在超高壓電網(wǎng)中,送電線路往往很長,因此線路的“電感——電容”效應(yīng)顯著增大,它導致空載線路末端工頻電壓的嚴重升高,而且在這個基礎(chǔ)上會引起幅值很高的空線拉、合閘過電壓。為解決這一問題,此時需要在線路上裝設(shè)并聯(lián)電抗器,以補償線路電容電流的作用,達到限制工頻電壓升高的目的。并聯(lián)電抗器的無功功率PL對空線電容無功功率Pc的比值(PL/Pc)叫補償度。通常補償度選在 66~100%。
并聯(lián)電抗器L的存在是超高壓電網(wǎng)最突出的特點,它使得一系列內(nèi)過電壓問題變得與一般電網(wǎng)不同。
首先,對切空線過電壓來說,L的存在大有好處。在沒有L時,斷路器斷弧后空線將保持直流電壓(嚴重時其值等于相電壓),而電源電壓按工頻變化,所以在過了半個周波后,斷路器斷口所受電壓可達2Uxp,斷口可能重燃,于是引起過電壓。在有L時,如果補償度是100%,這意味著當斷路器斷弧后,空線電容與并聯(lián)電抗器L的自振頻率恰為工頻,因此在斷口兩側(cè)的電壓變化都是工頻的,所以斷口上的恢復(fù)電壓將為0,這樣斷路器就不會重燃??梢姡词箶嗦菲鞯臏缁∧芰^差,此時也不會發(fā)生重燃,于是就不會產(chǎn)生切空線過電壓了。對補償度為80%或66%的電抗器來說,空線自振頻率為工頻的90%或80%,此時斷路器所受恢復(fù)電壓上升速度比無電抗器時要緩慢得多,分析表明,過0.1秒或0.5秒以后,斷口電壓才達到值。在這段時間內(nèi),去游離作用加強,斷口中的介質(zhì)耐壓能夠得到恢復(fù),所以斷路器切空線時不難做到不發(fā)生重燃。我國某330KV送電線路切空線試驗未發(fā)生過重燃(所用空氣斷路器有并聯(lián)電阻)??梢?,有并聯(lián)電抗器后,切空線過電壓已經(jīng)不成為問題,上述線路切空線過電壓倍數(shù)僅為1.19。
其次,對合空線過電壓來說,由于并聯(lián)電抗器的存在使空線末端工頻電壓升高不少,所以合空線過電壓也就“水落船低”了。此外,超高壓變壓器的繞組導線必定長,繞組的電阻較大,對合閘過電壓有一定阻尼作用,再加上超高壓線路用的是分裂導線,它的波阻Z=L/C較小,因此,在這種電路中所需要的臨界阻尼電阻就比較小,所以大地電阻對合閘振蕩的作用相對來說比一般電網(wǎng)大。因此,合空線過電壓有可能降低到2Uxg。上述線路合空線試驗中過電壓僅為2.03Uxg。
第三,并聯(lián)電抗器對自動重合閘過電壓也可以起作用。為此,需要在電抗器的中性點與大地之間串入一個小電阻R。為降低自動重合閘過電壓需要將導線上的電荷盡快 “泄掉”,而在電抗器中性點上串入電阻R,加大了電抗器這個“泄流”通道的阻抗,從而延緩了“泄流”。當R=0時,線路電容上的電荷經(jīng)L放電時是呈往復(fù)振蕩性的,這個振蕩能維持相當長的時間,如果不是100%補償,在重合閘時斷口兩側(cè)電壓的極性可能相反,從而引起嚴重的重合閘過電壓。當接入適當?shù)腞后,線路電容上的電荷經(jīng)L和R放電時,電流很快就會衰減到很小,此后在重合閘時就接近于空線合閘的情況,于是重合閘過電壓就不嚴重了,R的值一般約為感抗值的 3%~5%。附帶指出,R還能對很多種過電壓(例如鐵諧振,參數(shù)諧振等)起抑制作用。為了不使R在平時耗能,可以用低壓斷路器平時將R短路,只在需要R起作用時繼電保護才打開它。
