有關(guān)感性無(wú)功補償的問(wèn)題分析

無(wú)功補償是保證電壓合格的重要因素，無(wú)功補償又為容性補償和感性補償，缺容性無(wú)功，電壓偏低，缺感性無(wú)功，則會(huì )出現電壓偏高。電力系統的容性無(wú)功補償，從高壓到低壓，從變電所的集中補償到用戶(hù)的分散就地補償，以及設備制造、運行管理、科研標準化工作，已有全面提高。感性無(wú)功補償是隨超高壓電網(wǎng)的建立而發(fā)展起來(lái)的。因此，感性無(wú)功補償起步稍晚一些，在工程應用上，不少技術(shù)問(wèn)題有待進(jìn)行研究，標準化工作開(kāi)展得不多。本文從并聯(lián)電抗器在電網(wǎng)中的作用，并聯(lián)電抗器在工程應用中的一些問(wèn)題，提請關(guān)注感性無(wú)功補償，加強相關(guān)科研和標準化工作。

1感性無(wú)功補償的發(fā)展和作用

20世紀70年代中國開(kāi)始建立超高壓電網(wǎng)，超高壓輸電線(xiàn)路中有大量的容性充電功率，如500 kV線(xiàn)路每百公里充電功率達11～115 MVA。充電功率起因于架空輸電線(xiàn)路的分布電容，所以，它是容性的。容性充電功率的存在，使電力系統產(chǎn)生諸多問(wèn)題，必須進(jìn)行感性無(wú)功補償，即吸收充電功率，從而需要在電網(wǎng)中裝設并聯(lián)電抗器。中國并聯(lián)抗器主要裝設在四個(gè)電壓等級上：35 kV、66 kV、330 kV和500 kV，裝設于330 kV和500 kV的并聯(lián)電抗器，通常叫高抗;而裝設于變電所主變壓器低壓側35 kV和66 kV側的電抗器，又通常叫低抗。從以下幾個(gè)數據中可以看出并聯(lián)電抗器的發(fā)展速度是很快的：據全國統計1989年5 070MVA，1990年5 460 MVA，1993年7 730 MVA，1997年12 790 MVA，1998年已達19 000 MVA，現在已超過(guò)20 000 MVA。但是，感性無(wú)功仍然不足。按部頒標準《電力系統電壓和無(wú)功電力技術(shù)導則》要求，高低壓并聯(lián)電抗器的裝設容量，要達到線(xiàn)路充電功率的90%。感性無(wú)功補償不足，致使電網(wǎng)電壓偏高是有先例的，1995年?yáng)|北電網(wǎng)的局部地區，500 kV的最高電壓達到556 kV，220 kV的最高電壓為257 kV，顯然已經(jīng)超過(guò)了設備的最高電壓550 kV和252 kV，盡管只是短時(shí)，但對電氣設備的安全運行仍是不利的。必須進(jìn)行感性補償，吸收充電功率，降低工頻電壓。感性無(wú)功補償原則也是分層就地平衡，在變電所裝設高、低壓并聯(lián)電抗器，以達到對電壓的控制，保證電壓質(zhì)量，提高電網(wǎng)運行的穩定性和經(jīng)濟性。

2感性補償的一些技術(shù)問(wèn)題

感性補償是利用高、低壓電抗器進(jìn)行的補償。當然，調相機也可以進(jìn)相運行，吸收充電功率，但調相機雖有優(yōu)點(diǎn)(既可以發(fā)出感性無(wú)功，也可發(fā)出容性無(wú)功，可以進(jìn)行無(wú)級調節)，但也有缺點(diǎn)(旋轉機械，結構復雜，噪音大、損耗大、運行維護麻煩、需要的運行和檢修人員多)，所以，很長(cháng)時(shí)間以來(lái)都沒(méi)有再上調相機，以前裝設的調相機也在逐步退出運行，如1990年全國有調相機475 MVA，到1998年僅剩不到300 MVA。電抗器和電容器一樣，運行條件非?？量?，一旦帶電即滿(mǎn)載運行，這就不像變壓器，可以由空載、輕載，逐步過(guò)渡到滿(mǎn)載。而且，電抗器全年的投運時(shí)間很長(cháng)，據統計，500 kV變電所里的高抗，年投運率達8 000 h以上，裝在主變三次側的低抗，年投運率也接近8 000h。高、低電壓抗器在設備制造、工程設計時(shí)設備選型、參數確定、電氣接線(xiàn)、布置與安裝，以及保護、測量和控制方式諸多方面，有不少值得研究的問(wèn)題，現分述如下：

