500kV線路加裝串聯(lián)電抗器對(duì)線路保護(hù)的影響

余磊 楊春連 鮮萬良

摘 要：電力事業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工作不斷發(fā)展的今天，電力系統(tǒng)串補(bǔ)裝置也得到了廣泛應(yīng)用，讓系統(tǒng)的穩(wěn)定性和線路傳輸能力得到了全面提高。因此，本文基于500kV線路加裝串聯(lián)電抗器進(jìn)行分析，在詳細(xì)分析了加裝串補(bǔ)裝置的原因作用后，從實(shí)際出發(fā)進(jìn)一步探討串補(bǔ)裝置在線路保護(hù)上的作用，并提出一定的改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：500kV線路;串聯(lián)電抗器;線路保護(hù);短路電流

電力技術(shù)水平不斷提高的同時(shí)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，建設(shè)中面臨的風(fēng)險(xiǎn)逐漸增加，在這樣的情況下，必須要全面加強(qiáng)線路保護(hù)工作，以此保證電力運(yùn)行穩(wěn)定，滿足國(guó)民日益增長(zhǎng)的電力需求。加裝串補(bǔ)裝置是目前較為常見的線路保護(hù)方式，但在實(shí)際應(yīng)用過程中還存在一定的問題，需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行具體分析。

一、500kV線路加裝串聯(lián)電抗器的原因和作用

500kV變電站是國(guó)家電網(wǎng)運(yùn)行過程中的主體，在維持國(guó)家電力供應(yīng)穩(wěn)定性上發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。但是，在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜化的過程中，電力運(yùn)行過程中存在的風(fēng)險(xiǎn)也逐漸增加。想要提高電路系統(tǒng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的抵御能力，就要結(jié)合實(shí)際情況，適當(dāng)加裝串補(bǔ)裝置。電抗器是加裝串補(bǔ)裝置中最常見的一種，也是應(yīng)用范圍最廣泛的一種，其具有經(jīng)濟(jì)、便捷、高效的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用過程中可以有效限制電網(wǎng)短路電流水平，從根本上規(guī)避線路運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。通過對(duì)過往短路電流故障的分析來看，造成這一故障的主要原因在于，電網(wǎng)的正序阻抗小于等值零序阻抗。結(jié)合實(shí)際案例分析可知，距離過長(zhǎng)、線路狀態(tài)、正序阻抗等是導(dǎo)致500kV母線的單相短路電流小于三相短路電流的主要因素。

一般情況下，電力工程技術(shù)人員會(huì)采用高阻抗變壓器、加裝串補(bǔ)裝置、建設(shè)高一級(jí)電網(wǎng)等方式，來限制短路電流。相比較而言，加裝串聯(lián)電抗器的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)最為突出，不僅可以增強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)抵御能力，而且操作簡(jiǎn)單、效果明顯，值得大范圍推廣。應(yīng)用在500kV母線上的串聯(lián)限流電抗器，大都是采用絕緣材質(zhì)制備而成，具有高耐熱性這一特點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用過程中，可以有效地減小斷路器的開斷負(fù)擔(dān)以及發(fā)電機(jī)失步概率和線路電壓損耗，同時(shí)限制短路電流的流動(dòng)。不僅如此，在500kV線路上加裝串聯(lián)電抗器，也能夠降低電磁污染，有效延長(zhǎng)線路壽命，避免出現(xiàn)超高壓輸電網(wǎng)故障[1]。

