750kV可控并聯(lián)電抗器本體感應(yīng)電壓試驗(yàn)裝置研究

溫定筠 張秀斌 陳宏剛

（國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，蘭州 730050）

可控并聯(lián)電抗器[1-5]是能夠?qū)崿F(xiàn)容量快速可調(diào)的并聯(lián)電抗器，基本作用是抑制工頻和操作過(guò)電壓，因其具有容量快速可調(diào)的特點(diǎn)，因此輸電線(xiàn)路遇到擾動(dòng)以至負(fù)荷跳閘時(shí)，能夠立即投入全容量，防止電壓失穩(wěn)，保障系統(tǒng)安全，特別適合大潮流的超、特高壓輸電線(xiàn)路無(wú)功補(bǔ)償，可替代靜止無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，目前已在750kV 超高壓電網(wǎng)中應(yīng)用。

感應(yīng)電壓試驗(yàn)?zāi)軌蛴行У胤磻?yīng)設(shè)備內(nèi)部絕緣狀況，是可控并聯(lián)電抗器交接試驗(yàn)及診斷性試驗(yàn)中極為重要的大型試驗(yàn)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)參數(shù)合理的試驗(yàn)裝置，才能有效地完成試驗(yàn)。

1 750kV 可控并聯(lián)電抗器原理及參數(shù)

750kV 可控并聯(lián)電抗器采用交流有級(jí)可控型式，分25%、50%、75%、和100%共4 級(jí)調(diào)節(jié)，除本體外還包括二次側(cè)低壓旁路斷路器及其操作機(jī)構(gòu)、晶閘管控制裝置及隔離開(kāi)關(guān)等部分，原理如圖1所示。

圖1 可控高抗原理示意圖

圖1中AX 為一次繞組，ax 為二次繞組，二次繞組短路時(shí)，容量為100%，Xk1、Xk2、Xk3為低壓側(cè)小電抗，并接其兩側(cè)的雙向晶閘管及斷路器控制其投退，通過(guò)三臺(tái)小電抗投退的組合可控并聯(lián)電抗器可以分別實(shí)現(xiàn)25%、50%和75%的容量。當(dāng)雙向晶閘管工作在全開(kāi)通或全閉鎖兩種極限狀態(tài)，電流波形不發(fā)生畸變，無(wú)諧波，不需補(bǔ)償繞組和濾波裝置，即使二次控制晶閘管系統(tǒng)發(fā)生故障，無(wú)法正常工作，也可手動(dòng)調(diào)節(jié)斷路器來(lái)進(jìn)行容量調(diào)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高。

現(xiàn)場(chǎng)感應(yīng)電壓試驗(yàn)只是針對(duì)本體進(jìn)行，750kV可控并聯(lián)電抗器本體為三相分體結(jié)構(gòu)，其主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 750kV 可控并聯(lián)電抗器主要參數(shù)

2 感應(yīng)電壓試驗(yàn)原理及裝置

750kV 可控并聯(lián)電抗器感應(yīng)電壓試驗(yàn)參考GB1094.3《電力變壓器 第三部分 絕緣水平和絕緣試驗(yàn)和外絕緣空氣間隙》，試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)裝置輸出一定頻率的試驗(yàn)電壓至低壓繞組，同時(shí)在高壓繞組感應(yīng)出相應(yīng)幅值的試驗(yàn)電壓，原理如圖2所示。

圖2 感應(yīng)電壓試驗(yàn)原理圖

試驗(yàn)裝置主要包括變頻器、試驗(yàn)變壓器、補(bǔ)償電抗器、分壓器及相應(yīng)的加壓導(dǎo)線(xiàn)。變頻器提供合適頻率的試驗(yàn)電壓；試驗(yàn)變壓器將試驗(yàn)電源輸出電壓變換為較高幅值的試驗(yàn)電壓，并通過(guò)加壓導(dǎo)線(xiàn)將試驗(yàn)電壓施加至試品的低壓繞組端子；補(bǔ)償電抗器與試品并聯(lián)，提供感性無(wú)功從而補(bǔ)償容性無(wú)功，從而補(bǔ)償容性電流。為了防止試驗(yàn)時(shí)勵(lì)磁電流過(guò)大，試驗(yàn)電壓的頻率應(yīng)大于試品的額定頻率，通常為工頻的兩倍及以上，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，多選擇100～250Hz。試驗(yàn)中，變頻器只能輸出有功功率，因此試驗(yàn)回路中感性無(wú)功和容性無(wú)功應(yīng)達(dá)到完全平衡。

3 試驗(yàn)裝置參數(shù)

3.1 變頻器

變頻器的主要參數(shù)包括，輸入電壓、輸出電壓、輸出頻率及額定容量。輸入電壓為交流380V，輸出電壓為0～400V 可調(diào)，輸出頻率為0～350Hz 連續(xù)可調(diào)，額定容量需要根據(jù)試驗(yàn)回路消耗的有功功率確定，試驗(yàn)回路消耗的有功功率主要是可控并聯(lián)電抗器本體的鐵心損耗，包括磁滯損耗和渦流損耗兩部分?？梢愿鶕?jù)額定電壓、額定頻率下的空載損耗，通過(guò)變壓器試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)估算：