1)高抗都是油浸鐵心式結構，像變壓器，它們都有鐵心、線(xiàn)圈、絕緣油、油箱、瓷套管以及散熱器等。但電抗器與變壓器工作原理不同，結構上的區別在于磁路，電抗器的鐵心有氣隙、磁阻大。電抗器制造的最大技術(shù)難點(diǎn)在于對漏磁通的處理。前幾年，電抗器運行中經(jīng)常出現漏磁通在部件中感應產(chǎn)生渦流，引起局部過(guò)熱，絕緣油分解劣化，含氣量增加，部件被燒壞事故時(shí)有發(fā)生;有的高抗振動(dòng)和噪音過(guò)大，甚至到無(wú)法投運的地步。為了研討相關(guān)技術(shù)問(wèn)題，由無(wú)功補償裝置分委員會(huì )組織，1998年在無(wú)錫召開(kāi)了電抗器運行技術(shù)交流會(huì )，與會(huì )代表提供的會(huì )議交流資料，有很多高抗事故例子，故障設備有中國早期產(chǎn)品、也有進(jìn)口產(chǎn)品，信息不斷地反饋到制造廠(chǎng)，國內外廠(chǎng)家根據事故分析，研究出了解決問(wèn)題的各種措施，從西變廠(chǎng)近期的產(chǎn)品看，質(zhì)量已經(jīng)提高。

2)高抗中性點(diǎn)通常經(jīng)小電抗接地，為了不給高頻信號提供入地通路，高抗通常接在變電所的母線(xiàn)側。要達到這種連接方式，有時(shí)在布置上比較困難，甚至會(huì )多占地。在阻波器前后如果都可以接電抗器，則布置上就比較方便，特別是擴建時(shí)裝電抗器，預留場(chǎng)地較方便。把電抗器接在阻波器前，關(guān)鍵在于高頻信號衰減后是否能滿(mǎn)足載波通信和繼電保護的要求。有的工程經(jīng)計算認為可以滿(mǎn)足要求，在哪種情況下不能滿(mǎn)足要求，還應給出一個(gè)定量的數值范圍;這種連接方式，可以使配電裝置的間隔長(cháng)度縮短，達到節約用地的目的。

3)電抗器的額定電壓和損耗是兩個(gè)非常重要的參數，既關(guān)系到設備的安全運行和經(jīng)濟性，也涉及到設備價(jià)格。電抗器的輸出容量與運行電壓的平方成正比，當電抗器的實(shí)際運行電壓與設備額定電壓接近時(shí)，則電抗器輸出達到額定容量。電網(wǎng)的無(wú)功平衡就是按實(shí)際工作電壓下的輸出容量來(lái)考慮的。如出于保守、追求安全，把設備的額定電壓定高了，就會(huì )出現容量虧損，不能充分發(fā)揮有效出力，這樣不經(jīng)濟。相反，如把額定電壓定得偏低，忽視了電抗器可能會(huì )在最高電壓下連續運行，又會(huì )出現電抗器過(guò)電壓，它的損耗、溫升都會(huì )增加，這樣不安全。因此，確定電抗器的額定電壓與電容器的額定電壓是同一性質(zhì)的問(wèn)題。對電抗器的總損耗，既不能太小，也不能太大，損耗值的確定直接關(guān)系到電抗器制造的原材料用量，影響設備價(jià)格，同時(shí)，損耗大小又影響電抗器的年運行費用。因此，應該按照中國現階段電價(jià)和電抗器制造價(jià)格，進(jìn)行綜合計算分析，選擇合理的總損耗值適用范圍，供工程設計時(shí)選用。