二、500kV線路加裝串聯(lián)電抗器對(duì)線路保護(hù)的影響

（一）加裝串聯(lián)電抗器后線路保護(hù)工作影響

在500kV線路上加裝了串聯(lián)電抗器之后，線路兩端的電器距離進(jìn)一步提高，串聯(lián)電抗器會(huì)在距離、阻抗等方面基于保護(hù)，但線路的保護(hù)特性不會(huì)改變。這是因?yàn)?00kV線路加裝串聯(lián)電抗器后，形成的是差動(dòng)保護(hù)，指揮對(duì)差動(dòng)量產(chǎn)生影響。500kV線路中原有的元件也不會(huì)受到加裝串聯(lián)電抗器的影響。但是在加裝串聯(lián)電抗器后，反應(yīng)距離增加，線路的有功損耗和無功損耗也會(huì)隨之增加，系統(tǒng)穩(wěn)定性可能出現(xiàn)一定的波動(dòng)，參數(shù)發(fā)生變化后，距離也會(huì)受到負(fù)面影響。在對(duì)于500kV線路加裝串聯(lián)電抗器之后，可以保證500kV母線的單相短路電流與三相短路電流相互協(xié)調(diào)，其核心是改善電網(wǎng)的正序阻抗與等值零序阻抗向平衡，進(jìn)而縮小500kV主要電源點(diǎn)與負(fù)荷中心變電站的間距，優(yōu)化正序與零序的抗阻情形。此外，由于500kV線路的實(shí)際情況會(huì)對(duì)于電網(wǎng)系統(tǒng)中的短路電流的大小起著決定性的影響，其主要原因是電網(wǎng)系統(tǒng)原有線路的平均長(zhǎng)度較小，加之多條線路進(jìn)行并聯(lián)，這種情形會(huì)導(dǎo)致主變壓器的零序電阻的阻值高于線路中的零序阻抗。一般情況下線路在電網(wǎng)系統(tǒng)中的零序阻抗通常會(huì)大于正序阻抗，進(jìn)而在500kV電網(wǎng)系統(tǒng)中的正序等值阻抗一般會(huì)小于其零序等值阻抗，因此，在500kV線路加裝串聯(lián)電抗器可有效優(yōu)化這一現(xiàn)象。

此外，為保證對(duì)于線路中短路電流的有效限制，加裝串聯(lián)電抗器這一措施的效果相較于高阻抗變器以及升級(jí)電網(wǎng)建設(shè)等方式具有明顯的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而對(duì)于電網(wǎng)短路電流的水平進(jìn)行有效的限制，并且串聯(lián)電抗器以其方便以及效率高的優(yōu)勢(shì)，在進(jìn)行電網(wǎng)系統(tǒng)的推廣過程中，可以得到較好的應(yīng)用，從而使得電路系統(tǒng)對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)的抵抗能力得到很好的強(qiáng)化，是一種具有較大現(xiàn)實(shí)意義的電網(wǎng)改進(jìn)措施。

（二）加裝串聯(lián)電抗器后線路保護(hù)工作案例

以某500kV變電站為例，為了保證該變電站中所有線路的穩(wěn)定性，在線路上加裝串聯(lián)了電抗器。通過這一措施，不僅提高了線路在復(fù)雜環(huán)境中的生存能力，也能夠滿足電流穩(wěn)定運(yùn)行的實(shí)際需求。為了保證電抗器的穩(wěn)定運(yùn)行，該變電站制定了一系列措施。第一，加裝串聯(lián)電抗器后，設(shè)備的投入與退出均由電力調(diào)度中心統(tǒng)一控制;第二，加裝串聯(lián)電抗器后，運(yùn)行人員定期檢查個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)情況，并且密切監(jiān)視線路負(fù)荷變化，以此有效避免超負(fù)荷問題的出現(xiàn);第三，全面落實(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)和紅外監(jiān)測(cè)裝置，重點(diǎn)監(jiān)控加裝串聯(lián)電抗器后，設(shè)備是否存在異?，F(xiàn)象，如溫度超標(biāo)、冒煙起火等;第四，如果加裝串聯(lián)電抗器后，出現(xiàn)了線路跳閘問題，必須要第一時(shí)間檢查并確認(rèn)設(shè)備狀態(tài)，不能夠盲目強(qiáng)送;第五，加裝串聯(lián)電抗器后，要定期對(duì)設(shè)備裝置進(jìn)行檢修，需要注意的是，在檢修過程中對(duì)應(yīng)線路要陪停[2]。

