500千伏縱寶線串聯(lián)電抗器工程主要技術(shù)介紹及分析

500千伏縱寶線串聯(lián)電抗器工程主要技術(shù)介紹及分析摘要：本文展示縱寶線裝設(shè)單臺(tái)容量世界最大的串聯(lián)電抗器工程的主要技術(shù)，為類似工程建設(shè)提供實(shí)例參考指導(dǎo)。介紹分析在500千伏縱江至寶安線路上裝設(shè)串抗的技術(shù)必要性、串抗本體的技術(shù)、一次和二次的技術(shù)。說明該工程有顯著地降低莞深地區(qū)短路電流水平的效果、研制串抗本體的技術(shù)難點(diǎn)、有刀閘一次接線的合理性及串抗內(nèi)部故障缺乏電量保護(hù)的情況。提出該工程技術(shù)值得推廣、大容量干式空心串抗內(nèi)部故障及保護(hù)值得研究。關(guān)鍵詞：串聯(lián)電抗器；工程；技術(shù)；介紹；分析引言500千伏縱寶線串聯(lián)電抗器工程于2014年5月26日竣工投產(chǎn)。該工程是在東莞500千伏縱江站至深圳500千伏寶安站雙回線路（簡(jiǎn)稱縱寶甲乙線）上裝設(shè)500千伏串聯(lián)限流電抗器（簡(jiǎn)稱串抗），該串抗單臺(tái)容量168MVar，投產(chǎn)時(shí)單臺(tái)容量在同類型產(chǎn)品中世界最大［1］。此前國(guó)內(nèi)已投運(yùn)的串抗單臺(tái)容量最大80.46Mvar，此串抗裝設(shè)在上海500千伏泗涇站；此前國(guó)外串抗有較多應(yīng)用，如巴西550千伏Tucurui水電廠母線串抗單臺(tái)容量較大為67.6Mvar。本文介紹分析并試圖展示該單臺(tái)容量世界最大的串抗工程的主要技術(shù)，為類似工程建設(shè)提供實(shí)例參考指導(dǎo)，拋磚引玉，促進(jìn)串抗工程技術(shù)的學(xué)術(shù)交流。1.在500千伏縱寶甲乙線上裝設(shè)串抗的技術(shù)必要性分析莞深地區(qū)社會(huì)用電量巨大，用電負(fù)荷極高，負(fù)荷密度超大，這些決定莞深及其近區(qū)電網(wǎng)聯(lián)系緊密，樞紐站多，電廠及變電站的出線普遍多。2014年?yáng)|莞500千伏縱江站投產(chǎn)后，同期投產(chǎn)的500千伏縱寶甲乙線進(jìn)一步拉近深圳、東莞電網(wǎng)間的電氣距離。在縱寶線近區(qū)的深圳、東莞、惠州及廣州的220千伏電網(wǎng)按分片運(yùn)行方式，500千伏電網(wǎng)按全接線運(yùn)行方式，縱寶甲乙線不裝設(shè)串抗的條件下對(duì)2014年、2015年500千伏母線短路電流進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果顯示：2014年深圳寶安站及鵬城站500千伏母線短路電流均超過63kA，東莞縱江站500千伏母線短路電流超過60kA；2015年深圳寶安站、鵬城站、紫荊站及東莞縱江站500千伏母線短路電流均超過63kA。通過計(jì)算分析莞深電網(wǎng)500千伏母線總短路電流各分支回路貢獻(xiàn)比例發(fā)現(xiàn)：在關(guān)鍵的500千伏縱寶甲乙線，鵬深甲乙線上裝設(shè)適當(dāng)?shù)拇辜瓤捎行Ы档洼干铍娋W(wǎng)短路電流水平，又可保證電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行，提高調(diào)度運(yùn)行靈活性。表1的母線短路電流計(jì)算結(jié)果顯示：在縱寶甲乙線上裝設(shè)21歐姆串抗有顯著地降低短路電流效果，2014年、2015年、2020年及2030年各站500千伏母線短路電流均未超過63kA［2］。表1縱寶甲乙線裝設(shè)21歐姆串抗各水平年短路電流Table1Short-circuitcurrentundertherebeingserialreactorof21QonZongbaolines注：鵬深線裝設(shè)21歐姆串抗；表中數(shù)值單位kA。2主設(shè)備串抗本體的技術(shù)介紹及分析串抗由北京電力設(shè)備總廠研制，考慮制造和運(yùn)輸方便，單相分兩臺(tái)串抗串聯(lián)，兩回線路共裝設(shè)12臺(tái)，屬于干式空心戶外串聯(lián)限流固定電感量電抗器，串抗型號(hào)為XKK-500-4000-15。