并联电抗器在超高压轻载电网中的应用

余恒杰 宋 阳

（乐山电业局，四川 乐山 614000）

随着我国电力系统的快速发展，电压等级逐步提高、输送距离越来越长[1]，因此输电线路对电网的充电效应愈加明显[2]。当负荷投切较大、末端轻载时，电网中的无功过剩将致使输电线路末端电压过高，影响了用户端电能质量和电网稳定[3]。某500kV电力线路，末端电压受用户侧影响，电压波动较大，需要安装一定数量的感性设备来消耗过多的无功功率。在众多设备中，高压电抗器能够稳定运行电压、限制潜供电流、提高重合闸成功率，消除发电机的自励磁，是常用的调压手段。

1 高压轻载电网末端电压升高的原理分析

对于100km以下的架空线路，可以省略线路对地导纳，即忽略对地电容的充电效应。对于100km以下的电缆线路和100～300km的架空线路，不能忽略充电效应，而采取π型等值电路，如图1所示。

图1 π型等值电路

当电缆线路超过100km，架空线路超过300km时，必须考虑线路的分布参数特性，采用均匀分布参数等值电路，如图2所示。

图2 均匀分布参数等值电路

由图1、图2可知，输电线路既存在吸收无功功率的串联电抗，又存在发出无功功率的并联电纳。

串联电抗中的无功损耗ΔQL与负荷电流I的平方成正比，该无功功率呈感性，计算公式如下

并联电纳中的无功功率损耗ΔQB与电力线路电压U的平方成正比，该无功功率呈容性，计算公式如下

由式（2）可知，该无功功率从地面流向系统，对输电线路中流过的无功有补充作用，故而又称为充电功率。

所以，一条线路消耗的无功功率为

简化计算时，式（3）可写为

由式（4）可知，如果输电线路消耗的无功功率为正值，则输电线路自系统吸收无功；如果输电线路消耗的无功功率为负值，则输电线路向系统输送无功。显然，输电线路消耗的无功功率取决于输电线路传输的功率和输电电压等级。

然而，随着电网的不断扩大、增容，以及负荷的不确定性逐渐升高，大电网就会出现某段时间内的情况。也就是说，当系统末端负荷减少，其输送功率远远低于线路的自然功率时，过多的充电功率将超过无功需求，造成系统无功过剩、电压升高。一旦电压偏移超过允许范围，就会影响用户端用电设备的寿命和效率，降低生产产品的质量和数量，同时，损害电网内各种电气设备的绝缘，在超高压网络中还将增加电晕损耗等等，甚至引起电压失稳，威胁电网电压稳定。

2 高压电抗器的结构及应用状况

高压电抗器根据其构成原理的不同，基本可以划分为铁心式电抗器和空心式电抗器。

2.1 铁心式电抗器

我国生产的铁心式电抗器结构见图1，其铁心由若干个铁心饼叠置而成。

铁心饼由硅钢片叠成，叠片方式有平行叠片、渐开线状叠片、辐射状叠片[4]。平行叠片式结构简单，适用于较小容量的电抗器；渐开线状叠片式中间有一个内孔，外圆与内孔直径之比约为4:1至5:1，适用于中等容量的电抗器；辐射状叠片式硅钢片由中心孔向外辐射排列，适用于大容量电抗器。

图3 铁心电抗器的铁心结构

铁心饼之间用绝缘板（或纸板、酚醛纸板、环氧玻璃布板）隔开，形成间隙；其铁轭结构与变压器相同，铁心饼与铁轭由压缩装置通过螺杆拉紧，形成一个整体，铁轭和所有的铁心饼均应接地。

2.2 空心式电抗器

空心式电抗器就是一个电感线圈，它的特点是直径大、高度低、对地电容小、线圈内串联电容较大、冲击电压的初始电位分布良好，即使采用连续式线圈也十分安全。空心式电抗器在安装时，紧固方式有两种[4]：一是采用水泥浇铸，故又称为水泥电抗器；另一种是采用环氧树脂板固定或采用环氧树脂浇铸。

水泥电抗器一般用铝电缆绕制，电缆绝缘为0.72mm的电缆纸，外面再绕包棉纱编织带或玻璃布带作护套，在金属模具中绕制成型后，再浇水泥，待水泥硬化后，进行真空干燥处理，以除去混凝土及电缆外包绝缘中的水分，最后浸防潮绝缘漆。

用环氧树脂板固定的空心式电抗器散热性能较好，但其固定元件会因导线的电磁振动而松脱，为了克服上述缺点，可用环氧树脂浇铸，这样增加了机械强度，但散热能力变差。

因为容量增大时，气隙长度要增加，所以实际应用中，铁心式常用于中小型电抗器，空心式常用于大容量电抗器。

3 问题解决

本文以某电网为例，考虑实际需要，在其中超高压轻载线路上并联了高压电抗器，该线路额定电压500kV，长度200km，采用均匀分布参数等值电路，部分实际参数值如图4所示。

图4 某电网500kV线路等值电路

线路特征阻抗ZC==266.2Ω，相位系数α=ω=12˚。未并联电抗器前，线路末端电压升高比为=1.29，线路末端超过额定电压的10%，需要被调节。并联电抗值为1837Ω的油浸式电抗器后，线路末端电压升高比为=1.06，调节成功。

4 结论

1）500kV超高压线路负荷端变动较大时，如果负荷切除过多，将引起电网末端电压异常升高，威胁电网和用电设备安全，容易造成重大损失。

2）并联电抗器在实际应用中能有效抑制超高压轻载线路末端电压升高，是一种有效的电压调节方法。

[1]徐琳等.电力系统节点电压稳定指标的研究[J].电网技术,2010,34(3):26-30.

[2]顾伟,蒋平,唐国庆.SVC控制引起的电压振荡失稳研究[J].中国电力,2005,38(8):19-23.

[3]许云飞等.机组跳闸对电网频率级电压稳定性的影响[J].内蒙古电力技术,2009,27(6):13-15.

[4]赵淑云.高压电网中并联电抗器的应用[J].云南电力技术,2010,38(3):53-54.