特高压交流串联补偿装置的成套方案

串联补偿技术的基本原理是利用串联于输电线路中的电容器组的容抗XC,部分地补偿线路感抗XL,使线路的等效感抗X大大降低,缩短线路等效电气距离,提高线路的输送功率极限,从而达到提高输送功率的目的。

图1-15　特高压交流可控串补装置原理示意图

特高压交流成套串联补偿装置包括:串联补偿电容器组、触发式火花间隙、阻尼装置、金属氧化物限压器(MOV)、电流互感器、绝缘平台、旁路开关、旁路隔离开关、串联隔离开关等设备。

串联补偿装置分为固定式和可控式两种。其中可控串联补偿是在固定串联补偿的基础上并联一条可控电抗器(TCR)支路形成的,正常工作中,可控串补工作在容性区以补偿线路感抗,提高线路输送功率;当线路发生接地故障时,可通过调整晶闸管阀的触发角,使可控串补工作在感性区,增加线路的总电抗,减小短路电流,而且在相控电抗器配置合适的条件下,还可以降低可控串补装置的工频过电压。由于可控串补的电抗X可以连续调节,因此可用来阻尼线路的功率摇摆,消除次同步谐振,提高电力系统的稳定性(见图1-15)。但是,与常规的固定串补相比,由于可控串补中增加了大功率晶闸管阀和纯水冷系统以及相应的相控电抗器,使得工程造价大大增加,同时降低了设备运行的可靠性。为了节省投资和提高运行可靠性,在特高压电网中仍应以固定串补为主。

由于线路串联补偿装置的参数是根据系统和线路的具体情况通过计算后确定,所以本节以1000kV晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程中1000kV长南Ⅰ线长治侧成套串联补偿(以下简称串补)装置(图1-16)为例进行介绍。

1000kV长南I线长治侧装设串补装置1组,采用固定式,额定容量1500Mvar,补偿度为20%,采用单平台布置方式。

图1-16　特高压交流串补装置外形图

(一)特高压交流串补电容器组

1.结构类型

电容器组是输电线路串联补偿装置的核心,它是由串联电容器单元通过串联、并联连接后组成的,电容器组安装在对地绝缘的串补平台上。

1000kV长南Ⅰ线长治站侧串补装置每相电容器组由8个电容器塔组成,采用双H形接线,每塔4层,每层28台,共896台电容器。电容器单元采用单相、内熔丝结构,每个单元配有内部放电电阻,保证在10min内将电容器的电压从额定电压峰值降低到75V以下。

2.主要参数(单相)

(1)电容器组。

1)系统标称电压:1000kV。

2)额定电流:5080A。

3)额定电压:98.4kV。

4)额定容量:500864kvar。

5)额定频率:50 Hz。

6)额定容抗:19.38Ω。

7)额定电容:164.3μF。

8)接线方式:单星形接线。

(2)电容器单元。

1)额定电压:6.16kV。

2)额定容量:559kvar。

3)额定频率:50 Hz。

4)绝缘水平(工频/雷电冲击):50/125kV。

5)额定电容:46.89μF。

6)额定容抗:67.88Ω。

(二)特高压交流串补金属氧化物限压器(MOV)

1.结构类型

金属氧化物限压器(MOV)与电容器组并联,限制电容器组的过电压,是串补电容器组的主保护。正常运行工况下呈现高阻值,不导通。当流过电容器的电流超过正常范围,造成电容器电压过高时,MOV导通吸收电流能量,以保护串联电容器组。

内部结构主要包括电阻片、绝缘件和绝缘外套等,与变电站内无间隙金属氧化物避雷器(MOA)相同。

特高压交流串补装置MOV外形见图1-17。

图1-17　特高压交流串补装置MOV外形图

2.主要参数(单相)

(1)额定电压:169.7kV。

(2)额定频率:50Hz。

(3)保护水平:2.3 p.u.。

(4)持续运行电压:118kV。

(5)直流8m A电压:169kV。

(6)每相MOV并联单元数:15+5。

(7)每相的能量吸收能力:68.7MJ。

(三)特高压交流串补火花间隙(GAP)

1.结构类型

火花间隙也称为强制性火花间隙,主要作用是防止发生单相接地故障时限压器组的过载,避免造成损坏。在线路出现短路故障时,限压器的能量积累是十分迅速的。要确保限压器安全,要求火花间隙在接收到触发指令后应能迅速动作,使串补装置旁路。

串补装置每组火花间隙系统主要由2台自放电型主间隙、2台触发放电型密封间隙、2只限流电阻器、2台脉冲变压器、2台高绝缘脉冲变压器、4只均压电容器、1台触发控制箱组成,两台主间隙G2、G1采用上下叠放串联连接方式,均压电容器设置在各主间隙外壳下方,其他部件均设置在主间隙G1外壳下方。主间隙由横向的闪络间隙(SL-G)和纵向的续流间隙(XL-G)并联组成,主间隙G1的套管低压端子接串补装置的低压母线,主间隙G2顶端的出线端子接高压引线。为避免产生电晕放电,间隙顶部有屏蔽件(PB)(见图1-18、图1-19)。

图1-18　特高压交流串补装置GAP原理示意图

C1、C2、C3、C4—均压电容器;G1、G2—主间隙;R1、R2—限流电阻;TRIG1、TRIG2—密封间隙;T1、T3—脉冲变压器;T2、T4—高绝缘脉冲变压器

2.主要参数(单相)

