500kV線路加裝串聯(lián)電抗器對線路保護的影響

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)電抗器進行分析，在詳細分析了加裝串補裝置的原因作用后，從實際出發(fā)進一步探討串補裝置在線路保護上的作用，并提出一定的改進建議。

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

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

一、500kV線路加裝串聯(lián)電抗器的原因和作用

500kV變電站是國家電網(wǎng)運行過程中的主體，在維持國家電力供應(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，電力運行過程中存在的風(fēng)險也逐漸增加。想要提高電路系統(tǒng)對風(fēng)險的抵御能力，就要結(jié)合實際情況，適當(dāng)加裝串補裝置。電抗器是加裝串補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、便捷、高效的優(yōu)點，在實際應(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)避線路運行風(fēng)險。通過對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)合實際案例分析可知，距離過長、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)人員會采用高阻抗變壓器、加裝串補裝置、建設(shè)高一級電網(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)勢特點最為突出，不僅可以增強風(fēng)險抵御能力，而且操作簡單、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。在實際應(yīng)用過程中，可以有效地減小斷路器的開斷負擔(dān)以及發(fā)電機失步概率和線路電壓損耗，同時限制短路電流的流動。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)電抗器對線路保護的影響

（一）加裝串聯(lián)電抗器后線路保護工作影響

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一步提高，串聯(lián)電抗器會在距離、阻抗等方面基于保護，但線路的保護特性不會改變。這是因為500kV線路加裝串聯(lián)電抗器后，形成的是差動保護，指揮對差動量產(chǎn)生影響。500kV線路中原有的元件也不會受到加裝串聯(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隨之增加，系統(tǒng)穩(wěn)定性可能出現(xiàn)一定的波動，參數(shù)發(fā)生變化后，距離也會受到負面影響。在對于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，進而縮小500kV主要電源點與負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線路的實際情況會對于電網(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)原有線路的平均長度較小，加之多條線路進行并聯(lián)，這種情形會導(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大于正序阻抗，進而在500kV電網(wǎng)系統(tǒng)中的正序等值阻抗一般會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電網(wǎng)建設(shè)等方式具有明顯的優(yōu)勢，進而對于電網(wǎng)短路電流的水平進行有效的限制，并且串聯(lián)電抗器以其方便以及效率高的優(yōu)勢，在進行電網(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)對于風(fēng)險的抵抗能力得到很好的強化，是一種具有較大現(xiàn)實意義的電網(wǎng)改進措施。

（二）加裝串聯(lián)電抗器后線路保護工作案例

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)定運行的實際需求。為了保證電抗器的穩(wěn)定運行，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，運行人員定期檢查個設(shè)備的數(shù)據(jù)情況，并且密切監(jiān)視線路負荷變化，以此有效避免超負荷問題的出現(xiàn);第三，全面落實遠程監(jiān)控系統(tǒng)和紅外監(jiān)測裝置，重點監(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，必須要第一時間檢查并確認(rèn)設(shè)備狀態(tài)，不能夠盲目強送;第五，加裝串聯(lián)電抗器后，要定期對設(shè)備裝置進行檢修，需要注意的是，在檢修過程中對應(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)進行制造，可以對于短路電力進行高效的限制，在應(yīng)用中可以有效降低斷路器的開斷負擔(dān)，進而保證斷路器的使用壽命，減輕在運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電流的流量進行限制，從而形成對于電氣設(shè)備有效保護的作用。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)電壓器的實際應(yīng)用，可以在保證對于短路電流進行限制的基礎(chǔ)上，減少在超高壓輸電網(wǎng)出現(xiàn)故障時電磁污染的產(chǎn)生，進而保證電網(wǎng)運行的科學(xué)性以及合理性。

（三）加裝串聯(lián)電抗器后線路保護工作問題

伴隨著現(xiàn)今時代背景下，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，尤其針對于短路容量的提升，在較短的線路長度中，短路電流的驟增會導(dǎo)致內(nèi)部短路電流水平超過既有標(biāo)準(zhǔn)，進而為電網(wǎng)的運行帶來更大的風(fēng)險。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)濟性、方便性以及高效性等特點，具有提升電網(wǎng)系統(tǒng)中對于風(fēng)險的有效抵抗的能力，因此，串聯(lián)電抗器在實際的電網(wǎng)建設(shè)中，被有效的應(yīng)用于電網(wǎng)建設(shè)的多個方面，但在實踐過程中，電抗器的自身以及應(yīng)用中，會存在著諸多問題，針對于其突出問題，需要相關(guān)的科研人員加大研究力度對其進行有效的解決，進而推動國家電力事業(yè)的長效發(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配置的實際運行情況來看，整體運行效率相對較優(yōu)，可以有效控制短路電流，電網(wǎng)運行的靈活性也到了大幅度提高。但在實際運行過程中，也出現(xiàn)一些問題。尤其是在剛完成加裝串聯(lián)電抗器后的一個階段內(nèi)，經(jīng)常需要重啟設(shè)備，甚至?xí)霈F(xiàn)死機情況。經(jīng)過紅外監(jiān)測裝置的檢查發(fā)現(xiàn)，造成這一問題的主要原因在于強電磁干擾，重新安裝了屏蔽層后，問題得到改善。但在后續(xù)運行過程中依然存在重啟問題，需要對其進行多次維修，不僅如此，加裝串聯(lián)電抗器后運行可靠性出現(xiàn)了一定程度的降低，邏輯修改存在困難，需要結(jié)合實際情況進行有針對性的調(diào)整，從而保證線路的穩(wěn)定運行。

（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，會導(dǎo)致原始的線路參數(shù)會由于串聯(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在實際的安裝后小于電抗器的電阻。在對于線路中參數(shù)情況的變化情況進行研究后，可以發(fā)現(xiàn)線路的阻抗不會對于線路的保護特性進行更改，而與距離以及阻抗等相關(guān)的部件會成為電網(wǎng)系統(tǒng)中受干擾較大的保護，究其原因主要是由于線路中的差動保護僅存在于對于電流差動量進行反應(yīng)，其安裝位置主要存在于線路的兩端。

此外，由于在線路中進行串聯(lián)電抗器的加裝，通常存在著三相參數(shù)相互對稱的特性，因而在電路系統(tǒng)中的固有的反應(yīng)非對稱分量的負序以及零序的保護元件一般不會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，對于加裝串聯(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)線路的實際情況進行考量。

（五）串聯(lián)電抗器的加裝對于線路保護的原理

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值是差動保護動作的結(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動作結(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)的保護會使線路內(nèi)部出現(xiàn)相間故障或者接地時，對于變化情況作出一定的反應(yīng)，這時線路段就會對于串聯(lián)電抗器以及本線路全長的有效保護，因此，對于定值的適當(dāng)調(diào)整，可以為流經(jīng)電抗器之后的線路段進行有效的距離保護，并且對于動作特性的相應(yīng)要求，在線路的實際運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，對電網(wǎng)運行造成了嚴(yán)重的負面影響。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，但在實際運行過程中，也存在著較多的問題，需要結(jié)合實際情況，有針對性地進行運用，同時采取一定的措施提高運行可靠性，以促進電力事業(yè)發(fā)展。

參考文獻：

[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限流電抗器對線路過電壓的影響[J].電力電容器與無功補償，2018，39（03）：145-148.