在超高壓電網(wǎng)中,送電線路往往很長(zhǎng),因此線路的“電感——電容”效應(yīng)顯著增大,它導(dǎo)致空載線路末端工頻電壓的嚴(yán)重升高,而且在這個(gè)基礎(chǔ)上會(huì)引起幅值很高的空線拉、合閘過(guò)電壓。為解決這一問(wèn)題,此時(shí)需要在線路上裝設(shè)并聯(lián)電抗器,以補(bǔ)償線路電容電流的作用,達(dá)到限制工頻電壓升高的目的。并聯(lián)電抗器的無(wú)功功率PL對(duì)空線電容無(wú)功功率Pc的比值(PL/Pc)叫補(bǔ)償度。通常補(bǔ)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(diǎn),它使得一系列內(nèi)過(guò)電壓?jiǎn)栴}變得與一般電網(wǎng)不同。
首先,對(duì)切空線過(guò)電壓來(lái)說(shuō),L的存在大有好處。在沒(méi)有L時(shí),斷路器斷弧后空線將保持直流電壓(嚴(yán)重時(shí)其值等于相電壓),而電源電壓按工頻變化,所以在過(guò)了半個(gè)周波后,斷路器斷口所受電壓可達(dá)2Uxp,斷口可能重燃,于是引起過(guò)電壓。在有L時(shí),如果補(bǔ)償度是100%,這意味著當(dāng)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(huì)重燃??梢?jiàn),即使斷路器的滅弧能力較差,此時(shí)也不會(huì)發(fā)生重燃,于是就不會(huì)產(chǎn)生切空線過(guò)電壓了。對(duì)補(bǔ)償度為80%或66%的電抗器來(lái)說(shuō),空線自振頻率為工頻的90%或80%,此時(shí)斷路器所受恢復(fù)電壓上升速度比無(wú)電抗器時(shí)要緩慢得多,分析表明,過(guò)0.1秒或0.5秒以后,斷口電壓才達(dá)到值。在這段時(shí)間內(nèi),去游離作用加強(qiáng),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(shí)不難做到不發(fā)生重燃。我國(guó)某330KV送電線路切空線試驗(yàn)未發(fā)生過(guò)重燃(所用空氣斷路器有并聯(lián)電阻)。可見(jiàn),有并聯(lián)電抗器后,切空線過(guò)電壓已經(jīng)不成為問(wèn)題,上述線路切空線過(guò)電壓倍數(shù)僅為1.19。
其次,對(duì)合空線過(guò)電壓來(lái)說(shuō),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(guò)電壓也就“水落船低”了。此外,超高壓變壓器的繞組導(dǎo)線必定長(zhǎng),繞組的電阻較大,對(duì)合閘過(guò)電壓有一定阻尼作用,再加上超高壓線路用的是分裂導(dǎo)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(duì)合閘振蕩的作用相對(duì)來(lái)說(shuō)比一般電網(wǎng)大。因此,合空線過(guò)電壓有可能降低到2Uxg。上述線路合空線試驗(yàn)中過(guò)電壓僅為2.03Uxg。
第三,并聯(lián)電抗器對(duì)自動(dòng)重合閘過(guò)電壓也可以起作用。為此,需要在電抗器的中性點(diǎn)與大地之間串入一個(gè)小電阻R。為降低自動(dòng)重合閘過(guò)電壓需要將導(dǎo)線上的電荷盡快 “泄掉”,而在電抗器中性點(diǎn)上串入電阻R,加大了電抗器這個(gè)“泄流”通道的阻抗,從而延緩了“泄流”。當(dāng)R=0時(shí),線路電容上的電荷經(jīng)L放電時(shí)是呈往復(fù)振蕩性的,這個(gè)振蕩能維持相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間,如果不是100%補(bǔ)償,在重合閘時(shí)斷口兩側(cè)電壓的極性可能相反,從而引起嚴(yán)重的重合閘過(guò)電壓。當(dāng)接入適當(dāng)?shù)腞后,線路電容上的電荷經(jīng)L和R放電時(shí),電流很快就會(huì)衰減到很小,此后在重合閘時(shí)就接近于空線合閘的情況,于是重合閘過(guò)電壓就不嚴(yán)重了,R的值一般約為感抗值的 3%~5%。附帶指出,R還能對(duì)很多種過(guò)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(shí)耗能,可以用低壓斷路器平時(shí)將R短路,只在需要R起作用時(shí)繼電保護(hù)才打開(kāi)它。