(1)额定电压:98.4kV。

(2)额定频率:48～62 Hz。

(3)间隙系统整体绝缘水平:410kV。

(4)间隙系统故障电流承载能力:63kA。

图1-19　特高压交流串补装置GAP结构图

图1-20　特高压交流串补阻尼装置外形图

(5)触发允许电压:250kVp。

(6)工频自放电电压:352kVp。

(四)特高压交流串补阻尼装置

1.结构类型

串补阻尼装置可以限制电容器组放电电流的幅值和频率,使其很快衰减;减小放电电流对电容器组、旁路开关和保护间隙的损害;迅速泄放电容器组残余电荷,避免电容器组残余电荷对线路断路器恢复电压及线路潜供电弧等产生不利影响。

阻尼装置由阻尼电抗器和阻尼电阻器两部分组成,采用并联接线方式。每相阻尼电抗器由两台干式空心阻尼电抗器并联组成;每相阻尼电阻器由两台阻尼电阻器并联组成。

特高压交流串补阻尼装置外形见图1-20。

2.主要参数(单相)

(1)额定电感:1.683m H。

(2)额定电阻:4.5Ω。

(3)电容器组放电电流频率:300Hz。

(4)故障电流和电容器放电电流承载能力:170kA。

(5)工频耐受电压:325kV。

(6)电抗器额定电流:6300A。

(7)电抗器热稳定电流(2s):63kA。

(8)电抗器动稳定电流:170kA。(www.xing528.com)

(9)阻尼率:≤0.5。

(五)特高压交流串补电流互感器

1.结构类型

串补用电流互感器按原理不同分为两种,即电子式互感器和传统式互感器。由于串补平台与地面之间需要采用光信号通信,所以互感器的二次信号需转换为光信号传输。特高压工程采用传统式电磁感应原理互感器。

串补用电流互感器按功能不同分为三种:①供串补控制保护、测量系统使用,具体为MOV支路TA(支路一、支路二)、线路TA、电容器组总电流TA、平台TA、GAP TA等;②取能TA,安装在串补进线侧母线上,为串补平台二次控保设备提供工作电源;③串补电容器组不平衡TA。其中第一、第二种为穿心式电流互感器,第三种为充油式电流互感器(见图1-21)。

图1-21　特高压交流串补装置电流互感器外形图

2.主要参数(单相)

(1)串补控制保护、测量系统用电流互感器。

1)额定一次电流:5000A。

2)额定二次电流:1A。

3)最高工作电压:3.6kV。

4)额定频率:50 Hz。

5)二次线圈额定容量:5VA;5VA。

6)二次线圈准确级次:0.2;5P30。

7)雷电冲击耐受电压:75kV。

8)1min工频耐受电压:30kV。

(2)取能用电流互感器。

1)额定一次电流:5000A。

2)额定二次电流:1A。

3)最高工作电压:3.6kV。

4)额定频率:50 Hz。

5)二次线圈额定容量:100VA;100VA。

6)雷电冲击耐受电压:75kV。

7)1min工频耐受电压:30kV。

(3)串补电容器组不平衡用电流互感器。

1)额定一次电流:3A。

2)额定二次电流:1A。

3)最高工作电压:126kV。

4)额定频率:50 Hz。

5)二次线圈额定容量:5VA;5VA。

6)二次线圈准确级次:0.2;5P5。

7)雷电冲击耐受电压:450kV。

8)操作冲击耐受电压:200kV。

9)工频耐受电压:126kV。

10)额定动稳定电流:5kA。

11)额定短时热电流(1s):2kA。

(六)特高压交流串补绝缘平台

1.结构类型

串补绝缘平台用于放置电容器组、触发式火花间隙、阻尼装置、金属氧化物限压器(MOV)、电流互感器等串补设备,其电位与输电线路相同,即特高压串补平台的绝缘水平应与特高压变电站线路侧设备相同。

串补装置平台采用热镀锌钢结构制成,结构采用减振弹簧结构。平台主梁、次梁采用热轧H型钢,次梁与主梁的连接采用叠接,梁与梁之间采用刚性连接,平台上铺钢格栅。利用支柱绝缘子、斜拉绝缘子共同对串补平台起到支撑与对地绝缘作用。利用光纤信号柱传输地面控制保护与平台测量系统之间的交互信息。

特高压交流串补装置平台绝缘外形见图1-22。

图1-22　特高压交流串补装置平台绝缘外形示意图

2.主要参数(单相)

(1)平台。

1)平台尺寸:27m×12.5m。

2)平台荷重:100t。

3)平台下表面对地高度:11.47m。

(2)光纤信号柱。

1)额定电压:1100kV。

2)工频耐受电压:1100kV。

3)雷电冲击耐受电压:2550kV。

4)操作冲击耐受电压:1800kV。

5)光损:≤0.6d B。

6)爬电距离:≥27500mm。

(3)支柱绝缘子。

1)额定电压:1100kV。

2)工频耐受电压:1100kV。

3)雷电冲击耐受电压:2550kV。

4)操作冲击耐受电压:1800kV。

5)爬电距离:≥27500mm。

6)抗压强度:1200kN。

(4)斜拉绝缘子。

1)额定电压:1100kV。

2)工频耐受电压:1100kV。

3)雷电冲击耐受电压:2550kV。

4)操作冲击耐受电压:1800kV。

5)爬电距离:≥27500mm。

6)抗拉破坏负荷:600kN。

(七)特高压交流串补旁路开关

同二(一)2(2)——敞开支柱绝缘子式。

(八)特高压交流串补旁路隔离开关

同二(二)2(2)——敞开式隔离开关。

(九)特高压交流串补串联隔离开关

同二(二)2(3)——敞开式隔离开关。