并联高压电抗器交流回路系统检测方法研究

并联高压电抗器交流回路系统检测方法研究

姜凌霄

国网山西省电力公司检修分公司

摘要：本文对超高压及以上电力系统采用并联高压电抗器的作用进行了简要地分析，针对并联高压电抗器交流电流电压回路检测方法进行了分析；同时，根据高压电抗器二次回路电流幅值较小不容易检测的特点，提出了运用二次电流放大技术实现对高压电抗器交流回路系统的检测。

关键词：高压电抗器；电流回路；电压回路；二次电流放大；试验方法

近年来,随着特高压电网的发展,超高压远距离输电线路对地电容电流很大，为吸收这种容性无功功率、限制系统的操作电压；对于使用单相重合闸的线路，为限制潜供电容电流、提高重合闸的成功率，现在常采用的方式是在长距离重载线路及潮流变化大的长距离线路两端或一端变电站内装设三相对地的并联电抗器。利用高抗可以降低输电系统与外部系统的无功功率交换,减轻无功补偿压力。

1.并联高压电抗器与输电线路连接

①通过隔离开关与线路相连，节省设备，减少投资。这种方式的电抗器可与输电线路视为一体。旦运行方式欠灵活。

②采用专用断路器，运行灵活，但投资较大。

③通过放电间隙与线路相连，当电压较高时使放电间隙击穿，自动投入电抗器；电压较低时又自动退出，不仅投资省，还能减少正常运行时的有功功率与无功功率的损失，但是这种连接方式技术要求高，可靠性低。

2.并联高压电抗器改善系统运行状况

并联高压电抗器改善系统运行状况主要有以下几个方面：

①减轻空载或轻载线路上的电容效应,以降低工频暂态过电压。输电线路上的损耗有线路电抗产生的感性无功消耗和线路对地电纳产生的容性无功损耗(又称充电功率),充电功率与线路的电压平方成正比。在高压线路上这部分功率就很大并有可能超过线路本身电抗所消耗的感性无功，尤其是线路轻载时，负载及线路本身的感性无功消耗小于其对地电纳产生的充电功率就会产生线路末端电压升高的情况。为限制工频过电压，在线路末端并联高抗可以抵偿线路的部分或全部充电功率,从而降低线路的过电压水平。

②改善长距离输电线路上的电压分布，在线路末端设置并联电抗器可以补偿线路对地电纳的部分或全部,减小线路与外部系统的无功交换,提高线路的传输能力和确保输电质量,使轻负荷时线路中的无功功率尽可能就地平衡。

3.并联高压电抗器的故障及保护配置

高抗的故障可以分为内部故障和外部故障，内部故障是指箱壳内部发生的故障，有绕组的相间短路故障、单相绕组的匝间短路故障、单相绕组与铁芯间的接地短路故障、高抗绕组引线与外壳发生的单相接地短路故障。

高抗外部故障是指箱壳外部引出线间各种相间短路故障，以及引出线因绝缘套管闪络或破碎通过箱壳发生的单相接地短路。

高抗的不正常运行主要包括过负荷引起的对称过电流、外部接地故障引起的小电抗器过电流、运行电压过高、绕组断线等。此外运行中的高抗可能存在油温过高、油位过高、压力过高以及冷却器故障等。

主保护：电抗器纵联差动保护、电抗器零序差动保护、电抗器匝间保护、非电量保护。高抗的保护配置如图1所示，适用于500kV及以上电压等级的高抗保护。

图1高压电抗器保护配置表

4.交流电流、电压回路系统检测

4.1高抗CT配置与主变压器CT配置的区别

以上分析了高抗针对各种短路故障配置的保护，要实现以上保护能够正确、灵敏动作就需要给各保护装置接入正确的电流电压回路。本文将从高抗通过隔离开关直接连接于输电线路上的方式进行论述（其他两种接线方式不做阐述）。高抗各保护装置所采集的电流其中高压侧均取自于高抗本体的套管CT，而高抗的高压侧的CT一次侧极性均为P1位于线路侧，P2位于高抗本体。高、低压侧均指向高抗本体。而主变CT配置则与高抗CT配置不同，主变保护所取用的电流均取自于独立的主变间隔CT，该CT独立于主变本体之外，主变的高低压侧的CT极性均指向主变，由于主变保护取自于独立的CT而非主变本体的套管CT，因此对于主变的CT回路可以利用干电池检测极性的方法进行试验，而对于高抗本体套管CT的检测则无法使用干电池的方法进行试验。

4.2高抗电流、电压回路的检测方法

电流互感器一次流过电流后，在电流互感器二次绕组产生交流电流，交流电流通过电缆接线回路流到电流互感器就地端子箱，端子箱通过电缆接线流到继电保护、测量、计量屏柜交流电流端子；高分辨率钳形测量仪表，采用统一固定的试验电压为参考向量，对一次试验电压、电流，及相关屏、箱二次电流端子进行检测，获得试验数据。把检测到的二次电流幅值和相位，与应用理论计算出电流的幅值和相位，进行实测数据与计算值的误差计算，当幅值误差小于等于10%和相位角误差小于等于10度，则判断交流一次及二次回路正确，否则判断交流一次及二次回路可能存在问题。

4.3二次电流放大检测方法

由于采用交流电流、电压试验方法对高抗进行检测时二次侧感应出的电流幅值较小，现有的仪器、仪表无法检测，因此本文提出采用将现有二次电流放大后的方法进行检测，二次电流放大的原理等同于主变压器升压和降压的原理。

在厂站交流二次电流回路端子位置处连片两端插入放大器，断开电流端子连接片，电流流过放大器，应用钳形相位表，以基准电压为参考向量，对放大器放大后的电流进行测量；把检测到的二次电流幅值把幅值除以放大倍数N，得到实际的二次电流幅值。现场试验选取3只100倍放大器对CT二次电流进行放大，其理论上得出其电流为13.5mA，再用钳形相位表进行检测。通过检测后我们仪表测试的数据为：0.45mA×100=45mA。能够满足现有仪器和仪表的检测。并且通过二次电流放大技术检测后我们发现由于电流幅值的增加，不仅有利于仪器仪表的检测，此外还能够降低外部干扰带来的幅值影响。

结语：

本文以系统思维的方式将高压并联电抗器看成一个整体，解决了现场调试过程中大量的问题，给施工技术人员、调试人员提供了一种新的思路，主要取得了以下结论：

①提出了高压并联电抗器交流电流、电压回路的检测方法，全面解决了高压并联电抗器整个系统CT的极性、变比和接线诊断困难的问题，而且能够测量出高抗差动保护方向，杜绝了现有常规方法检测“死区”的问题。

②首次提出二次电流放大技术的方法有效解决了二次电流幅值较小现有仪器仪表无法测量的问题，减少了干扰的影响，实现对高抗投产前的有效检查。

本试验方法为电网工程建设中相关电流电压回路的检测以及CT极性和变比的诊断提供了很好的示范和启迪。相信随着电网的发展，并联高压电抗器交流回路系统检测方法将会得到广泛的推广。

参考文献：

[1]罗士萍，微机保护实现原理及装置，北京:中国电力出版社，2001.

[2]王维俭，电气主设备继电保护原理与运行【M】，北京:中国电力出版社，1996.

[3]徐铭、吴桂媛、徐旭,并联高压电抗器对超高压及特高压系统运行性能的影响，甘肃科技，2009.