1000kV分级式可控并联电抗器在特高压变电站的应用

1000kV分级式可控并联电抗器在特高压变电站的应用

柴伟恒

国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司 内蒙古 通辽 028000

摘要：可控并联电抗器（ＣＳＲ）是一种可调节系统无功功率、抑制工频过电压和潜供电流、提高系统稳定性的无功调节装置，主要用于解决长距离重载线路限制过电压和无功补偿的矛盾。可控并联电抗器能够在最大程度上保持电压的稳定性，保证系统在工频过电压情况下的安全性；能够减少系统网损，对电网的弱阻尼动态稳定也有一定的改善作用，可提高电网的输送能力；同时它作为系统无功的灵活调节手段也发挥着重要作用。

关键词：特高压变电站；分级式可控并联电抗器；星形接线；布置方案

引言

近年来，新能源行业发展迅速，以太阳能、风能、核能为主的新能源并网容量正在逐年攀升，但是风力具有波动性、随机性等特点，其可控性与可调度性与传统的火电、水电相比较都较差，大规模风电并网会对电网的电压稳定性造成很大的影响。因此，根据电网容量输送情况来动态调节系统无功容量，满足系统的无功需求，进而使系统电压保持在正常范围之内，是当今一项研究的重点。分级式可控并联电抗器（HierarchicalControllableShuntReactor，HCSR）是一种直接接入超/特高压电网的动态无功补偿设备，它不仅具有传统并联电抗器改善系统稳定性、提高输电能力、抑制过电压等功能，同时又具有补偿容量可调、运行损耗小等优点，很好地解决了系统无功补偿与限制过电压对电抗器容量反向需求的矛盾，可有效提高无功调节的灵活性。国家电网有限公司建设的张北至雄安1000kV特高压交流输变电工程将分级式可控并联电抗器在特高压输变电工程中进行了首次应用，为张家口地区新能源送出创造了有利条件。

1低压电抗器故障诊断方法综述

目前，针对低压干式电抗器的常见故障，诊断方法可概括分为停电诊断方法和带电检测方法。停电诊断方法属于变压器类设备常规试验方法，经过不间断的理论及实践研究已经基本趋于成熟，主要包括外部检查、绝缘电阻测试、直阻测量、电容电感测试、匝间绝缘试验等。通过外观检查，可查找发现低压干式电抗器外部特征的异常变化，进而初步判断千式电抗器故障部位、故障类型。通过借助绝缘电阻测试，可判断干式电抗器支撑件、绝缘件的绝缘性能是否良好，发现绝缘类故障。通过直阻、电感综合测试并与线圈原始量进行具体纵向横向分析比对，可发现线圈阻性和感性量的变化，初步判断低抗绕组的电气性能。匝间绝缘测试脉冲振荡电压试验是目前诊断低压电抗器匝间绝缘非常有效的方法，该诊断方法在国内外诸多文献中已得到全面深入阐述，其有效性也已经得到大量理论与现场实践的证明。

21000kV分级式可控并联电抗器在特高压变电站的应用

2.1　０００ｋＶ分级式可控并联电抗器主要设备选择

１　０００ｋＶ分级式可控并联电抗器本体及各部件设备的选择，应根据系统条件、装置的额定容量、分级数和设备制造能力等综合条件确定。可控并联电抗器本体参数设计应重点考虑其低压侧绕组额定电压的选择，考虑绝缘成本，低压侧绕组额定电压不宜过高；考虑晶闸管及旁路断路器等设备的通流能力，低压侧电流也不宜过大；电压要尽量与现有电压等级一致，电流的大小不应使晶闸管、断路器及隔离开关等电气设备选择成为困难。因此，本工程方案低压侧相—地额定电压选择６３ｋＶ，绝缘可以按１１０ｋＶ电压等级设计；低压侧额定电流为３　１７５Ａ，从而为晶闸管和旁路断路器选型提供方便。当以６７％和３３％额定容量状态工作时，低压侧电流分别为２　１２７Ａ和１　０５９Ａ。根据前面所述的主要设计原则，本方案分级式可控并联电抗器本体选择为户外、单相、油浸、高阻抗变压器式，冷却方式为油浸自冷／油浸风冷。晶闸管阀、辅助电抗器及旁路断路器等主要部件的选择应根据系统运行条件及成套装置性能进行相关设计。考虑到晶闸管阀组仅为短时工作，旁路断路器承担长期工作电流，晶闸管应采用自冷式阀组，无需水冷系统，可靠性较高。辅助电抗器可选用干式空心或油浸式铁心电抗器，当占地受限时，宜优先采用油浸铁心式；电抗器间的耦合系数应满足容量输出偏差要求。旁路断路器宜采用合闸优先型断路器，合闸速度应满足整体性能要求；考虑到断路器需要频繁操作，在选择操作机构时，应选择适合频繁操作、长寿命的机构型式。

