500千伏纵宝线串联电抗器工程主要技术介绍及分析

500千伏纵宝线串联电抗器工程主要技术介绍及分析摘要：本文展示纵宝线装设单台容量世界最大的串联电抗器工程的主要技术，为类似工程建设提供实例参考指导。介绍分析在500千伏纵江至宝安线路上装设串抗的技术必要性、串抗本体的技术、一次和二次的技术。说明该工程有显著地降低莞深地区短路电流水平的效果、研制串抗本体的技术难点、有刀闸一次接线的合理性及串抗内部故障缺乏电量保护的情况。提出该工程技术值得推广、大容量干式空心串抗内部故障及保护值得研究。关键词：串联电抗器；工程；技术；介绍；分析引言500千伏纵宝线串联电抗器工程于2014年5月26日竣工投产。该工程是在东莞500千伏纵江站至深圳500千伏宝安站双回线路（简称纵宝甲乙线）上装设500千伏串联限流电抗器（简称串抗），该串抗单台容量168MVar，投产时单台容量在同类型产品中世界最大［1］。此前国内已投运的串抗单台容量最大80.46Mvar，此串抗装设在上海500千伏泗泾站；此前国外串抗有较多应用，如巴西550千伏Tucurui水电厂母线串抗单台容量较大为67.6Mvar。本文介绍分析并试图展示该单台容量世界最大的串抗工程的主要技术，为类似工程建设提供实例参考指导，抛砖引玉，促进串抗工程技术的学术交流。1.在500千伏纵宝甲乙线上装设串抗的技术必要性分析莞深地区社会用电量巨大，用电负荷极高，负荷密度超大，这些决定莞深及其近区电网联系紧密，枢纽站多，电厂及变电站的出线普遍多。2014年东莞500千伏纵江站投产后，同期投产的500千伏纵宝甲乙线进一步拉近深圳、东莞电网间的电气距离。在纵宝线近区的深圳、东莞、惠州及广州的220千伏电网按分片运行方式，500千伏电网按全接线运行方式，纵宝甲乙线不装设串抗的条件下对2014年、2015年500千伏母线短路电流进行计算，计算结果显示：2014年深圳宝安站及鹏城站500千伏母线短路电流均超过63kA，东莞纵江站500千伏母线短路电流超过60kA；2015年深圳宝安站、鹏城站、紫荆站及东莞纵江站500千伏母线短路电流均超过63kA。通过计算分析莞深电网500千伏母线总短路电流各分支回路贡献比例发现：在关键的500千伏纵宝甲乙线，鹏深甲乙线上装设适当的串抗既可有效降低莞深电网短路电流水平，又可保证电网安全可靠运行，提高调度运行灵活性。表1的母线短路电流计算结果显示：在纵宝甲乙线上装设21欧姆串抗有显著地降低短路电流效果，2014年、2015年、2020年及2030年各站500千伏母线短路电流均未超过63kA［2］。表1纵宝甲乙线装设21欧姆串抗各水平年短路电流Table1Short-circuitcurrentundertherebeingserialreactorof21QonZongbaolines注：鹏深线装设21欧姆串抗；表中数值单位kA。2主设备串抗本体的技术介绍及分析串抗由北京电力设备总厂研制，考虑制造和运输方便，单相分两台串抗串联，两回线路共装设12台，属于干式空心户外串联限流固定电感量电抗器，串抗型号为XKK-500-4000-15。2.1基本技术数据单台额定容量168MVar,额定电流4000A,短时耐受电流20kA（2S），峰值耐受电流51kA，额定电压500kV，单台额定阻抗10.5欧姆，单相额定阻抗21欧姆；单台串抗本体重量42.3吨，总重量61.6吨，线圈直径4.11米，高度4.04米，电抗器爬距3.53米；每台串抗有21个包封层，最外层是没有线圈的假包封层，其余20个包封层有线圈；匝间、股间绝缘耐热等级为H级，整体绝缘耐热等级为F级，单台损耗不大于260kW，绕组平均温升不大于57k，绕组热点温升不大于78k；串抗通过额定电流4000A，离开串抗表面3米远，在串抗高度1/3至2/3之间测量噪声（声压级）不大于62.4dB。2.2电气绝缘串抗本体D级防污，单台上下端子间绝缘水平：额定雷电冲击耐压1240kV；额定截波冲击耐压1300kV，额定操作冲击耐压850kV［3］。2.3串抗本体试验包括型式、出厂及现场试验三类。型式试验主要包括冲击耐压试验、温升试验、工频耐压试验、短时电流而授试验（因全世界均不能做，用等效试验或计算书代替）、无线电干扰试验、声级测量及抗震试验（可用计算书代替）；出厂试验主要包括结构及外观检查、直流电阻测量、电抗测量、损耗测量、温升试验、声级测量及雷电冲击试验。