并聯(lián)電抗器還有一個(gè)額外的好處,即為單相自動(dòng)重合閘的順利工作創(chuàng)造了條件。當(dāng)任何內(nèi)外過(guò)電壓萬(wàn)一引起線路單相接地電弧時(shí),該相斷路器就要跳閘,跳閘后接地電弧如果能夠自動(dòng)熄滅,重合閘才能成功,于是保證了供電,消滅了事故。但實(shí)際上無(wú)電抗器時(shí)超高壓線路的對(duì)地電弧根本不能在單相斷路器跳閘后自熄。當(dāng)線路C相近電源端發(fā)生接地電弧時(shí),在C相兩端斷路器跳閘后,由于電源中性點(diǎn)是接地的,此時(shí)A相和B相電源經(jīng)過(guò)該兩相導(dǎo)線對(duì)C相導(dǎo)線的互部分電容對(duì)C相接地電弧供電,這叫潛供電流的橫分量。同時(shí),A 相和B相導(dǎo)線電流經(jīng)過(guò)該兩相導(dǎo)線與C相導(dǎo)線間的互感在C相導(dǎo)線上感應(yīng)出電勢(shì),這個(gè)電勢(shì)通過(guò)C相導(dǎo)線電容向接地點(diǎn)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(bǔ)償?shù)艟涂梢粤?,也可以用一組中性點(diǎn)不接地的Y連接的等值電抗器來(lái)代替。為消除潛供電流的縱分量,在各項(xiàng)導(dǎo)線的首末端對(duì)地間各加一組合適的Y0連接的電抗器將線對(duì)地的自部分電容補(bǔ)償?shù)艟涂梢粤?。這些Y連接的和Y0連接的電抗器又可以簡(jiǎn)化合并成為Y連接的電抗器中性點(diǎn)對(duì)地加裝小電抗器的辦法,這樣就能解決單向快速自動(dòng)合閘的問(wèn)題。
綜上所述,并聯(lián)電抗器應(yīng)采用中性點(diǎn)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(guò)電壓根本不成問(wèn)題。因?yàn)楝F(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(guò)電壓很小。我國(guó)切空載330千伏變壓器的試驗(yàn)結(jié)果,過(guò)電壓僅為1.49Uxg。
空載變壓器合閘時(shí),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(huì)有過(guò)電壓出現(xiàn)。我國(guó)330千伏空載變壓器實(shí)測(cè)過(guò)電壓為1.78Uxg,GO國(guó)外超高壓電網(wǎng)測(cè)得這種過(guò)電壓在1.65Uxg~1.85Uxg范圍內(nèi)。
并聯(lián)電抗器合閘時(shí)也有些過(guò)電壓。我國(guó)實(shí)測(cè)330千伏電抗器合閘過(guò)電壓僅1.15Uxg。
并聯(lián)電抗器拉閘時(shí),由于電流很大,所以電流難以突然下降到零,因之此時(shí)過(guò)電壓不高。我國(guó)實(shí)測(cè)330千伏電抗器拉閘過(guò)電壓為1.52Uxg。國(guó)外試驗(yàn),這種過(guò)電壓一般不大,個(gè)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(dāng),也可能產(chǎn)生鐵諧振過(guò)電壓,在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免這種參數(shù)組合。如果無(wú)法避開(kāi),則在運(yùn)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(jī)會(huì)。
綜上所述,可見(jiàn)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(guò)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(yùn)行將更令人滿意。
