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並聯電抗器
鎖定
並聯電抗器簡介
用電負載大多數為感性,當感性負載較大時會削弱或消除這種線路的末端電壓升高現象。但負載是在隨時變化的,當負載較小或末端開路時就會出現這種工頻過電壓。工程中解決這一問題的常用方法是在線路中並聯電抗器,即並聯電感。由於電感與電容具有相位反相的特點,因此,電抗器的投入將補償線路的容性效應,限制系統中工頻電壓的升高。電抗器可以分散佈置在線路中.也可以集中放置在首端和末端。並聯電抗器是接在高壓輸電線路的大容量電感線圈。其容量要根據線路電容和負載情況進行計算設計。在系統中裝設並聯電抗器的台數及容
從圖1所示的電路中可以看出,若在Z2上並聯一個電感便可以削弱上面提到的電容效應,如果電抗值等於Z2的電納或使其發生並聯諧振,則電容效應被完全消除,該並聯電路的電感與電容交換能量,不與外電路交換無功,若忽略線路的漏電導,則該並聯迴路不從外電路獲取電流,不影響其它電路,當然也就不會使負載電壓升高,因此時線路和負載均為感性。
然而,這種諧振狀態在實際中也是應該避免的,因為電抗器不可能沒有電阻,所以其對外電路肯定會有影響,最直接的影響是增加線路、特別是電抗器的損耗,嚴重時會損壞電抗器。在設計並聯電抗器的容量時,除考慮限制工頻過電壓之外,還涉及到系統的穩定、無功功率平衡、自激電壓和諧振等問題。因此電抗器的容量選擇與安裝方式要根據系統的結構、參數、運行情況等因素確定方案
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並聯電抗器原理
式中,x為線路上任一點距線路末端的距離;k為電壓升高係數,對於超(特)高壓線路,k一般大於1,並在線路末端電壓達到最大值。
雙端電源供電情況下的沿線電壓表達式為:
單端電源供電的空載長線上發生不對稱接地故障時,短路電流的互感效應將使得健全相的相電壓更加升高。
當線路重負荷運行時,因某種原因(如發生短路)斷路器跳閘甩負荷,由於線路上輸送着相當大的有功及無功功率,因此甩負荷前電源電勢必高於母線電壓。根據磁鏈不變原理,甩負荷後電源暫態電勢維持原值,由於空載線路的電容效應,使線路工頻過電壓升高更為嚴重。
並聯電抗器用於補償超高壓線路的容性充電功率,有利於限制系統中工頻電壓的升高和操作過電壓,降低超高壓系統的絕緣水平:可以改善沿線電壓分佈,增加系統的穩定性和送電能力:並且改善輕負荷線路中的無功潮流,有利於降低有功損耗,防止電壓升高,便於系統併網:有利於消除由於同步電機帶空載長線出現的自勵磁效應:加速潛供電流的熄滅。便於裝設單相快速重合閘
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並聯電抗器特點
(1)這種電壓升高是由於空載或輕載時,線路的電容(對地電容和相間電容)電流在線路的電感上的壓降所引起的。它將使線路電壓高於電源電壓。當愈嚴重,通常線路愈長,則電容效應愈大,工頻電壓升高也愈大。
(2)對超高壓遠距離輸電線路而言,空載或輕載時線路電容的充電功率是很大的,通常充電功率隨電壓的平方面急劇增加,巨大的充電功率除引起上述工頻電壓升高現象之外,還將增大線路的功率和電能損耗以及引起自勵磁,同期困難等問題。裝設並聯電抗器可以補償這部分充電功率。
2.改善沿線電壓分佈和輕載線路中的無功分佈並降低線損。
(2)產生潛供電流的原因:故障相雖以被切斷電源,但由於非故障相仍帶電運行,通過相間電容的影響,兩相對故障點進行電容性供電;由於相間互感的影響,故障相上將被感應出一個電勢,在此電勢的作用下通過故障點及相對地電容將形成一個環流,通常把上述兩部分電流的總和稱之為潛供電流。潛供電流的存在,使得系統發生單相瞬時接地短路處的潛供電弧不可能很快熄滅,將會影響單相自動綜合閘的成功率。
(3)並聯電抗器的中性點經小抗接地的方法來補償潛供電流,從而加快潛供電弧的熄滅。
4.有利於消除發電機的自勵磁。
當同步發電機帶容性負載(遠距離輸電線路空載或輕載運行)時,發電機的電壓將會自發地建立而不與發電機的勵磁電流相對應,即發電機自勵磁,此時系統電壓將會升高,通過在長距離高壓線路上接入並聯電抗器,則可以改變線路上發電機端點的出口阻抗,有效防止發電機自勵磁
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5.提高電網功率因數