此外，這種500kV母線串聯(lián)限流電抗器在實(shí)際的應(yīng)用中，由于其通常利用具有較高耐熱性的絕緣材質(zhì)進(jìn)行制造，可以對(duì)于短路電力進(jìn)行高效的限制，在應(yīng)用中可以有效降低斷路器的開斷負(fù)擔(dān)，進(jìn)而保證斷路器的使用壽命，減輕在運(yùn)作過程中斷路器的損耗，并且其可以在很好的電路中短路情況下對(duì)電流的流量進(jìn)行限制，從而形成對(duì)于電氣設(shè)備有效保護(hù)的作用。此外串聯(lián)電抗器的應(yīng)用，可以有效的降低發(fā)電機(jī)的失步概率以及線路中的電壓損耗。在500kV線路串聯(lián)電壓器的實(shí)際應(yīng)用，可以在保證對(duì)于短路電流進(jìn)行限制的基礎(chǔ)上，減少在超高壓輸電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)電磁污染的產(chǎn)生，進(jìn)而保證電網(wǎng)運(yùn)行的科學(xué)性以及合理性。

（三）加裝串聯(lián)電抗器后線路保護(hù)工作問題

伴隨著現(xiàn)今時(shí)代背景下，電網(wǎng)建設(shè)的復(fù)雜性以及多樣性，其故障的產(chǎn)生也存在著多種不同的發(fā)展趨勢(shì)，尤其針對(duì)于短路容量的提升，在較短的線路長(zhǎng)度中，短路電流的驟增會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部短路電流水平超過既有標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而為電網(wǎng)的運(yùn)行帶來更大的風(fēng)險(xiǎn)。隨著技術(shù)的發(fā)展，在500kV線路中加裝串聯(lián)電抗器的方式，可以憑借其經(jīng)濟(jì)性、方便性以及高效性等特點(diǎn)，具有提升電網(wǎng)系統(tǒng)中對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)的有效抵抗的能力，因此，串聯(lián)電抗器在實(shí)際的電網(wǎng)建設(shè)中，被有效的應(yīng)用于電網(wǎng)建設(shè)的多個(gè)方面，但在實(shí)踐過程中，電抗器的自身以及應(yīng)用中，會(huì)存在著諸多問題，針對(duì)于其突出問題，需要相關(guān)的科研人員加大研究力度對(duì)其進(jìn)行有效的解決，進(jìn)而推動(dòng)國(guó)家電力事業(yè)的長(zhǎng)效發(fā)展。

根據(jù)該500kV變電站加裝串聯(lián)電抗器后線路繼電保護(hù)配置的實(shí)際運(yùn)行情況來看，整體運(yùn)行效率相對(duì)較優(yōu)，可以有效控制短路電流，電網(wǎng)運(yùn)行的靈活性也到了大幅度提高。但在實(shí)際運(yùn)行過程中，也出現(xiàn)一些問題。尤其是在剛完成加裝串聯(lián)電抗器后的一個(gè)階段內(nèi)，經(jīng)常需要重啟設(shè)備，甚至?xí)霈F(xiàn)死機(jī)情況。經(jīng)過紅外監(jiān)測(cè)裝置的檢查發(fā)現(xiàn)，造成這一問題的主要原因在于強(qiáng)電磁干擾，重新安裝了屏蔽層后，問題得到改善。但在后續(xù)運(yùn)行過程中依然存在重啟問題，需要對(duì)其進(jìn)行多次維修，不僅如此，加裝串聯(lián)電抗器后運(yùn)行可靠性出現(xiàn)了一定程度的降低，邏輯修改存在困難，需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)整，從而保證線路的穩(wěn)定運(yùn)行。

