摘要：本文主要研究了我国超高压电力电路的发展现状，分析了磁控式可控并联电抗器、分级式可控并联电抗器、晶闸管控制变压器型可控并联电抗器等三种并联电抗器的技术特点，指出了高压并联电抗器在变电中的具体应用，分析了三种无偿补偿方式的特点。最后，分析了应当如何选择并联电抗器的结构型式、额定电压、安装容量、安装位置。
关键词：高压并联；电抗器；变电站；应用
电能是我国的主要能源，是国家经济发展的基础。电力工业是我国国民经济的支柱产业，对于促进国家经济高速发展具有举足轻重的作用。我国电力工业发展非常迅猛，这也带动了电力装备制造业的发展。社会经济的发展对电力系统提出了更高的要求，电力系统面临着如何超高压、远距离、低谐波、快响应、容量连续可调、大容量传输的难题。为了满足经济建设的需要，我国相继建设了500kV、750kV和1000kV等一批超高压传输电路，提高电压等级可以传输更大的容量，从而实现远距离传输电力。但是由于电容效应的存在，降低了系统的稳定性，所以常常装备高压并联电抗器来解决超高压电路中的无功补偿和降低工频过电压的问题。高压并联电抗器在超高压电路中应用很广泛，下面将探讨高压并联电抗器的上技术特点和具体作用以及高压并联电抗器在变电站的具体应用。
1、高压并联电抗器的技术特点
可控并联电抗器是一种无功调节装备，主要用于调节系统无功功率，降低系统的工频过电压，从而达到提高系统稳定性、可靠性、灵活性的目的。通常用来解决电力系统中存在的限制过高电压和无功补偿的问题。可控并联电压器能够有效降低系统损坏率，提高系统传输能力。
高压可控并联电抗器根据其构成原理不同，主要可分为磁控式可控并联电抗器、分级式可控并联电抗器、晶闸管控制变压器型可控并联电抗器三种，主要的技术特点如下：
（1）磁控式可控并联电抗器是一种通过改变铁芯的饱和程度来控制绕组直流电流大小，从而改变等效磁导率的装置。磁控式可控并联电抗器可以线性改变系统的电抗值和电抗容量，合格的磁控式可控并联电抗器可在5%-100%额定容量内连续可调，在1.1倍额定容量下连续运行。可以看出磁控式可控并联电抗器具有可以平滑调节输出容量、结构简单、成本较低的优点，但是也存在响应速度较为迟缓、灵敏度低、容易产生和谐波污染的缺点。目前，磁控式可控并联电抗器主要应用于500kV和750kV超高压电网中，但在特高压领域还没有应用实践，实际工作中应当根据工程需要选择合适的高压可控并联电抗器。
（2）分级式可控并联电抗器内部有原边和副边绕组两个部件，副边接有负载小电抗，可以改变晶闸管阀和断路器来实现分级调节传输容量。分级式可控并联电抗器可以使变压器的短路阻抗设计达到99%以上。分级式可控并联电抗器具有原理简单、运行可靠、响应速度快，并且晶闸管在工作时处于全部导通或全部关断，理论上不会产生谐波污染的优点。同时分级式可控并联电抗器维护比较简单，当系统不能正常使用时，可以将传输容量调至100%来抑制工频过电压和潜供电流。但是分级式可控并联电抗器的容量只能分级调节，假如一味的增加分级容量，也会带来系统成本过高的问题。我国在分级式可控并联电抗器研究方面走在世界前列，具有设计和研制方面的核心技术。目前，比较典型的工程有500 kV忻州分级式可控并联电抗器示范工程和750 kV敦煌变分级式可控并联电抗器示范工程等，极大了促进了我国电力产业的发展。
（3）晶闸管控制变压器型可控并联电抗器是变压器和可控并联电抗器两者的结合，它采用变压器阻抗变换的原理，通过改变副边绕组等效电抗的大小，从而实现连续调节系统容量的目的。这种电抗器为了省去抗压器中同晶闸管串联的小电抗，常常将漏抗设计接近为100%额定阻抗。晶闸管控制变压器型可控并联电抗器具有响应速度快、符合能力高的优点，通常用来解决电力系统中普遍存在的线路高抗解决无功补偿和过电压抑制间的矛盾，这种电抗器在采用风力发电的超高压输电系统中应用的比较多。在国外目前应用广泛，比如加拿大Loreatid的735 kV变电站、日本大阪的Higashi-Osaka变电站都采用了这种电抗器。目前，我国在晶闸管控制变压器型可控并联电抗器方面的研究尚不成熟，但是随着我国科技的进步和风力发电的普及，相信这种电抗器在中国未来拥有很好地应用前景。
2、高压并联电抗器在变电站中的具体作用及无功补偿方式
2.1 高压并联电抗器在变电站中的具体作用。一是可以有效降低工频电压升高数值。超高压线路传输距离一般高达上千公里，这种线路具有很大的相间和对地电容，这就会导致线路产生的无功功率，无功功率一般数值比较大，这会严重影响系统的传输效率，应用高压并联电抗器可以有效的解决这个问题；二是可以有效消除发电机的自励磁。远距离输电线路在空载运行时，发电机的电压将会自动产生自励磁。在线路中安装高压并联电抗器可以改变发电机的出口阻抗，到达消除自励磁的目的；三是可以使线路中的电压合理分布并减缓线路损坏。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆超高压线路中传输的电压功率与设定功率不符时，会导致线路各节点电压值与额定值产生偏离，装备高压并联电抗器可以有效改善这种情况。