並聯電抗器作用
1、降低工頻電壓升高數值。
超高壓輸電線路一般距離較長,可達數百公里。由於線路採用分裂導線,線路的相間和對地電容均很大,在線路帶電的狀態下,線路相間和對地電容中產生相當數量的容性無功功率(即充電功率),且與線路的長度成正比,其數值可達200~300kvar,大容量容性功率通過系統感性元件(發電機、變壓器、輸電線路)時,末端電壓將要升高,即所謂“容升”現象。在系統為小運行方式時,這種現象尤其嚴重。在超高壓輸電線路上接入並聯電抗器後,可明顯降低線路末端工頻電壓的升高。
2、降低操作過電壓。
操作過電壓產生於斷路器的分、合閘操作,當系統中用斷路器接通或切除部分電氣元件時,在斷路器的斷口上會出現操作過電壓,它往往是在工頻電壓升高的基礎上出現的,如甩負荷、單相接地等均要產生工頻電壓升高,當斷路器切除接地故障或接地故障切除後重合閘時,又引起系統操作過電壓,工頻電壓升高與操作過電壓疊加,使操作過電壓更高。所以,工頻電壓升高的程度直接影響操作過電壓的幅值。加裝並聯電抗器後,限制了工頻電壓升高,從而降低了操作過電壓的幅值。
當開斷帶有並聯電抗器的空載線路時,被開斷線路上的剩餘電荷沿着電抗器泄入大地,使斷路器斷口上的恢復電壓由零緩慢上升,大大降低了斷路器斷口發生重燃的可能性,因此也降低了操作過電壓。
當發電機經變壓器帶空載在長線路啓動,空載發電機全電壓向空載線路合閘,發電機帶線路運行線路末端甩負荷等,都將形成較長時間發電機帶空載線路運行,形成了一個L-C電路,當空載長線路電容C的容抗值Xc合適時,能導致發電機自勵磁(即L-C迴路滿足諧振條件產生串聯諧振)。
自勵磁會引起工頻電壓升高,其值可達1.5~2.0倍的額定電壓,甚至更高,它不僅使併網的合閘操作(包括零起升壓)成為不可能,且其持續發展也將嚴重威脅網絡中電氣設備的安全運行。並聯電抗器能大量吸收空載長線路上的容性無功功率,破壞發電機自勵磁條件。
4、有利於單相重合閘。
為了提高運行可靠性,超高壓電網中常採用單相自動重合閘,即當線路發生單相接地故障時,立即斷開該線路,待故障處電弧熄滅後再重合該相。由於超高壓輸電線路間電容和電感(互感)很大,故障相斷開短路電流後,非故障相電源(電源中性點接地)將經這些電容和電感向故障點繼續提供電弧電流(即潛供電流),使故障處電弧難以熄滅。如果線路上並聯三相Y形接線的電抗器,且Y形接線的中性點經小電抗器接地,就可以限制和消除單相接地處的潛供電流,使電弧熄滅,有利於重合閘成功。這時的小電抗器相當於消弧線圈。
並聯電抗器應用實例
由於東北電網500kV第二條大馬路工程的相繼運行。系統中需要解決無功補償和降低工頻過電壓的問題尤為突出。在梨樹變電站,由於投運初期,沙梨乙線還沒有運行,變電站中的並聯電抗器容量儀為3x 5萬kvar,雙梨乙線和梨合線正常運行時,500kV母線電壓在540kV範圍內變化,在輕負荷時經常出現550kV的較高電壓。而後期由於沙梨乙線的投入運行,使母線電壓持續運行在極限值550kv之間。為確保向華北電網送電的可靠性,面對較高的電壓,不得不將雙梨乙線停電,限制系統容性無功的增長,使雙遼發電廠大量的電能不能及時送出,制約了東北地區電力資源的交換。
隨着500kV和750kV輸變電工程的建設與投運,並聯電抗器已愈來愈呈現出不可替代的作用。並聯電抗器投入容量的不足將直接成為電能輸送的關鍵問題。2002年9月27日500kV沙梨乙線停電期間,由於並聯電抗器的切除,使梨樹變電站500kV母線電壓由538kV上升為555kV,嚴重超出了母線允許電壓的上限值(允許上限550kV)。調度部門在採取多方調整運行方式後仍未收到滿意效果。在梨合線新建並聯電抗器工程不能按期投產的情況下,使雙遼發電廠兩台30萬kw機組不能達到滿負荷運行條件。
- 參考資料
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- 1. 張麗萍, 宗偉. 在電路原理課程中引入並聯電抗器工作原理的內容[J]. 電氣電子教學學報, 2003, 25(5):19-21.
- 2. 張麗, 徐玉琴. 並聯電抗器在超(特)高壓電網中應用及發展[J]. 電力自動化設備, 2007, 27(4):75-78.
- 3. 500kV 超高壓並聯電抗器中性點和小電抗器的過電壓保護及其絕緣水平 .知網[引用日期2013-04-11]