并聯(lián)電抗器還有一個額外的好處,即為單相自動重合閘的順利工作創(chuàng)造了條件。當任何內(nèi)外過電壓萬一引起線路單相接地電弧時,該相斷路器就要跳閘,跳閘后接地電弧如果能夠自動熄滅,重合閘才能成功,于是保證了供電,消滅了事故。但實際上無電抗器時超高壓線路的對地電弧根本不能在單相斷路器跳閘后自熄。當線路C相近電源端發(fā)生接地電弧時,在C相兩端斷路器跳閘后,由于電源中性點是接地的,此時A相和B相電源經(jīng)過該兩相導線對C相導線的互部分電容對C相接地電弧供電,這叫潛供電流的橫分量。同時,A 相和B相導線電流經(jīng)過該兩相導線與C相導線間的互感在C相導線上感應(yīng)出電勢,這個電勢通過C相導線電容向接地點的接地電弧供電,這叫潛供電流的縱分量。于是接地電弧將不能自熄。為消除潛供電流的橫分量,在線間加一組合適的△連接的電抗器將線間互部分電容補償?shù)艟涂梢粤耍部梢杂靡唤M中性點不接地的Y連接的等值電抗器來代替。為消除潛供電流的縱分量,在各項導線的首末端對地間各加一組合適的Y0連接的電抗器將線對地的自部分電容補償?shù)艟涂梢粤恕_@些Y連接的和Y0連接的電抗器又可以簡化合并成為Y連接的電抗器中性點對地加裝小電抗器的辦法,這樣就能解決單向快速自動合閘的問題。
綜上所述,并聯(lián)電抗器應(yīng)采用中性點加小電抗及小電阻的方式。并聯(lián)電抗器宜做成兩組裝在線路中間及首末兩端。
在超高壓電網(wǎng)中,切空載變壓器過電壓根本不成問題。因為現(xiàn)代超高壓變壓器都采用冷軋硅鋼片和糾結(jié)式繞阻。在這種情況下切空變的過電壓很小。我國切空載330千伏變壓器的試驗結(jié)果,過電壓僅為1.49Uxg。
空載變壓器合閘時,由于電源的電感和變壓器的電感與變壓器電容和套管電容等形成了振蕩回路,所以也會有過電壓出現(xiàn)。我國330千伏空載變壓器實測過電壓為1.78Uxg,GO國外超高壓電網(wǎng)測得這種過電壓在1.65Uxg~1.85Uxg范圍內(nèi)。
并聯(lián)電抗器合閘時也有些過電壓。我國實測330千伏電抗器合閘過電壓僅1.15Uxg。
并聯(lián)電抗器拉閘時,由于電流很大,所以電流難以突然下降到零,因之此時過電壓不高。我國實測330千伏電抗器拉閘過電壓為1.52Uxg。國外試驗,這種過電壓一般不大,個別有較大的可以用避雷器加以限制。
在超高壓電網(wǎng)中,如電網(wǎng)參數(shù)選擇不當,也可能產(chǎn)生鐵諧振過電壓,在設(shè)計時應(yīng)盡量避免這種參數(shù)組合。如果無法避開,則在運行中應(yīng)力求避免并聯(lián)電抗器及變壓器非全相拉合閘的機會。
綜上所述,可見在超高壓電網(wǎng)中只要將并聯(lián)電抗器按以上所述方式選擇,便可以將內(nèi)部過電壓限制到很低的數(shù)值。如果在加以使用磁吹避雷器和斷路器加并聯(lián)電阻等辦法,超高壓電網(wǎng)的安全運行將更令人滿意。