2.1基本技術(shù)數(shù)據(jù)單臺(tái)額定容量168MVar,額定電流4000A,短時(shí)耐受電流20kA（2S），峰值耐受電流51kA，額定電壓500kV，單臺(tái)額定阻抗10.5歐姆，單相額定阻抗21歐姆；單臺(tái)串抗本體重量42.3噸，總重量61.6噸，線圈直徑4.11米，高度4.04米，電抗器爬距3.53米；每臺(tái)串抗有21個(gè)包封層，最外層是沒有線圈的假包封層，其余20個(gè)包封層有線圈；匝間、股間絕緣耐熱等級(jí)為H級(jí)，整體絕緣耐熱等級(jí)為F級(jí)，單臺(tái)損耗不大于260kW，繞組平均溫升不大于57k，繞組熱點(diǎn)溫升不大于78k；串抗通過額定電流4000A，離開串抗表面3米遠(yuǎn)，在串抗高度1/3至2/3之間測(cè)量噪聲（聲壓級(jí)）不大于62.4dB。2.2電氣絕緣串抗本體D級(jí)防污，單臺(tái)上下端子間絕緣水平：額定雷電沖擊耐壓1240kV；額定截波沖擊耐壓1300kV，額定操作沖擊耐壓850kV［3］。2.3串抗本體試驗(yàn)包括型式、出廠及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)三類。型式試驗(yàn)主要包括沖擊耐壓試驗(yàn)、溫升試驗(yàn)、工頻耐壓試驗(yàn)、短時(shí)電流而授試驗(yàn)（因全世界均不能做，用等效試驗(yàn)或計(jì)算書代替）、無線電干擾試驗(yàn)、聲級(jí)測(cè)量及抗震試驗(yàn)（可用計(jì)算書代替）；出廠試驗(yàn)主要包括結(jié)構(gòu)及外觀檢查、直流電阻測(cè)量、電抗測(cè)量、損耗測(cè)量、溫升試驗(yàn)、聲級(jí)測(cè)量及雷電沖擊試驗(yàn)。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)主要包括外觀檢查、直流電阻測(cè)量、電抗測(cè)量及紅外測(cè)溫檢查（投運(yùn)24小時(shí)后）［4］。2.4串抗研制主要技術(shù)及難點(diǎn)分析{5-9}1） 損耗控制。本串抗損耗率=260kW/168000kVar=0.1548%w/Var<0.2%（行業(yè)一般公認(rèn)要求）很低，主要采用降低渦流損耗的技術(shù)方法實(shí)現(xiàn)，如減小單根鋁導(dǎo)線的橫截面積。2） 絕緣控制。匝間、股間絕緣通過優(yōu)化絕緣結(jié)構(gòu)及提升絕緣材料性能實(shí)現(xiàn)控制；串抗外絕緣（即各包封層表面絕緣）通過提高電抗器上下端之間表面爬電距離而實(shí)現(xiàn)控制；局部表面放電通過防雨罩，均壓環(huán)及憎水性涂層等技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)控制。3） 溫升控制主要通過減小損耗，采用等溫、均流設(shè)計(jì)技術(shù)，優(yōu)化散熱結(jié)構(gòu)等措施實(shí)現(xiàn)。4） 噪聲控制主要通過密實(shí)緊固、外加假包封層及加降噪防雨裝置實(shí)現(xiàn)。5） 電感量精度控制主要通過采用反復(fù)驗(yàn)證過的計(jì)算程序來設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)現(xiàn)。6） 抗短路電流能力通過加強(qiáng)上下匯流架等受力結(jié)構(gòu)及電動(dòng)力計(jì)算實(shí)現(xiàn)控制。3一次介紹及分析3.1線路串抗一次接線線路串抗一次接線按有、無刀閘區(qū)分為有刀閘接線和無刀閘接線。有刀閘接線如圖1所示，串抗兩端帶有刀閘，且有旁路刀閘。線路帶串抗運(yùn)行時(shí)，CK0斷開，CK1、CK2合上；線路不帶串抗運(yùn)行時(shí)，CK1、CK2斷開，CK0合上。線路由帶串抗運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換為不帶串抗運(yùn)行方式的操作如下：線路停電后，合上CK0，拉開CK1、CK2，再恢復(fù)送電；線路由不帶串抗運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換為帶串抗運(yùn)行方式的操作如下：線路停電后，合上CK1、CK2，拉開CK0，再恢復(fù)送電。