特高压变电站110kV低压并联无功补偿装置优化方案

(一)110kV低压并联电容器组

《电力系统安全稳定导则》(DL 755—2001)第2.3.2条规定,“电网的无功补偿应以分层分区和就地平衡为原则,并应随负荷(或电压)的变化进行调整,避免经长距离线路或多级变压器传送无功功率,330kV及以上电压等级线路的充电功率应基本上予以补偿。”

因此特高压变电站低压并联电容器补偿的目的:补偿主变压器感性无功损耗;在大负荷情况下,补偿高压侧电网的无功缺额;向中压侧电网输送部分无功,以平衡其损耗。

110kV低压并联电容器组为三相星形连接,每组电容器前串联一组低压电抗器,并联一组避雷器用于防止过电压。按照串抗率不同(一般分为5%和12%两种)分别配置不同容量的电容器组可以抑制不同级次的谐波,其中串抗率5%的电容器组主要抑制5次及以上谐波,串抗率12%的电容器组主要抑制3次及以上谐波。

由于各生产厂家提供的产品指标存在差异,以特高压长治站低压电容器组技术参数为例进行介绍。

1.110kV电容器

(1)结构类型。低压电容器组每相一般由上百台电容器单元组成,为双桥差结构,每个桥由4个桥臂组成,每个桥臂由几十台电容器按串并联方式连接而成。每相配置两台不平衡电流互感器用于监测桥差不平衡度,当不平衡度超过一定门槛限制时,则认为有电容器单元故障从而通过电容器不平衡保护使该组电容器退出运行。接线方式为单星形、中性点不接地接线。

特高压交流变电站110kV并联低压电容器原理和外形见图1-26。

(2)主要参数(单相)。

1)电容器组。

①系统标称电压:110kV。

②额定电抗率:12%/5%。

③额定电压:136.4/kV(12%)/126.32/kV(5%)。

④额定频率:50 Hz。

⑤额定容量:216500/3kvar(12%)/200500/3kvar(5%)。

⑥额定电容:37.08μF(12%)/39.97μF(5%)。

⑦不平衡电流互感器额定电流比:2/1。

2)电容器单元。

①额定电压:6.56kV(12%)/6.08kV(5%)。

②额定容量:501kvar(12%)/464kvar(5%)。

③额定频率:50 Hz。

④保护方式:内熔丝。

⑤内电阻放电要求:10min内≤50V。

图1-26　特高压交流变电站110kV并联低压电容器组原理和外形图

2.110kV电容器用串联电抗器

(1)结构类型。低电压等级的电抗器按照绝缘材料的选择可以分为干式和油浸式两种结构,其中干式电抗器是将线圈用环氧树脂浇注而成;油浸式是将线圈浸泡在绝缘油中。低压电抗器一般采用空心结构,不安装铁芯。

特高压变电站中110kV电容器用串联电抗器和并联电抗器一般选择干式结构,1000kV高压并联电抗器及其中性点小电抗器一般选择油浸式。

(2)主要参数(单相)。

1)额定电压:110kV。

2)额定端电压:9.45kV(12%)/3.65kV(5%)。

3)额定频率:50 Hz。

4)额定容量:8660kvar(12%)/3441kvar(5%)。

5)额定电流:916.5A。

6)额定电感:32.82m H(12%)/12.67m H(5%)。

7)额定雷电冲击耐受电压:650kV。

8)额定交流耐压(均方根值):275kV。

9)匝间绝缘强度:350kV。

10)直流电阻值:0.0361Ω(12%)/0.0185Ω(5%)。

3.110kV电容器用断路器(www.xing528.com)

(1)结构类型。特高压变电站110kV断路器分为敞开支柱绝缘子式和HGIS式两种。在一期工程中选择敞开支柱绝缘子式,在后续工程中选择HGIS式专用负荷开关。

电容器组(电抗器组)在合闸过程中会产生高频大涌流,严重影响触头的寿命;在分闸过程中须具备耐受较高恢复电压的性能,如果发生重燃,将会产生操作过电压,对电气设备造成伤害。因此电容器组(电抗器组)断路器必须使用专用断路器,其技术指标远远高于常规断路器。

由于采用了先进的磁吹式灭弧设计,后续工程HGIS式专用负荷开关与一期工程敞开支柱绝缘子式断路器相比大大提高了电容器组(电抗器组)投切次数。一期工程敞开支柱绝缘子式断路器投切次数只能做到1000多次,1000多次投切后断路器触头烧损严重,触头黏接,在开断时会发生重燃,烧毁电容器;而后续工程HGIS式专用负荷开关投切次数能做到5000多次,大大提高了断路器的使用寿命。但是,专用负荷开关设计及试验考核标准是根据电容器、电抗器回路的特点及频繁投切的实际运行工况制定的,电寿命的考核是最重要的试验项目,但不具备一期工程敞开支柱绝缘子式断路器的开断短路故障电流能力,因此不可作为断路器使用。

特高压交流变电站电容器(电抗器组)用断路器见图1-27。

图1-27　特高压交流变电站电容器组(电抗器组)用断路器

(2)主要参数(单相)。

1)额定电压:≥126kV。

2)额定电流:3150A(断路器)/2000A(专用负荷开关)。

3)额定频率:50 Hz。

4)额定工频耐受电压(1min有效值):275kV(相间及对地);(275+70)kV(断口间)。

5)雷电冲击耐受电压(峰值):650kV(相间及对地);(650+126)kV(断口间)。

6)额定短路开断电流:40kA(断路器)/不考核(专用负荷开关)。

7)额定短路关合电流:100kA。

8)额定峰值耐受电流:100kA。

9)额定短时耐受电流:40kA。

10)额定短路持续时间:3～4s。

11)断口数:1。

12)操作机构:电动弹簧机构。

(二)110kV低压并联电抗器组

特高压变电站低压并联电抗器的配置目的:①根据稳定导则要求,补偿变电站周围的1000kV和500kV线路的剩余充电功率;②补偿1000kV长距离输电线路的电容性充电电流,限制系统电压升高和操作过电压,从而降低系统的绝缘水平要求,保证线路可靠运行。

特高压交流低压电抗器组外形见图1-28。

1.110kV电抗器

(1)结构类型。

同特高压交流变电站110kV低压并联无功补偿装置——110kV电容器用串联电抗器。

(2)主要参数(单相)。

1)额定电压:105/3kV。

2)最高工作电压:126/3kV。

3)额定频率:50 Hz。

4)额定容量:80Mvar。

5)额定电流:1320A。

6)额定电感:2×73.1m H。

7)额定雷电冲击耐受电压:650kV。

8)额定交流耐压(均方根值):275kV。

9)匝间绝缘强度:650kV。

10)直流电阻值:0.0423Ω。

2.110kV电抗器用断路器

图1-28　特高压交流低压电抗器组外形图

同特高压交流变电站110kV低压并联无功补偿装置——110kV电容器用断路器。