附帶指出,在超高壓電網(wǎng)中對磁吹避雷器的要求是:磁吹避雷器應(yīng)能限制某些種類的過電壓,而萬一在某些能量較大的過電壓下避雷器動作后不能滅弧時,應(yīng)允許其擊穿損壞以保護其他電氣設(shè)備。在超高壓電網(wǎng)中對待斷路器并聯(lián)電阻的要求是:力求其數(shù)值與導線的波阻為同一數(shù)量級并且質(zhì)量可靠,但只要并聯(lián)電抗器運用適當,不用并聯(lián)電阻也是可以的。
并聯(lián)電抗器L的存在是超高壓電網(wǎng)最突出的特點,它使得一系列內(nèi)過電壓問題變得與一般電網(wǎng)不同。
首先,對切空線過電壓來說,L的存在大有好處。在沒有L時,斷路器斷弧后空線將保持直流電壓(嚴重時其值等于相電壓),而電源電壓按工頻變化,所以在過了半個周波后,斷路器斷口所受電壓可達2Uxp,斷口可能重燃,于是引起過電壓。在有L時,如果補償度是100%,這意味著當斷路器斷弧后,空線電容與并聯(lián)電抗器L的自振頻率恰為工頻,因此在斷口兩側(cè)的電壓變化都是工頻的,所以斷口上的恢復(fù)電壓將為0,這樣斷路器就不會重燃??梢姡词箶嗦菲鞯臏缁∧芰^差,此時也不會發(fā)生重燃,于是就不會產(chǎn)生切空線過電壓了。對補償度為80%或66%的電抗器來說,空線自振頻率為工頻的90%或80%,此時斷路器所受恢復(fù)電壓上升速度比無電抗器時要緩慢得多,分析表明,過0.1秒或0.5秒以后,斷口電壓才達到值。在這段時間內(nèi),去游離作用加強,斷口中的介質(zhì)耐壓能夠得到恢復(fù),所以斷路器切空線時不難做到不發(fā)生重燃。我國某330KV送電線路切空線試驗未發(fā)生過重燃(所用空氣斷路器有并聯(lián)電阻)??梢?,有并聯(lián)電抗器后,切空線過電壓已經(jīng)不成為問題,上述線路切空線過電壓倍數(shù)僅為1.19。
其次,對合空線過電壓來說,由于并聯(lián)電抗器的存在使空線末端工頻電壓升高不少,所以合空線過電壓也就“水落船低”了。此外,超高壓變壓器的繞組導線必定長,繞組的電阻較大,對合閘過電壓有一定阻尼作用,再加上超高壓線路用的是分裂導線,它的波阻Z=L/C較小,因此,在這種電路中所需要的臨界阻尼電阻就比較小,所以大地電阻對合閘振蕩的作用相對來說比一般電網(wǎng)大。因此,合空線過電壓有可能降低到2Uxg。上述線路合空線試驗中過電壓僅為2.03Uxg。
第三,并聯(lián)電抗器對自動重合閘過電壓也可以起作用。為此,需要在電抗器的中性點與大地之間串入一個小電阻R。為降低自動重合閘過電壓需要將導線上的電荷盡快 “泄掉”,而在電抗器中性點上串入電阻R,加大了電抗器這個“泄流”通道的阻抗,從而延緩了“泄流”。當R=0時,線路電容上的電荷經(jīng)L放電時是呈往復(fù)振蕩性的,這個振蕩能維持相當長的時間,如果不是100%補償,在重合閘時斷口兩側(cè)電壓的極性可能相反,從而引起嚴重的重合閘過電壓。當接入適當?shù)腞后,線路電容上的電荷經(jīng)L和R放電時,電流很快就會衰減到很小,此后在重合閘時就接近于空線合閘的情況,于是重合閘過電壓就不嚴重了,R的值一般約為感抗值的 3%~5%。附帶指出,R還能對很多種過電壓(例如鐵諧振,參數(shù)諧振等)起抑制作用。為了不使R在平時耗能,可以用低壓斷路器平時將R短路,只在需要R起作用時繼電保護才打開它。