圖1線路串抗有刀閘一次接線Fig.1Primaryconnectionoflineserialreactorwithdisconnector無刀閘接線如圖2所示，串抗兩端不帶刀閘，亦無旁路刀閘，串抗、線路和旁路連線之間采用可拆接的連線方式以適應(yīng)運(yùn)行方式的切換。D1、D2、D3、D4是可拆接的連線。線路由帶串抗運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換為不帶串抗運(yùn)行方式的操作為：線路停電后，拆斷D1、D2連線，連通D3、D4連線，再恢復(fù)送電；線路由不帶串抗運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換為帶串抗運(yùn)行方式的操作為：線路停電后，拆斷D3、D4連線，連通D1、D2連線，再恢復(fù)送電。圖1線路串抗無刀閘一次接線Fig.2Primaryconnectionoflineserialreactorwithoutdisconnector本工程采用無刀閘接線，并在實(shí)際設(shè)計(jì)施工中巧妙地將D1、D3合用一根線，該線與線路側(cè)相連點(diǎn)固定，該線另一端可活動(dòng)連通旁路連線或串抗回路管母線；D2、D4合用一根線，完全類同D1、D3。3.2有刀閘接線和無刀閘接線的優(yōu)缺點(diǎn)分析線路在帶串抗運(yùn)行方式和不帶串抗運(yùn)行方式切換時(shí)，有刀閘接線通過操作刀閘相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)，而無刀閘接線需要使用高空作業(yè)車改接一次線，相對(duì)比較困難。但是，串抗在需其限制短路電流的聯(lián)系日益緊密的電網(wǎng)中應(yīng)不會(huì)無故障輕易退出運(yùn)行，串抗運(yùn)行方式切換應(yīng)極少，且刀閘的運(yùn)維工作量遠(yuǎn)大于串抗的運(yùn)維工作量，無刀閘接線更合理有利。有刀閘接線須配六組500千伏刀閘、繼電器室、直流系統(tǒng)、警傳室，污水處理設(shè)施、通風(fēng)及空調(diào)設(shè)備，而無刀閘接線都不需配；有刀閘接線需要兩路10千伏站外電源、兩臺(tái)站用變，而無刀閘接線只需要一路10千伏站外電源、一臺(tái)站用變；有刀閘接線串抗站圍墻內(nèi)面積為10166m2,而無刀閘接線串抗站圍墻內(nèi)面積僅為5848m2。無刀閘接線相比有刀閘接線占地少，綜合投資少，一次、二次及生產(chǎn)附屬設(shè)施運(yùn)維工作量少很多。4二次介紹及分析縱寶線串抗共用裝設(shè)在線路兩側(cè)站的縱寶線保護(hù)，主一、主二均是南瑞繼保公司的RCS-931N5YV型線路保護(hù)，主要保護(hù)功能有光纖分相電流差動(dòng)主保護(hù)，相間接地距離及零序電流后備保護(hù)。串抗未配置任何專用保護(hù)。表2是串抗故障類型和保護(hù)動(dòng)作之間的關(guān)系[10-14]。表2串抗故障類型和保護(hù)動(dòng)作關(guān)系Table2Relationshipbetweenserialreactorfaulttypeandprotectionaction從表2可知，對(duì)于單臺(tái)串抗內(nèi)部的各種故障，沒有可靠靈敏的電量保護(hù)。為彌補(bǔ)減輕這一點(diǎn)，本工程為串抗裝設(shè)紅外測(cè)溫系統(tǒng)[15]，運(yùn)行人員根據(jù)溫度測(cè)量結(jié)果判斷串抗內(nèi)部是否故障而人工采取進(jìn)一步行動(dòng)。5結(jié)語(yǔ)在縱寶線上裝設(shè)21歐姆串抗能顯著地降低莞深地區(qū)短路電流水平，研制世界單臺(tái)最大容量串抗存在損耗、溫升、絕緣、噪聲、電感量精度及電動(dòng)力等技術(shù)難點(diǎn)，有刀閘一次接線比無刀閘一次接線更經(jīng)濟(jì)合理，大容量串抗內(nèi)部故障缺乏靈敏可靠的電量保護(hù)。該工程技術(shù)值得推廣，大容量串抗內(nèi)部故障的保護(hù)值得研究。