4)中國電網(wǎng)中運行的低抗有兩種產(chǎn)品：干式空心和油浸鐵心式。從運行情況看，油浸鐵心式事故相對少一些。干式空心電抗器運行幾年后，由于污穢引起電抗器表面龜裂，出現樹(shù)枝狀放電，內部出現匝間短路，空心電抗器燒壞事故在東北、華北、華東、中南、西南地區均有發(fā)生。1996年原電力部國調中心轉發(fā)的電力電容器標委會(huì )調查文件“關(guān)于并聯(lián)電容器運行情況通報”，專(zhuān)門(mén)提到電抗器的選型問(wèn)題，認為選油抗或是選干抗值得探討。1994年?yáng)|北地區提出，66 kV暫不采用干式空心電抗器。針對這些事故，國內外廠(chǎng)家都對自己的產(chǎn)品進(jìn)行了改進(jìn)：加裝防護頂帽、加強匝間絕緣、提高絕緣等級、均衡磁路，以及表面使用特殊RTV涂料等。與此同時(shí)，運行單位加強維護，定期沖洗表面污穢。制造廠(chǎng)家正在研究對運行中的空心電抗器進(jìn)行溫升監測，防止過(guò)熱事故發(fā)生。

5)干式空心電抗器，線(xiàn)性好、不飽和、無(wú)油、噪音低，這些優(yōu)點(diǎn)使其在電網(wǎng)中應用較普遍。但是，空心電抗器四周存在著(zhù)強磁場(chǎng)，電抗器表面出現的爬電現象與此有關(guān)，電壓愈高、影響愈大。處于電抗器四周磁場(chǎng)中的金屬部件，會(huì )產(chǎn)生渦流，將造成金屬部件發(fā)熱，輕者造成電解損耗，重者即釀成事故。所以，要規定一個(gè)防磁范圍，在此范圍之內，不能使用鐵磁性金屬部件，因此，電抗器下面的支撐件和支柱絕緣子的金屬部件，要采用無(wú)磁性金屬材料。為了減少渦流，設備安裝上也要作些特殊要求，如：電抗器連接到其他設備的導線(xiàn)，采用鋁母線(xiàn)時(shí)，要立式安裝，不宜平放，所有組件的連接螺栓，均采用不銹鋼材料。

空心電抗器低式布置落地安裝時(shí)，為保證人員安全，須在其四周設備圍欄，如果設置的是金屬?lài)鷻?，則應滿(mǎn)足防磁范圍要求。即使這樣金屬?lài)鷻谥腥杂袦u流產(chǎn)生，而且數值很大。東北地區有人作過(guò)測量，用鉗形電流表在圍欄的鐵絲網(wǎng)上測感應電流，10 kV并聯(lián)電抗器達到60 A，66 kV并聯(lián)電抗器則高達140 A。有的工程已注意到這個(gè)問(wèn)題，用塑料圍欄取代金屬?lài)鷻??？招碾娍蛊鞯幕炷粱A中一般不加鋼筋，如有鋼筋，則鋼筋接點(diǎn)要采用絕緣材料隔離，使之不能形成閉合回路。如果空心電抗器采用高式布置、支撐安裝，其支柱不能采用鋼筋混凝土圓桿，須用特殊材料的支柱或混凝土平臺。華東地區進(jìn)口的空心電抗器，廠(chǎng)家配套供貨玻璃鋼支柱?？招碾娍蛊飨路降牡鼐W(wǎng)，工程中的作法是：地網(wǎng)開(kāi)環(huán)，交叉點(diǎn)隔離，或者除掉下方局部地網(wǎng)。由此可見(jiàn)，由于空心電抗器的自身特點(diǎn)、工程中安裝設計花樣很多，這些作法需要給予總結，納入設計標準供大家共同遵循。