2.2 无功补偿方式。无功补偿是一种可以降低变压器和线路损耗，提高传输效率的技术。因此在电力系统中，装配无功功率补偿装置非常重要。选择合适的无功功率补偿装置可以有效减少线路损坏，提高整个系统的质量和稳定性。相反，假如选择的补偿装置不合适就会导致系统电压不稳，给系统稳定运行带来安全隐患。常见的无功补偿方式有同步调相机、并补装置和并联电抗器。同步调相机是在上个世纪70年代广泛应用，是一种可以对固定无功功率起到补偿作用的装置。并补装置也是一种广泛应用的无偿补偿装置，它也经常用于固定无功功率补偿，常见的有并联电容器。并联电容器更能够适应无功补偿的动态变化，但是并联电容器不能够实现无功平滑无级调节，这也是并联电容器的最大缺点。并联电抗器是现如今应用最广泛的无偿补偿装置。
3、高压并联电抗器在变电站的具体应用
3.1结构型式的选择。按照电抗器的相数可分为单项电抗器和三相电抗器。按照其构造材质的不同，可分为油浸式电抗器和干式电抗器两种。在35kV及以下的传输电压中，干式电抗器应用的较多，既可以安装在建筑内，也可以在户外安装应用。常见的干式电抗器有空芯和铁芯两类。干式空芯电抗器应用最广泛，相比于干式铁芯电抗器，具有质量小、构造简单、便于维修、运行声音小、渗油问题少等优点。正由于这些优点也导致干式空芯电抗器对电抗器使用的绝缘材料和结构设计都提出了更高的要求。油浸式电抗器内部装有气体继电器，主要部件有线圈、铁芯、油管、油箱、压力释放装置等部件。油浸式电抗器在使用中经常出现漏磁、噪音较大、漏油、油管老化等问题，但是它相比于干式电抗器有着更高的安全性、可靠性，同时成本也要低很多。
3.2额定电压的选择。电力系统中安装并联电抗器主要是为了补偿无功功率。当系统电压过高时，并联电抗器可以将电压降低到设计范围内，当系统电压低于设计水平时，并联电抗器将自动切除。电抗器长期承受的电压是线路正常运行时的电压，电抗器额定电压的选择应当主要按照正常运行电压值来确定。假如额定电压按照最高电压来确定，当线路正常运行时，将会降低系统的输出容量，损失电能，导致浪费。电抗器在高于额定电压状态下长期工作也会加快其老化，给系统运行带来安全威胁。同时，额定电压选的过低也会给系统带来各种问题。因此，应当在最高电压和标称电压的范围内选择额定电压，准确数值可以参考系统正常运行时的稳定电压和变压器三次侧的额定电压来确定。
3.3安装容量的选择。超高压电力系统的并联电抗器的容量是由很多因素决定的，确定容量需要进行技术、预算、环境等各个方面的综合论证。但是首先主要考虑的是选择多大容量的并联电抗器才能有效限制工频过电压，同时还要综合考虑削弱电容效应、系统同期并列点、降低系统线损、系统发生自励磁污染、提高电网功率因数、能否满足无功平衡的要求等因素，最后还要满足系统线路自动重合闸成功率等方面的要求。要综合考虑以上因素来确定电容器的安装容量。
3.4安装位置的选择。并联电抗器可以直接安装在超高压线路上，也可以将容量为30Mvar或者45Mvar的并联电抗器安装在变电站变压器三次侧。另外，随着城市地下电力管网的铺设，在线路空载或轻负荷运行时，会出现电压升高的问题，这是由于电缆的容性充电电流引起的。因此，有关部门要求在变电站的低压侧也安装容量为5-10Mvar的并联电抗器，来达到稳定电压的目的。由此可以看出，并联电压器主要安装地点有两种，一种是变电所的线路侧，一种是主变压器的低压侧。安装在线路侧运行维护较为困难，但是不受主变压器的约束。安装在低压侧的电抗器会受主变压器的约束。需要考虑系统需要来确定安装位置。
4、结束语
本文主要分析了三种并联电抗器的技术特点，指出了高压并联电抗器在变电中的具体应用，分析了三种无偿补偿方式的特点。最后，分析了变电站安装电抗器应当考虑的四个因素。我们应当认识到并联电抗器在高压线路中的重要作用，随着我国超高压线路建设的推进，未来并联电抗器将发挥更加重要的作用。
参考文献
[1]郑伟杰,周孝信. 基于动态磁阻的磁控式并联电抗器等效电抗暂态模型[J]. 中国电机工程学报,2011,31(04):1-6.
[2]成欢. 分级式高压可控并联电抗器微机在高压电网中的运用[J]. 机电信息,2011(36):79-80.
[3]李维亚. 线路变压电抗器作为500kV及特高压线路并联电抗器的解决方案[J]. 南方电网技术,2010,4(01):67-70.
[4]钱家骊,袁大陆,徐国政. 对1000kV电网操作过电压及相位控制高压断路器的讨论[J]. 电网技术,2005(10):1-4+8.
[5]王义红,周勤勇,卜广全,郭小江. FACTS和新型输电技术发展现状及在我国特高压电网中的应用前景研究[J]. 电工电能新技术,2013,32(04):84-90.
论文作者:王云涯
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/3/26
标签：电抗器论文; 电压论文; 可控论文; 系统论文; 高压论文; 容量论文; 线路论文; 《电力设备》2018年第29期论文;