附帶指出,在超高壓電網(wǎng)中對(duì)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(guò)電壓,而萬(wàn)一在某些能量較大的過(guò)電壓下避雷器動(dòng)作后不能滅弧時(shí),應(yīng)允許其擊穿損壞以保護(hù)其他電氣設(shè)備。在超高壓電網(wǎng)中對(duì)待斷路器并聯(lián)電阻的要求是:力求其數(shù)值與導(dǎo)線的波阻為同一數(shù)量級(jí)并且質(zhì)量可靠,但只要并聯(lián)電抗器運(yùn)用適當(dāng),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(diǎn),它使得一系列內(nèi)過(guò)電壓?jiǎn)栴}變得與一般電網(wǎng)不同。
首先,對(duì)切空線過(guò)電壓來(lái)說(shuō),L的存在大有好處。在沒(méi)有L時(shí),斷路器斷弧后空線將保持直流電壓(嚴(yán)重時(shí)其值等于相電壓),而電源電壓按工頻變化,所以在過(guò)了半個(gè)周波后,斷路器斷口所受電壓可達(dá)2Uxp,斷口可能重燃,于是引起過(guò)電壓。在有L時(shí),如果補(bǔ)償度是100%,這意味著當(dāng)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(huì)重燃??梢?jiàn),即使斷路器的滅弧能力較差,此時(shí)也不會(huì)發(fā)生重燃,于是就不會(huì)產(chǎn)生切空線過(guò)電壓了。對(duì)補(bǔ)償度為80%或66%的電抗器來(lái)說(shuō),空線自振頻率為工頻的90%或80%,此時(shí)斷路器所受恢復(fù)電壓上升速度比無(wú)電抗器時(shí)要緩慢得多,分析表明,過(guò)0.1秒或0.5秒以后,斷口電壓才達(dá)到值。在這段時(shí)間內(nèi),去游離作用加強(qiáng),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(shí)不難做到不發(fā)生重燃。我國(guó)某330KV送電線路切空線試驗(yàn)未發(fā)生過(guò)重燃(所用空氣斷路器有并聯(lián)電阻)。可見(jiàn),有并聯(lián)電抗器后,切空線過(guò)電壓已經(jīng)不成為問(wèn)題,上述線路切空線過(guò)電壓倍數(shù)僅為1.19。
其次,對(duì)合空線過(guò)電壓來(lái)說(shuō),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(guò)電壓也就“水落船低”了。此外,超高壓變壓器的繞組導(dǎo)線必定長(zhǎng),繞組的電阻較大,對(duì)合閘過(guò)電壓有一定阻尼作用,再加上超高壓線路用的是分裂導(dǎo)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(duì)合閘振蕩的作用相對(duì)來(lái)說(shuō)比一般電網(wǎng)大。因此,合空線過(guò)電壓有可能降低到2Uxg。上述線路合空線試驗(yàn)中過(guò)電壓僅為2.03Uxg。
第三,并聯(lián)電抗器對(duì)自動(dòng)重合閘過(guò)電壓也可以起作用。為此,需要在電抗器的中性點(diǎn)與大地之間串入一個(gè)小電阻R。為降低自動(dòng)重合閘過(guò)電壓需要將導(dǎo)線上的電荷盡快 “泄掉”,而在電抗器中性點(diǎn)上串入電阻R,加大了電抗器這個(gè)“泄流”通道的阻抗,從而延緩了“泄流”。當(dāng)R=0時(shí),線路電容上的電荷經(jīng)L放電時(shí)是呈往復(fù)振蕩性的,這個(gè)振蕩能維持相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間,如果不是100%補(bǔ)償,在重合閘時(shí)斷口兩側(cè)電壓的極性可能相反,從而引起嚴(yán)重的重合閘過(guò)電壓。當(dāng)接入適當(dāng)?shù)腞后,線路電容上的電荷經(jīng)L和R放電時(shí),電流很快就會(huì)衰減到很小,此后在重合閘時(shí)就接近于空線合閘的情況,于是重合閘過(guò)電壓就不嚴(yán)重了,R的值一般約為感抗值的 3%~5%。附帶指出,R還能對(duì)很多種過(guò)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(shí)耗能,可以用低壓斷路器平時(shí)將R短路,只在需要R起作用時(shí)繼電保護(hù)才打開(kāi)它。
