并联电抗器在特高压电网中的应用及发展

摘要：详细介绍了特高压线路容升效应和潜供电流的形成原理，叙述了国内普遍采用高压并联电抗器抑制容升效应，并通过应用高压并联电抗器中性点连接小电抗的方式，降低潜供电流对特高压线路造成的影响。从发展的角度叙述可控并联电抗器在特高压系统的广阔前景。

关键词：特高压；容升效应；潜供电流；可控并联电抗器

我国电力系统正向远距离、大容量、特高压的方向发展。通过建设具有高强度的特高压电网能源传送框架，使得清洁的电力能源能够从我国西部和北部地区大规模传输运送到中东部地区的应用环境之中，将电力能源跨流域、跨地区的远程大规模传输的构建设想付诸现实，在协调社会能源分配比例的同时，将西部的能源储备转换为经济发展的优势，提升国家电力能源优化配置的效率[1]。一整套的先进特高压设备是建立特高压电网系统的前提，而特高压并联电抗器作为重要的组成部分之一，其容量要比超高压系统中的并联电抗器大得多。并联电抗器主要用以补偿线路容性无功，抑制操作过电压；在配置中性点小电抗的情况下抑制潜供电流，以提高单相重合闸的成功率。

1 容升效應

特高压输电线路一般距离较长，能达到数百公里。技术上通常要求采用8分裂导线作为特高压电力能源传输的线路原材料，这就导致线路网络上的充电容性功率较大（几百兆乏），过大的容性功率在通过网络系统中的感性配件时，会导致线路末端产生较大的电压。而这种线路末端电压过高的现象，称之为“容升”现象。

在远距离电力传送线路的首末段安装并联电抗器设备，能够在补偿特高压线路中的电容电流的同时，尽可能限制工频电压数值的升高幅度，从而起到大大减少容升效应的目的。当特高压系统发生切除接地故障、甩负荷或重合闸时，在工频电压升高的基础上通常伴随着操作过电压的产生。也就说明了操作过电压的幅值高低与工频电压的升高程度有着直接的关系。所以特高压线路首末段加装并联电抗器后，可以大大限制工频电压的发展，也就导致了操作过电压的幅值的降低。

2 潜供电流

在特高压线路故障中，当特高压线路出现单相接地的故障而瞬时断开此相时，非故障相与故障相之间由于相间互感和相间电容的耦合作用，故障相会一直流过一定电量的接地电流，即所谓的潜供电流现象。该电流是以电弧的形式出现的，也称潜供电弧。当潜供电弧瞬间熄灭后，同样由于相间电容和互感的耦合作用，在弧隙出现恢复电压。潜供电流和恢复电压的存在增加了故障点熄弧的困难，加大了单相重合闸的失败率，从而影响特高压系统的稳定。

特高压输电线路90%以上的故障是单相瞬时接地故障，为提高供电的可靠性，单相重合闸方式得到了广泛的应用[2]。为提高特高压系统运行的可靠性，特高压系统中常采用单相重合闸的连接方式。受到特高压线路一般相距较远，运行电压高以及相间电容量较大的特点。一般情况下，如果在不采取补偿措施的模式下，在一百公里特高压运行线路中潜供电流可以达到七十安培左右，这就导致抑制更加困难[3]。这时如果在特高压运行线路上装设并联电抗器，并且将其中性点通过一个小电抗器接地，由于中性点小电抗器容量小而感抗值高的特性，其不仅仅可以补偿线路的对地及相间电容，特别是使相间电容接近全补偿，可使相间阻抗接近无穷大，从而降低了潜供电流的电容分量；还可以通過增大对地阻抗，降低潜供电流的电感分量。就目前国内研究的普遍性线路的算例显示， 只要在高压线路首末段装有配置中性点小电抗的并联电抗器，就可以降低线路单相接地时产生的潜供电流[4]。此时如果线路发生单相接地故障，线路保护动作跳开故障相，而同时由于线路上带中性点小电抗的并联电抗器的存在，其可以限制甚至消除故障相的潜供电流、熄灭故障相的电弧，此时重合故障相，成功率可以大大提高。

3 发展

沿用超高压并联电抗器已有的制造经验，特高压并联电抗器技术已由特变电工、西电等公司掌握，并在特高压变电站内大量投运使用。然而当特高压线路输送功率较小时，并联电抗器可以起到限制工频过电压的作用，但当输送功率增加到自然功率时，并联电抗器不仅会大大降低线路电压，而且其无功电流会在电力系统中造成额外的有功损耗，降低了全网的经济效益。

因此，有科研人员提出新型并联电抗器的概念，其能做到快速反应且容量可调，即并联电抗器能随着线路传输功率的变化而自动平滑的调节自身的容量。与传统并联电抗器有着一定的区别，新型并联电抗器凭借其容量可调的应用优势，正常运行于小容量状态。需要科研人员尤为注意的是，为更好的抑制潜供电流现象的产生，这种新型并联电抗器的应用必须拥有能够瞬时恢复到大容量甚至全容量状态的响应能力[5]。这也是可控并联电抗器研制的难点之一。

可控制新型并联电抗器作为当代电力系统中新型柔性交流输电系统装置[6]，通过动态的能源补偿方式，补偿特高压线路网络中存在的容性无功功率。对原本电力系统远距离传输线路中经常出现的“容升”现象，有着显著的抑制作用。其既能够降低操作过电压、限制潜供电流，又能提高电压稳定水平、降低输电损耗。这种可控制新型并联电抗器在特高压系统中前景广阔，期待其尽快应用于特高压系统。

参考文献：

[1]舒印彪.1000kV交流特高压输电技术的研究与应用[J].电网技术，2005，29（19）：T1T6.

[2]王皓，李永丽，李斌.750kV及特高压输电线路抑制潜供电弧的方法[J].中国电力，2005，38（12）：2932.

[3]刘振亚.中国特高压交流输电技术创新[J].电网技术，2013，37（3）：T3.

[4]杨芳.高压输电线路的潜供电流特性与对策研究[D].南宁：广西大学，2006.

[5]陈维贤，陈禾，鲁铁成，周文俊.关于特高压可控并联电抗器[J].高电压技术，2005，31（11）：2627.

[6]郑涛，赵彦杰.超/特高压可控并联电抗器关键技术综述[J].电力系统自动化，2014，38（7）：127128.

作者简介：王怀兵（1992），男，汉族，江苏高邮人，本科，助理工程师，研究方向：特高压电网运行。