6)35 kV空心電抗器，當采用雙星形接線(xiàn)時(shí)，可以裝設中性點(diǎn)不平衡保護，防止線(xiàn)圈匝間故障。但是，每一個(gè)單相電抗器，都要并聯(lián)繞制兩個(gè)線(xiàn)圈，對兩個(gè)線(xiàn)圈的制造精度要求很高，有的產(chǎn)品就增加一個(gè)調平衡的附加線(xiàn)圈，反而使結構復雜化。運行情況表明，雙星形接線(xiàn)的電抗器，仍然有短路燒壞事故發(fā)生。究其原因，匝間絕緣擊穿事故是制造質(zhì)量有問(wèn)題，因為，電抗器運行對匝間承受的電壓是較低的，僅幾百伏，而匝間絕緣的試驗電壓為3 kV，正常情況，通過(guò)試驗的產(chǎn)品，應該在運行中不出問(wèn)題。采用單星形接線(xiàn)，對空心電抗器的制造和安裝布置都比較簡(jiǎn)單，近期很多工程在采用單星形接線(xiàn)，把線(xiàn)圈絕緣等級由B級提高到F級，這個(gè)問(wèn)題需根據工程實(shí)踐作進(jìn)一步總結。

7)低抗回路設備配置和連接，工程中有多種形式：斷路器有的接母線(xiàn)側，有的接中性點(diǎn)側;抑制操作過(guò)電壓的金屬氧化物避雷器，有的裝設，有的又沒(méi)有裝設;電抗器被切除時(shí)斷路器有截流現象，電抗器儲存的能量，在通過(guò)電抗器入口等值電容泄放時(shí)，會(huì )因L-C回路效應而產(chǎn)生振蕩，電抗器端部將產(chǎn)生過(guò)電壓，由于不同型式的斷路器開(kāi)斷性能有區別，產(chǎn)生的過(guò)電壓不一樣。如真空斷路器的操作過(guò)電壓高，SF6斷路器的操作過(guò)電壓低。所以，工程中凡采用真空斷路器的均裝設了避雷器，而采用SF6斷路器的多數未裝設避雷器。SF6斷路器開(kāi)斷短路電流的能力強，通常裝在母線(xiàn)側，真空斷路器開(kāi)斷能力低，一般裝在中性點(diǎn)側或裝在具有限流能力的電抗器后，當然，限流電抗器的電抗值應計入回路的總電抗值中。

8)其他相關(guān)問(wèn)題

①高抗中性點(diǎn)小電抗，產(chǎn)品型式絕大多數為油抗，但也有例外，個(gè)別的用了空心電抗器。小電抗的額定電流值，絕大多數采用30 A，但也有采用20 A的，其對應的額定短時(shí)最大電流為300 A和200 A。小電抗的阻抗抽頭多數用5%，少數用10%。

②35 kV并聯(lián)電抗器回路的電流互感器設置有用兩相的，也有用三相的，從繼電保護的靈敏度看，兩相式低于三相式，但兩相式同樣可以滿(mǎn)足要求，減少了設備，節省了投資，特別是對油浸式鐵心電抗器，用的是套管電流互感器，如三相都裝電流互感器，制造困難。

③高抗中性點(diǎn)絕緣水平和中性點(diǎn)避雷器額定電壓，以前采用180 kV或170 kV，現在已降到了110 kV甚至還可以降到72.5 kV，這對設備制造有好處，同時(shí)可以降低設備費用。

總之，并聯(lián)電抗器的應用問(wèn)題可以歸結為兩個(gè)方面：一是設備在運行中出現的各種故障和事故，應由生產(chǎn)制造部門(mén)研究解決;二是工程安裝設計問(wèn)題，應通過(guò)總結實(shí)踐經(jīng)驗以及科研標準化工作來(lái)解決。