并聯(lián)電抗器還有一個額外的好處,即為單相自動重合閘的順利工作創(chuàng)造了條件。當任何內(nèi)外過電壓萬一引起線路單相接地電弧時,該相斷路器就要跳閘,跳閘后接地電弧如果能夠自動熄滅,重合閘才能成功,于是保證了供電,消滅了事故。但實際上無電抗器時超高壓線路的對地電弧根本不能在單相斷路器跳閘后自熄。當線路C相近電源端發(fā)生接地電弧時,在C相兩端斷路器跳閘后,由于電源中性點是接地的,此時A相和B相電源經(jīng)過該兩相導線對C相導線的互部分電容對C相接地電弧供電,這叫潛供電流的橫分量。同時,A 相和B相導線電流經(jīng)過該兩相導線與C相導線間的互感在C相導線上感應(yīng)出電勢,這個電勢通過C相導線電容向接地點的接地電弧供電,這叫潛供電流的縱分量。于是接地電弧將不能自熄。為消除潛供電流的橫分量,在線間加一組合適的△連接的電抗器將線間互部分電容補償?shù)艟涂梢粤耍部梢杂靡唤M中性點不接地的Y連接的等值電抗器來代替。為消除潛供電流的縱分量,在各項導線的首末端對地間各加一組合適的Y0連接的電抗器將線對地的自部分電容補償?shù)艟涂梢粤恕_@些Y連接的和Y0連接的電抗器又可以簡化合并成為Y連接的電抗器中性點對地加裝小電抗器的辦法,這樣就能解決單向快速自動合閘的問題。
綜上所述,并聯(lián)電抗器應(yīng)采用中性點加小電抗及小電阻的方式。并聯(lián)電抗器宜做成兩組裝在線路中間及首末兩端。
在超高壓電網(wǎng)中,切空載變壓器過電壓根本不成問題。因為現(xiàn)代超高壓變壓器都采用冷軋硅鋼片和糾結(jié)式繞阻。在這種情況下切空變的過電壓很小。我國切空載330千伏變壓器的試驗結(jié)果,過電壓僅為1.49Uxg。
空載變壓器合閘時,由于電源的電感和變壓器的電感與變壓器電容和套管電容等形成了振蕩回路,所以也會有過電壓出現(xiàn)。我國330千伏空載變壓器實測過電壓為1.78Uxg,GO國外超高壓電網(wǎng)測得這種過電壓在1.65Uxg~1.85Uxg范圍內(nèi)。
并聯(lián)電抗器合閘時也有些過電壓。我國實測330千伏電抗器合閘過電壓僅1.15Uxg。
并聯(lián)電抗器拉閘時,由于電流很大,所以電流難以突然下降到零,因之此時過電壓不高。我國實測330千伏電抗器拉閘過電壓為1.52Uxg。國外試驗,這種過電壓一般不大,個別有較大的可以用避雷器加以限制。
在超高壓電網(wǎng)中,如電網(wǎng)參數(shù)選擇不當,也可能產(chǎn)生鐵諧振過電壓,在設(shè)計時應(yīng)盡量避免這種參數(shù)組合。如果無法避開,則在運行中應(yīng)力求避免并聯(lián)電抗器及變壓器非全相拉合閘的機會。
綜上所述,可見在超高壓電網(wǎng)中只要將并聯(lián)電抗器按以上所述方式選擇,便可以將內(nèi)部過電壓限制到很低的數(shù)值。如果在加以使用磁吹避雷器和斷路器加并聯(lián)電阻等辦法,超高壓電網(wǎng)的安全運行將更令人滿意。
附帶指出,在超高壓電網(wǎng)中對磁吹避雷器的要求是:磁吹避雷器應(yīng)能限制某些種類的過電壓,而萬一在某些能量較大的過電壓下避雷器動作后不能滅弧時,應(yīng)允許其擊穿損壞以保護其他電氣設(shè)備。在超高壓電網(wǎng)中對待斷路器并聯(lián)電阻的要求是:力求其數(shù)值與導線的波阻為同一數(shù)量級并且質(zhì)量可靠,但只要并聯(lián)電抗器運用適當,不用并聯(lián)電阻也是可以的。