现场试验主要包括外观检查、直流电阻测量、电抗测量及红外测温检查（投运24小时后）［4］。2.4串抗研制主要技术及难点分析{5-9}1） 损耗控制。本串抗损耗率=260kW/168000kVar=0.1548%w/Var<0.2%（行业一般公认要求）很低，主要采用降低涡流损耗的技术方法实现，如减小单根铝导线的横截面积。2） 绝缘控制。匝间、股间绝缘通过优化绝缘结构及提升绝缘材料性能实现控制；串抗外绝缘（即各包封层表面绝缘）通过提高电抗器上下端之间表面爬电距离而实现控制；局部表面放电通过防雨罩，均压环及憎水性涂层等技术措施实现控制。3） 温升控制主要通过减小损耗，采用等温、均流设计技术，优化散热结构等措施实现。4） 噪声控制主要通过密实紧固、外加假包封层及加降噪防雨装置实现。5） 电感量精度控制主要通过采用反复验证过的计算程序来设计计算实现。6） 抗短路电流能力通过加强上下汇流架等受力结构及电动力计算实现控制。3一次介绍及分析3.1线路串抗一次接线线路串抗一次接线按有、无刀闸区分为有刀闸接线和无刀闸接线。有刀闸接线如图1所示，串抗两端带有刀闸，且有旁路刀闸。线路带串抗运行时，CK0断开，CK1、CK2合上；线路不带串抗运行时，CK1、CK2断开，CK0合上。线路由带串抗运行方式转换为不带串抗运行方式的操作如下：线路停电后，合上CK0，拉开CK1、CK2，再恢复送电；线路由不带串抗运行方式转换为带串抗运行方式的操作如下：线路停电后，合上CK1、CK2，拉开CK0，再恢复送电。图1线路串抗有刀闸一次接线Fig.1Primaryconnectionoflineserialreactorwithdisconnector无刀闸接线如图2所示，串抗两端不带刀闸，亦无旁路刀闸，串抗、线路和旁路连线之间采用可拆接的连线方式以适应运行方式的切换。D1、D2、D3、D4是可拆接的连线。线路由带串抗运行方式转换为不带串抗运行方式的操作为：线路停电后，拆断D1、D2连线，连通D3、D4连线，再恢复送电；线路由不带串抗运行方式转换为带串抗运行方式的操作为：线路停电后，拆断D3、D4连线，连通D1、D2连线，再恢复送电。图1线路串抗无刀闸一次接线Fig.2Primaryconnectionoflineserialreactorwithoutdisconnector本工程采用无刀闸接线，并在实际设计施工中巧妙地将D1、D3合用一根线，该线与线路侧相连点固定，该线另一端可活动连通旁路连线或串抗回路管母线；D2、D4合用一根线，完全类同D1、D3。3.2有刀闸接线和无刀闸接线的优缺点分析线路在带串抗运行方式和不带串抗运行方式切换时，有刀闸接线通过操作刀闸相对容易实现，而无刀闸接线需要使用高空作业车改接一次线，相对比较困难。但是，串抗在需其限制短路电流的联系日益紧密的电网中应不会无故障轻易退出运行，串抗运行方式切换应极少，且刀闸的运维工作量远大于串抗的运维工作量，无刀闸接线更合理有利。有刀闸接线须配六组500千伏刀闸、继电器室、直流系统、警传室，污水处理设施、通风及空调设备，而无刀闸接线都不需配；有刀闸接线需要两路10千伏站外电源、两台站用变，而无刀闸接线只需要一路10千伏站外电源、一台站用变；有刀闸接线串抗站围墙内面积为10166m2,而无刀闸接线串抗站围墙内面积仅为5848m2。无刀闸接线相比有刀闸接线占地少，综合投资少，一次、二次及生产附属设施运维工作量少很多。4二次介绍及分析纵宝线串抗共用装设在线路两侧站的纵宝线保护，主一、主二均是南瑞继保公司的RCS-931N5YV型线路保护，主要保护功能有光纤分相电流差动主保护，相间接地距离及零序电流后备保护。串抗未配置任何专用保护。表2是串抗故障类型和保护动作之间的关系[10-14]。表2串抗故障类型和保护动作关系Table2Relationshipbetweenserialreactorfaulttypeandprotectionaction从表2可知，对于单台串抗内部的各种故障，没有可靠灵敏的电量保护。为弥补减轻这一点，本工程为串抗装设红外测温系统[15]，运行人员根据温度测量结果判断串抗内部是否故障而人工采取进一步行动。5结语在纵宝线上装设21欧姆串抗能显著地降低莞深地区短路电流水平，研制世界单台最大容量串抗存在损耗、温升、绝缘、噪声、电感量精度及电动力等技术难点，有刀闸一次接线比无刀闸一次接线更经济合理，大容量串抗内部故障缺乏灵敏可靠的电量保护。