并聯(lián)電抗器還有一個(gè)額外的好處,即為單相自動(dòng)重合閘的順利工作創(chuàng)造了條件。當(dāng)任何內(nèi)外過(guò)電壓萬(wàn)一引起線路單相接地電弧時(shí),該相斷路器就要跳閘,跳閘后接地電弧如果能夠自動(dòng)熄滅,重合閘才能成功,于是保證了供電,消滅了事故。但實(shí)際上無(wú)電抗器時(shí)超高壓線路的對(duì)地電弧根本不能在單相斷路器跳閘后自熄。當(dāng)線路C相近電源端發(fā)生接地電弧時(shí),在C相兩端斷路器跳閘后,由于電源中性點(diǎn)是接地的,此時(shí)A相和B相電源經(jīng)過(guò)該兩相導(dǎo)線對(duì)C相導(dǎo)線的互部分電容對(duì)C相接地電弧供電,這叫潛供電流的橫分量。同時(shí),A 相和B相導(dǎo)線電流經(jīng)過(guò)該兩相導(dǎo)線與C相導(dǎo)線間的互感在C相導(dǎo)線上感應(yīng)出電勢(shì),這個(gè)電勢(shì)通過(guò)C相導(dǎo)線電容向接地點(diǎn)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(bǔ)償?shù)艟涂梢粤?,也可以用一組中性點(diǎn)不接地的Y連接的等值電抗器來(lái)代替。為消除潛供電流的縱分量,在各項(xiàng)導(dǎo)線的首末端對(duì)地間各加一組合適的Y0連接的電抗器將線對(duì)地的自部分電容補(bǔ)償?shù)艟涂梢粤?。這些Y連接的和Y0連接的電抗器又可以簡(jiǎn)化合并成為Y連接的電抗器中性點(diǎn)對(duì)地加裝小電抗器的辦法,這樣就能解決單向快速自動(dòng)合閘的問(wèn)題。
綜上所述,并聯(lián)電抗器應(yīng)采用中性點(diǎn)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(guò)電壓根本不成問(wèn)題。因?yàn)楝F(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(guò)電壓很小。我國(guó)切空載330千伏變壓器的試驗(yàn)結(jié)果,過(guò)電壓僅為1.49Uxg。
空載變壓器合閘時(shí),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(huì)有過(guò)電壓出現(xiàn)。我國(guó)330千伏空載變壓器實(shí)測(cè)過(guò)電壓為1.78Uxg,GO國(guó)外超高壓電網(wǎng)測(cè)得這種過(guò)電壓在1.65Uxg~1.85Uxg范圍內(nèi)。
并聯(lián)電抗器合閘時(shí)也有些過(guò)電壓。我國(guó)實(shí)測(cè)330千伏電抗器合閘過(guò)電壓僅1.15Uxg。
并聯(lián)電抗器拉閘時(shí),由于電流很大,所以電流難以突然下降到零,因之此時(shí)過(guò)電壓不高。我國(guó)實(shí)測(cè)330千伏電抗器拉閘過(guò)電壓為1.52Uxg。國(guó)外試驗(yàn),這種過(guò)電壓一般不大,個(gè)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(dāng),也可能產(chǎn)生鐵諧振過(guò)電壓,在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免這種參數(shù)組合。如果無(wú)法避開(kāi),則在運(yùn)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(jī)會(huì)。
綜上所述,可見(jiàn)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(guò)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(yùn)行將更令人滿意。
附帶指出,在超高壓電網(wǎng)中對(duì)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(guò)電壓,而萬(wàn)一在某些能量較大的過(guò)電壓下避雷器動(dòng)作后不能滅弧時(shí),應(yīng)允許其擊穿損壞以保護(hù)其他電氣設(shè)備。在超高壓電網(wǎng)中對(duì)待斷路器并聯(lián)電阻的要求是:力求其數(shù)值與導(dǎo)線的波阻為同一數(shù)量級(jí)并且質(zhì)量可靠,但只要并聯(lián)電抗器運(yùn)用適當(dāng),不用并聯(lián)電阻也是可以的。