式中，fn為額定頻率，50Hz；fs為試驗(yàn)頻率；Bn為額定電壓和頻率下的磁通密度；Bs為試驗(yàn)時(shí)的磁通密度；m、n為系數(shù)，對(duì)于熱軋硅鋼片為1.3、1.6，冷軋硅鋼片為1.6、1.9。

根據(jù)電磁感應(yīng)定率，Bs和Bn有如下關(guān)系：

式中，k為試驗(yàn)電壓的倍數(shù)。

目前可控并聯(lián)電抗器使用的硅鋼片都是冷軋硅鋼片，因此試驗(yàn)時(shí)消耗的有功功率可以用下式表示：

可見(jiàn)，有功功率與試驗(yàn)電壓成正比關(guān)系，與試驗(yàn)頻率成反比關(guān)系。因此，應(yīng)盡可能提高試驗(yàn)頻率，以降低試驗(yàn)電源有功功率消耗，最高試驗(yàn)電壓為額定電壓的1.7 倍，頻率為100～250Hz，據(jù)此估算，試驗(yàn)時(shí)消耗的最大有功功率為空載損耗的 1.69～2.23 倍。出廠試驗(yàn)時(shí)，額定電壓下空載損耗為35.86kW，據(jù)此，可以估算出感應(yīng)電壓試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)回路需要的有功功率為60.6～80kW。

考慮到經(jīng)驗(yàn)公式估算的偏差，及試驗(yàn)裝置自身?yè)p耗的有功功率，選擇變頻器額定功率時(shí)應(yīng)留出至少25%的裕度，因此變頻器額定功率應(yīng)大于100kW。

3.2 試驗(yàn)變壓器

試驗(yàn)變壓器的主要參數(shù)包括輸入電壓、輸出電壓和額定容量。輸入電壓與變頻器的輸出電壓相匹配，通常選擇400V。

輸出電壓則與可控并聯(lián)電抗器的二次繞組試驗(yàn)電壓相關(guān)。試驗(yàn)時(shí)，一次繞組試驗(yàn)電壓最高應(yīng)達(dá)到二次繞組施加的試驗(yàn)電壓則為二次繞組額定電壓的1.7倍，即68kV，因此額定輸出電壓應(yīng)大于68kV。

試驗(yàn)變壓器的額定容量應(yīng)與變頻器的額定容量相同，即應(yīng)大于100 kW。

3.3 補(bǔ)償電抗器

電抗器主要用途是提供試驗(yàn)所需的無(wú)功功率。試驗(yàn)中，與被試可控并聯(lián)電抗器并聯(lián)。

電抗器的主要參數(shù)包括額定電壓、額定電感及額定容量。額定電壓的選擇原則與試驗(yàn)變壓器額定輸出電壓的選擇原則相同，應(yīng)大于可控并聯(lián)電抗器二次繞組額定電壓的1.7倍，即大于68 kV。

額定電感應(yīng)與可控并聯(lián)電抗器的等效電容相適應(yīng)，確保試驗(yàn)電壓在100～250Hz頻率范圍內(nèi)。額定容量應(yīng)不小于試驗(yàn)回路需要的無(wú)功功率。

可控并聯(lián)電抗器的等效電容通過(guò)變壓器的經(jīng)驗(yàn)公示來(lái)估算：

式中，CL為二次繞組入口電容；CH為一次繞組入口電容；k為一、二次繞組變比。

實(shí)際的入口電容很難直接測(cè)量，因此CL采用出廠試驗(yàn)二次繞組對(duì)地的電容值來(lái)替代，CH采用出廠試驗(yàn)一次繞組對(duì)地的電容量來(lái)替代。據(jù)此計(jì)算得到等效電容為0.61μF，補(bǔ)償電抗器的額定電感應(yīng)在0.74～4.2H范圍內(nèi)。

回路的無(wú)功功率可以通過(guò)下式計(jì)算，為

式中，UL為低壓側(cè)電壓。

經(jīng)計(jì)算無(wú)功功率應(yīng)在1771～4428kVar范圍內(nèi)，分別與不同額定電感的補(bǔ)償電抗器對(duì)應(yīng)，不同額定電感的補(bǔ)償電抗器額定容量見(jiàn)表2。

表2 不同額定電感補(bǔ)償電抗器額定容量

4 試驗(yàn)實(shí)踐

選擇試驗(yàn)裝置參數(shù)如表3所示。

表3 試驗(yàn)裝置參數(shù)

A 相試驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)記錄見(jiàn)表4。

表4 A 相試驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)

B、C 相試驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)與A 相基本相同，三相全部通過(guò)試驗(yàn)。根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算，可控并聯(lián)電抗器本體的等效電容為0.457μF，消耗的無(wú)功功率最大為1805kVA，消耗的有功功率最大為88.4kW。

5 結(jié)論

1）試驗(yàn)裝置中變頻器、試驗(yàn)變壓器、補(bǔ)償電抗器參數(shù)均能夠滿(mǎn)足750kV 可控并聯(lián)電抗器本體感應(yīng)電壓試驗(yàn)的需要。

2）可控并聯(lián)電抗器本體感應(yīng)電壓試驗(yàn)消耗的有功功率估算值較實(shí)際值偏差較小，偏小10%。

3）可控并聯(lián)電抗器本體等效電容估算值較實(shí)際值偏差較大，偏大30%。

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