该工程技术值得推广，大容量串抗内部故障的保护值得研究。参考文献：500kV纵宝线串联电抗器调研报告[B].Investigatingreportofseriesreactoron500kVZongbaoLines[B].500kV纵宝线串联电抗器工程可行性研究报告[B].Reportonpracticabilityresearchingof500kVZongbaoLinesseriesreactorengineering[B].500kV纵宝线串联电抗器出厂试验报告[B].Factorytestreportofseriesreactoron500kVZongbaoLines[B].⑷500kV纵宝线串联电抗器物资采购技术协议[B].Technicalagreementonmaterialspurchasingofseriesreactoron500kVZongbaoLines[B].杨帆.干式空心限流电抗器技术特点[J].华东电力，2005，33（5）：38-40.YANGFang.Technicalcharacteristicsofdry-typeair-corelimiting-currnetreactor[J].EastChinaElectricPower，2005，33（5）：38-40.郑莉平，陈静谨.干式空心电抗器磁通量和电感的计算[J].高电压技术，2002，（10）：18-22.ZHENGLiping，CHENJingjin.Calculationofmagneticfluxandinductanceofdry-typeair-corereactor[J].HighVoltageEngineering，2002，（10）：18-22.赵海翔.干式空心电抗器平均温升的拟合计算法[J].变压器，1999，（12）：7-9.ZHAOHaixiang.Fittingcalculationmethodofaveragetemperatureriseofdry-typeair-corereactor[J].Transformer，1999，（12）：7-9.杨海芳.干式空心电抗器短路电动力的计算[J].电工技术，1999，（5）：19-23.YANGHaifang.Calculationofshort-circuitelectromagneticforceofdry-typeair-corereactor[J].ElectricEngineering，1999，（5）：19-23.朱东伯，马春秋.等电阻电压法在干式空心电抗器优化设计中的应用[J].变压器，1999，（7）：21-23.ZHUDongbai，MAChunqiu.Equalresistanceandvoltagemethodapplicationinoptimizationdesignofdry-typeair-corereactor[J].Transformer,1999,（7）：21-23.[10]郭香福，孟波.空心并联电抗器匝间短路故障电流及其过电流保护系统[J].变压器，2008,（11）：20-22.GUOXiangfu，MENBo.Interturnshort-circuitfaultcurrentofair-coreshuntreactorandovercurrentprotectionsystem[J].Transformer，2008，（11）：20-22.[11]赵广平.干式电抗器保护方式探讨[J].铁道建筑技术，2008，（2）：41-43.ZHAOGuangping.Discussionontheprotectionmodeofdry-typereactor[J].RailwayConstructionTechnology，2008，（2）：41-43.[12]陈志伟.一起35kV串联电抗器短路故障分析及保护建议[J].电力电容器与无功补偿，2006，（03）：39-41.CHENZhiwei.Analysisofone35kVseriesreactorshort-circuitfaultandprotectionsuggestion[J].PowerCapacitor&ReactivePowerCompensation，2006，（03）：39-41.[13]张科，原会静，郭磊，王立