

导读: 特高压无功补偿的介绍以及发展方向的分析。

  问:交流输电线路的无功功率特性是什么?

  答:交流输电线路的主要参数包括串联电阻、串联电抗和并联电导、并联电容。输电线路输送功率时,串联电抗上的电流滞后于电压,串联电抗吸收无功功率;并联电容上的电压滞后于电流,并联电容发出无功功率。串联电抗吸收的无功功率与流过输电线路电流的平方成正比,因此串联电抗吸收的无功功率随负荷大小的变化而变化;并联电容发出的无功功率与输电线路的电压的平方成正比,当线路电压维持在标称电压允许的范围内时,并联电容发出的无功功率基本保持恒定。当线路发出的无功功率恰好等于其吸收的无功功率时,此时线路的输送功率为线路的自然功率,沿线路各点的电压幅值大小相同;当线路的输送功率小于线路的自然功率时,线路发出的无功功率将大于吸收的无功功率;当线路的输送功率大于线路的自然功率时,线路发出的无功功率将小于吸收的无功功率。

  问:交流特高压输电线路无功功率的特点是什么?

  答:由于特高压输电线路电压等级高,其无功功率的一个显著特点就是线路电容产生的无功功率很大,对于100公里的特高压线路,在额定电压为1000千伏以及最高运行电压为1100千伏的条件下,发出的无功功率可以达到40万千乏~50万千乏,约为500千伏线路的5倍。同时,在特高压电网不同的发展时期,特高压输电线路传输的功率有较大分别,因此无功功率的变化也很不一样。特高压电网在建设初期,主要是实现点对点的电能输送,受系统阻抗特性及稳定极限的限制,输送功率将小于线路的自然功率,线路发出的容性无功功率过剩;随着特高压电网的进一步建设,特高压电网将实现各区域电网的互联,电网的输送功率将有很大提高,而且为了充分利用各区域电网的发电资源,实现水火电互济和更大范围内的资源优化配置,特高压电网的输送功率将随时变化,因而输电线路的无功功率也将频繁变化。

  问:交流特高压输电线路无功功率的变化对线路电压有什么影响?怎么实现无功补偿?

  答:在交流特高压输电线路输送功率较小时,并联电容产生的无功功率大于串联电抗消耗的无功功率,电网无功过剩较大,电压上升,危及设备和系统的安全;在线路末端三相开断或故障后非全相开断时,线路上将产生工频过电压,同样危及设备和系统的安全。为了保持输电线路的无功平衡,特别是为了限制轻载负荷引起的电压升高和线路开断时引起的工频过电压,通常需要在线路送端和受端或其中一端装设固定高压并联电抗器来进行无功补偿。高压并联电抗器可以在线路带轻载负荷的情况下吸收线路并联电容发出的无功功率,减少过剩的无功功率,限制工频过电压。但是加装固定高压并联电抗器后,在输电线路带重载负荷的情况下,线路电抗需要吸收的无功功率将大于电容发出的无功功率,线路还需要从送端、受端吸收大量的无功功率。为保证正常的功率输送,通常还采用低压无功补偿设备。低压无功补偿设备一般安装在特高压变压器低压侧绕组,分为容性补偿设备和感性无功补偿设备,根据线路传输功率的变化分组投切。

  问:交流特高压试验示范工程无功补偿方案是什么?

  答:晋东南-南阳-荆门交流特高压试验示范工程中,晋东南-南阳线路长度为363公里,荆门-南阳线路长度为291公里,设计拟采用的高抗配置为:晋东南侧高抗配置容量为96万千乏;晋东南-南阳线路南阳侧高抗与南阳-荆门线路南阳侧高抗容量相同,均为72万千乏;荆门侧按60万千乏配置。设计拟采用的低压无功补偿配置方案为:晋东南和荆门站配置低压无功补偿装置,低压电容器组单组容量为24万千乏,低压电抗器单组容量为24万千乏,两站各配置3组低压电容和2组低压电抗。

  问:交流特高压输电线路无功补偿方案需进一步研究的内容是什么?

  答:为限制工频过电压,特高压输电线路上安装了大容量的固定高抗,会产生一些负面影响:轻载负荷运行情况下线路的电压偏高或重载负荷运行情况下线路电压偏低。在变压器的低压侧安装低压无功补偿装置,一方面增加了无功补偿的投资,另一方面,由于受变压器低压侧绕组容量的限制,低压无功补偿可能不完全满足要求。特高压输电线路的无功补偿仅依靠固定高压并联电抗器加低压无功补偿设备的模式不够灵活方便。如果用可控电抗补偿代替固定电抗补偿,则能兼顾工频过电压限制和无功功率的调节。可控电抗的调节方式是:线路输送功率小时,电抗补偿容量处于最大值,限制线路电压的升高;随着线路输送功率的增加平滑或分级减少电抗的补偿容量,使线路串联电抗吸收的无功主要由并联电容产生的无功功率来平衡;当三相跳闸甩负荷时,快速反应增大电抗补偿容量来限制工频过电压。前苏联曾在500千伏和750千伏系统采用带火花间隙投入的并联电抗器,在线路重载时,用断路器退出并联电抗器,维持线路电压;当线路甩负荷出现的工频过电压超过火花间隙放电电压时,火花间隙击穿,快速投入并联电抗器以限制过电压。带火花间隙投入并联电抗器方式比较复杂,而且火花间隙的放电电压的分散性较大,可靠性不高。俄罗斯和印度研制并采用了可控高压电抗器,其类型包括磁饱和式可控电抗器(MCSR)(又称磁阀式可控电抗器)和变压器式可控电抗器(TCSR)两种。至今,俄罗斯有500千伏磁饱和式可控电抗器在试运行,在印度有400千伏变压器式可控电抗器(根据俄罗斯技术制造)投入运行。在国内的可控电抗研究方面,国内厂家已与国内外有经验的大学和研究所合作,在研制500千伏可控电抗器的同时研制1000千伏特高压可控电抗器,计划通过500千伏样机的挂网试运行,积累经验,争取可控高抗早日在特高压工程中应用。

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