2.2控制策略层间切换

结合上文内容，分级式可控并联电抗器控制策略分为内层无功优化平衡控制、外层边界电压紧急控制、最外层电磁暂态控制3种。为确保系统稳定，同时确保各控制策略执行有序，将3种控制策略的优先级定义为：最外层控制>外层控制>内层控制。当线路保护动作后，分级式可控并联电抗器随即进入暂态控制方式，控制系统将闭锁内外层控制，将可控并联电抗器容量调至最大。考虑到线路保护动作可能导致外层边界电压紧急控制层的低电压越限控制动作，控制系统将低电压越限控制启动时间延时了100ms，确保最外层暂态控制准确动作。

2.3传统控制策略

传统的分级式可控并联电抗器稳态控制策略主要采用电压/无功控制。以电压控制为例，基于电压变化的控制方法以分级式可控并联电抗器所挂线路或母线的电压为控制目标，预先设定电压上下限，实时检测电压值，当电压值在设定时间内持续高于上限，则上调一定容量，计时清零；如调挡后电压仍然高于上限，则重新计时直到超过设定时间，继续上调容量，以此类推。当电压值低于下限时，控制策略同上，只是将动作改为下调一定容量。

2.4外部检查

低压电抗器停电以后，应严格按规程检查电抗器表面是否存在烧灼痕迹、绝缘开裂，电抗器外部绝缘材料与支柱瓷瓶有无显著的闪络放电痕迹、包封撑条是否存在松脱下坠情况、通风槽有无异物堵塞等情况，必要时采用内窥镜检查电抗器各层的包封外表及接线头是否良好。通过电抗器外表面检查情况，粗略诊断电抗器的状态是否良好。

2.5与主变低压侧无功设备的协调配合

特高压变电站内低压无功补偿装置为110kV设备，其投入与退出受到电压无功优化控制（AVC）系统的控制，而目前分级式可控并联电抗器并未纳入AVC系统控制范围。为避免分级式可控并联电抗器动作与变压器低压侧无功补偿装置动作冲突，对分级式可控并联电抗器动作采取了“后投后退”的配合策略。当变压器低压侧无功调节能力满足系统无功需求时，可控并联电抗器内层无功优化平衡控制不动作，当变压器低压侧无功调节能力不满足系统无功需求时，内层无功优化平衡控制启动，发出容量调节指令。

结语

ａ．本文通过磁控式可控电抗器、ＴＣＴ型可控并联电抗器和分级式可控并联电抗器的工作原理及优缺点的研究分析，结合系统功能需求和现有新技术装备的制造能力，提出现阶段特高压变电站采用分级式可控并联电抗器方案。ｂ．１　０００ｋＶ分级式可控并联电抗器由于其额定容量大，为降低低压侧设备绝缘水平以减少设备投资，电抗器低压侧三相绕组宜采用星形连接，中性点直接接地；低压绕组额定电压的确定应重点考虑其回路工作电流不大于现有开关设备的制造能力。ｃ．本文提出的特高压变电站１　０００ｋＶ分级式可控并联电抗器设计方案，电气接线形式的确定满足了可靠性、灵活性和经济性的要求，设备布置简明清晰。

参考文献

［1］崔巍，刘万英，唐放.1000kV分级式可控并联电抗器在特高压变电站的应用［J］.吉林电力，2017，45（02）：34-36，44.

［2］杨光.高阻抗变压器型可控并联电抗器电磁特性研究［D］.北京：华北电力大学，2018.