（四）加裝線路電抗器后線路內(nèi)部參數(shù)的變化

通常情況下，在線路中加裝串聯(lián)電抗器之后，會(huì)導(dǎo)致原始的線路參數(shù)會(huì)由于串聯(lián)電抗器的加裝而出現(xiàn)一定的變化，在電抗器進(jìn)行串聯(lián)之后相當(dāng)于加大了原有的線路兩端的電器距離，進(jìn)而導(dǎo)致線路中的總電阻值為傳統(tǒng)線路中的電阻與電抗器本身電阻的總和，一般情況下原始線路中的電阻會(huì)在實(shí)際的安裝后小于電抗器的電阻。在對(duì)于線路中參數(shù)情況的變化情況進(jìn)行研究后，可以發(fā)現(xiàn)線路的阻抗不會(huì)對(duì)于線路的保護(hù)特性進(jìn)行更改，而與距離以及阻抗等相關(guān)的部件會(huì)成為電網(wǎng)系統(tǒng)中受干擾較大的保護(hù)，究其原因主要是由于線路中的差動(dòng)保護(hù)僅存在于對(duì)于電流差動(dòng)量進(jìn)行反應(yīng)，其安裝位置主要存在于線路的兩端。

此外，由于在線路中進(jìn)行串聯(lián)電抗器的加裝，通常存在著三相參數(shù)相互對(duì)稱的特性，因而在電路系統(tǒng)中的固有的反應(yīng)非對(duì)稱分量的負(fù)序以及零序的保護(hù)元件一般不會(huì)由于線路中加裝串聯(lián)電抗器而受到相應(yīng)的影響，這種情況與傳統(tǒng)的元件反應(yīng)關(guān)系相互不統(tǒng)一，同時(shí)，對(duì)于加裝串聯(lián)電抗器之后，反應(yīng)距離的阻抗元件是否受到影響，要根據(jù)線路的實(shí)際情況進(jìn)行考量。

（五）串聯(lián)電抗器的加裝對(duì)于線路保護(hù)的原理

一方面，設(shè)置的電流值小于流過線路中電抗器以及固有電阻的前后電流差的絕對(duì)值是差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的結(jié)果的判斷依據(jù)，這一結(jié)果顯示其并沒有在加裝串聯(lián)電抗器之后受到影響;另一方面，設(shè)置的電阻值大于流過電路前的電壓與流過電路之后的電流的比值是距離保護(hù)動(dòng)作結(jié)果的判定依據(jù)，這一結(jié)果顯示，其受到了在加裝串聯(lián)電抗器后線路內(nèi)部總阻抗增加的影響。

在電流流過加裝串聯(lián)電抗器的總阻值產(chǎn)生變化的線路之后，其線路段內(nèi)的整定值從原電阻的80%提升為了原有電阻加電抗器電阻總和的80%，這種情況下，相應(yīng)的保護(hù)會(huì)使線路內(nèi)部出現(xiàn)相間故障或者接地時(shí)，對(duì)于變化情況作出一定的反應(yīng)，這時(shí)線路段就會(huì)對(duì)于串聯(lián)電抗器以及本線路全長(zhǎng)的有效保護(hù)，因此，對(duì)于定值的適當(dāng)調(diào)整，可以為流經(jīng)電抗器之后的線路段進(jìn)行有效的距離保護(hù)，并且對(duì)于動(dòng)作特性的相應(yīng)要求，在線路的實(shí)際運(yùn)行后可以保證其與相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)相符合。

三、總結(jié)

綜上所述，電網(wǎng)建設(shè)的日益復(fù)雜，電力線路中的短路容量增大，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行造成了嚴(yán)重的負(fù)面影響。在500kV線路中加裝串聯(lián)電抗器，可以最大程度保證線路安全，但在實(shí)際運(yùn)行過程中，也存在著較多的問題，需要結(jié)合實(shí)際情況，有針對(duì)性地進(jìn)行運(yùn)用，同時(shí)采取一定的措施提高運(yùn)行可靠性，以促進(jìn)電力事業(yè)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄒明浩.500kV線路高壓并聯(lián)電抗器冷卻系統(tǒng)風(fēng)冷改造分析[J].通訊世界，2019，26（02）：165-166.

[2]張媛，金銘，李山，等.220kV限流電抗器對(duì)線路過電壓的影響[J].電力電容器與無功補(bǔ)償，2018，39（03）：145-148.