參考文獻(xiàn)：500kV縱寶線串聯(lián)電抗器調(diào)研報(bào)告[B].Investigatingreportofseriesreactoron500kVZongbaoLines[B].500kV縱寶線串聯(lián)電抗器工程可行性研究報(bào)告[B].Reportonpracticabilityresearchingof500kVZongbaoLinesseriesreactorengineering[B].500kV縱寶線串聯(lián)電抗器出廠試驗(yàn)報(bào)告[B].Factorytestreportofseriesreactoron500kVZongbaoLines[B].⑷500kV縱寶線串聯(lián)電抗器物資采購(gòu)技術(shù)協(xié)議[B].Technicalagreementonmaterialspurchasingofseriesreactoron500kVZongbaoLines[B].楊帆.干式空心限流電抗器技術(shù)特點(diǎn)[J].華東電力，2005，33（5）：38-40.YANGFang.Technicalcharacteristicsofdry-typeair-corelimiting-currnetreactor[J].EastChinaElectricPower，2005，33（5）：38-40.鄭莉平，陳靜謹(jǐn).干式空心電抗器磁通量和電感的計(jì)算[J].高電壓技術(shù)，2002，（10）：18-22.ZHENGLiping，CHENJingjin.Calculationofmagneticfluxandinductanceofdry-typeair-corereactor[J].HighVoltageEngineering，2002，（10）：18-22.趙海翔.干式空心電抗器平均溫升的擬合計(jì)算法[J].變壓器，1999，（12）：7-9.ZHAOHaixiang.Fittingcalculationmethodofaveragetemperatureriseofdry-typeair-corereactor[J].Transformer，1999，（12）：7-9.楊海芳.干式空心電抗器短路電動(dòng)力的計(jì)算[J].電工技術(shù)，1999，（5）：19-23.YANGHaifang.Calculationofshort-circuitelectromagneticforceofdry-typeair-corereactor[J].ElectricEngineering，1999，（5）：19-23.朱東伯，馬春秋.等電阻電壓法在干式空心電抗器優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].變壓器，1999，（7）：21-23.ZHUDongbai，MAChunqiu.Equalresistanceandvoltagemethodapplicationinoptimizationdesignofdry-typeair-corereactor[J].Transformer,1999,（7）：21-23.[10]郭香福，孟波.空心并聯(lián)電抗器匝間短路故障電流及其過電流保護(hù)系統(tǒng)[J].變壓器，2008,（11）：20-22.GUOXiangfu，MENBo.Interturnshort-circuitfaultcurrentofair-coreshuntreactorandovercurrentprotectionsystem[J].Transformer，2008，（11）：20-22.[11]趙廣平.干式電抗器保護(hù)方式探討[J].鐵道建筑技術(shù)，2008，（2）：41-43.ZHAOGuangping.Discussionontheprotectionmodeofdry-typereactor[J].RailwayConstructionTechnology，2008，（2）：41-43.[12]陳志偉.一起35kV串聯(lián)電抗器短路故障分析及保護(hù)建議[J].電力電容器與無功補(bǔ)償，2006，（03）：39-41.CHENZhiwei.Analysisofone35kVseriesreactorshort-circuitfaultandprotectionsuggestion[J].PowerCapacitor&ReactivePowerCompensation，2006，（03）：39-41.[13]張科，原會(huì)靜，郭磊，王立