摘要：在电网的建设过程中，随着负荷的增强其对无功的需求也相应提高了，在高电压或者大容量的状态下，电网安装感性无功补偿装置的根本目的就是充分发挥其对容性充电功率的补偿作用，在负荷较轻的情况下运行电网，其具备吸收无功功率、控制无功潮流以及稳定网络等特点，在改善电压质量，提高供电效率以及降低系统损耗、维持输电系统稳定运行方面起到了积极的作用。鉴于此，本文就高压并联电抗器在特高压电网中的应用展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。
关键词：特高压电网；高压并联电抗器；应用
1、安装并联电抗器的必要性
一般情况下，包括静止无功补偿器以及并联电阻器在内的感性无功补偿装置比较适合应用在大容量、高电压的电网上，在系统过电压的限制方面，在容性无功功率的吸收方面，在潜供电容电流的限制方面都起到了至关重要的作用，从而大大提高重合闸的成功率。另外，在空载或者是轻载的时候，由于长线路电容效应所引起的工频电压升高也可以由线路并联电抗器消除，这实际上是在轻载线路当中，对无功分工和沿线电压起到了很好的改善作用，潜供电流减少，线损降低，潜供电弧的熄灭速度也会随之加快，发电机自励磁作用就会被彻底消除。
2、安装并联电抗器的优点
（1）安装并联电抗器可以大大提高电网运行的经济性能，由于投切电抗器可以起到调节线路无功潮流的作用，因此，由于无功流动所引起的有功损耗就被大大的降低了，达到了降低线路损耗的目的。（2）使电网运行的安全性能得到较大的改善。（3）自励磁谐振的情况很有可能发生在同步发电机带空载长线路的过程当中，为了解决这一现象，安装并联电抗器就显得尤为重要了。
3、容升效应
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。
3、可控并联电抗器的分类
3.1、磁控式可控高抗
图1磁阀式可控高抗结构及绕组分布图
3.1.1、磁阀式可控高抗磁阀式可控高抗的结构如图1所示，其主铁心有一小段截面积小于其他部分，每个绕组上各通过一个抽头将绕组分为两部分，同一心柱上抽头间接有晶闸管K1，K2，不同心柱上下两个绕组交叉连接并联至电网，中间跨有续流二极管D。K1，K2均不导通时，电抗器等效为空载变压器；K1，K2轮流导通则可起到全波整流的作用，在绕组中形成直流控制电流。改变K1，K2的导通角即可改变控制电流的大小进而调节工作容量。磁阀式可控高抗无需外加直流控制回路，有利于减少损耗、降低成本；由于晶闸管两端只承受低电压，且只通过较小的直流电流，故对晶闸管的耐压和容量要求不高；工作范围内，只有较小的一段(铁心面积较小段)处于饱和状态，具有谐波含量小、线性伏安特性优良等优点。但磁阀式可控高抗额定容量时处在极限饱和状态，容量已达极限，过负荷能力较差，不利于抑制操作过电压；另外由于其控制回路电感大、电阻小，容量调整时过渡过程较长。
3.1.2、直流助磁式可控高抗直流助磁式可控高抗结构如图2所示，其本体包含有网侧绕组(工作绕组)和控制绕组，各绕组均采用两分支绕组结构。网侧绕组直接与电网相连，控制绕组反极性串联于直流电源。通过外励直流源在控制绕组中的施加直流电流Ik，在两个主心柱中产生等幅反向的直流偏置磁通，该直流偏置磁通对网侧电压在两心柱中引起的交流磁通分别形成正向和反向偏置，使得两心柱在交流磁通的正、负半周内轮流饱和。工作时通过改变控制电流Ik的大小，可以改变主铁芯的饱和程度，进而控制电抗器的工作容量。直流助磁式可控高抗的优点在于电抗器的工作容量大范围平滑连续可调，其稳态控制特性优良、谐波含量小，且结构简单，造价相对较低，在我国的超/特高压电网建设中应用前景广阔。
图2直流助磁式可控高抗结构图
3.2、变压器式可控高抗
20世纪末提出的变压器式可控电抗器(TCSR)，其工作原理见图3，可见它实为一高短路阻抗的多绕组变压器。图中，HVW为高压工作绕组；CWl、CW2、…、CWn为低压控制绕组，各个CW中串接反并联晶闸管，每个CW的额定功率是电抗器总额定功率的一部分，主要根据电网谐波要求而定。当第i个CWi投入工作时，第1、2、…、i-1个CW绕组均工作于短路状态，可认为其中无谐波电流存在。这样，HVW中工作绕组的电流谐波只由CWi的晶闸管导通程度决定，因此，当依次把CW投入工作并正确控制晶闸管的导通和关断时，其功率从空载到额定连续自动变化，满足谐波电流的要求。
图3变压器式可控电抗器图
4、可控电抗器的控制方式及调节范围
可控高抗的主要作用是解决长距离重载线路限制过电压和无功补偿的矛盾，究竟采用平滑调节式可控电抗器还是分级投切电抗器，则需要进行综合比较，主要参考以下几点：（1）正常运行方式下对调压的需求，包括容量、分级投切电抗器的级数等。（2）限制过电压和抑制潜供电流对电抗器容量和调节速度的要求。（3）系统暂、动态稳定对可控电抗器的要求，主要是响应时间和控制方式。（4）制造部门实现的难易度。（5）造价。就系统稳定对可控电抗器的要求而言，若系统呈现暂态稳定，则需要可控电抗器的快速无功支撑，这与可控电抗器在工况下的状态有关，对于电抗器本身，无论是平滑调节电抗器还是分级投切电抗器，都能满足要求；若系统呈现动态稳定问题，则对两者的要求不尽相同，对于平滑调节电抗器，要求其有快速的响应时间，对于分级投切电抗器，要求其有合理的控制系统。平滑调节电抗器，其响应时间越快，成本就越高，因此在选择平滑调节电抗器时，应当综合考虑响应时间与经济成本。
结束语：
在电力系统当中，电抗器作为一种无功补偿的方法，起到了至关重要的作用，随着电子电力技术的进一步发展，在很大程度上改善了电力装备和系统，特别是在特高压电网正常运行过程中，必须充分重视高压并联电抗器的重要作用。
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论文作者:王逸之
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/19
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