并联高抗中性点小电抗补偿原理分析及参数选择方法.docx

并联高抗中性点小电抗补偿原理分析及参数选择方法并联高抗中性点接小电抗四线补偿的思想是通过对导线相间电容的补偿来隔离相间联系，削弱潜供电流与恢复电压的电容性分量，此时小电抗进行的是二次补 偿。在系统不同的运行情况下，小电抗器参数选择的原那么和方法也不相同。2.1 等值电源定理分析小电抗二次补偿高抗中性点加小电抗四线补偿原理示意图见图l-4o高抗中性点经过小电抗器接地后的电路见图2-l(a)。为三相电感，X”为中性点单相电感。(a：图2-1四线补偿系统等效电路图图2-1 (a)所示的四线补偿系统经星-角变换得到图2-1 (b)所示的系统等效电路。其中以上两种形式的电路参数满足如下关系XLD=XL.+3Xn(2-1)v 3X/X/o+9X/X”y L L)L n“-3%+凡-%式中，为小电抗接入前系统对地等效阻抗；工功和为小电抗接入后系统 等效对地阻抗与相间阻抗。对于三相单相电抗器(X£o=XQ,那么可变换为(2-2)Xl2=X；IX+3Xl通过式(2-1)和(2-2)可知高抗X。、对地阻抗X。和相间阻抗Xm的容量 存在以下等式关系。电抗取值。综合考虑后最终确定的小电抗值Xn按式(2-18)计算。Xn=PX" + p?X1(2-18)式中，目和小分别为系统中单回路和两回路两种运行方式出现的概率。通常情况下，为充分发挥双回线路的电力输送优势，线路通常都是两回同时运行, 只有在检修等特殊情况下才处于单回路运行方式，故P2通常远大于R，即最终 确定的小电抗值Xn'X；。(2-3)由式(2-3)可知，高抗的容量等于对地电抗和相间电抗的容量之和，小电抗的 投入并未改变实际的补偿容量，其所起的作用只是令高抗的容量合理的分配至相 间与相对地两局部。小电抗器£的投入，其作用是等效产生了相间感抗来补偿 导线相之间电容，而高抗只是补偿回路的对地电容，故小电抗进行的是二次补偿 口,刀。单回线路高抗中性点接小电抗器主要是为了限制容性分量潜供电流，其流通回路 如图2-2 (a)所示，应用等值电源定理，可简化得到图2-2 (b)所示的单相等值 电路。其中，孰2为相间等效的电容，乙12为相间等效的电感，射为相地等效的 电容，乙。为等效的相地等效的电感。图2-2 (a)容性分量电流流通等效回路 图2-2 (b)等值电源定理化简的等值电路可以看出，欲要使接地通道流过的潜供电流为最小，那么需使2G2的阻抗值和 X/2相等，使得线路的相间阻抗参数成开路状态，即使故障相（A相）的电 压为零。由此可知(2-4)其物理意义由图2-2 （b）可以得出，即使线路相间等效的容抗Xs和四线补偿 系统的相间等效感抗X”组成并联谐振，线路相间趋于开路。将式（2-1）代入式（2-4）整理后得X： Xl - Xlo(2-5)此时导线相间电容被完全补偿，小电抗最大限度的促进了二次电弧的熄灭，限制 了恢复电压。一般情况小电抗器最正确理论参数值均按对导线相间容抗近似有全补 偿来设计”叫假设超高压线路的高抗由三个单相电感组成，那么存在Xz=X”，此时，式（2-5） 可转化为(2-6)设并联高抗（高抗结构为三相单相电抗）的补偿度7,结合超高压正序、零序电 容G、G的关系，那么中性点小电抗值表示为(2-7)(2-7)X 二 Xl TCJCn-3 coTC.(TC/Cn-3)其中，T为线路中并联电抗的补偿度，7 =义=一500kV全线正、零序、 Qc coCxXL相间电容G、。0、C12关系可表示为和2 =（。1-。0）/3。2.2 对称分量法分析小电抗二次补偿使用对称分量法卬4,分析图1-1可得，超高压系统非全相运行（A相断开），发 生纵向故障时故障处的边界条件为f Ia=O（2-8）UB=Uc=O式中，人为通过A相上开关的电流，6b和6c分别为B、C两相开关之间电压。使用对称分量法分析，由式（2-8）可得使用序分量所表示的边界条件为/1 + /2+/0 = 0< （2-9）U,=U2=Uo式中，%、和L）分别为断线上的正、负和零序电流；*、L和6。分别为断 口处对地的正、负和零电压。由式（2-9）可得如下列图的系统发生A相断相时系统的复合序网图胤。Zb Z2和 Zo分别为线路首端的三序阻抗，且有Zi=Z2。假设将输电线路按集中式参数计算， 即可等效为等值的正序容抗Xci与零序容抗Xcoo图2-3 A相断相时的系统复合序网电路图由图2-3可得，开断相A相对地电压为(2-10)式中，Xi=Xci/Xli, Xo=Xco/Xlo;线路的等效电抗较容抗小得多，可忽略。当 线路中加装有并联电抗器（4>4）时，由式（2-10）和Ci与Co之间的关系可 得此时开断相对地电压为U A = EaZ1+2Z0-36y2L1Z0(C0+2C12)(2-11)当式（2-11）中分母一0, U/f8时，发生谐振。可得谐振条件为3 (G + 2G2)= + 白 COLq 3L(2-12)对于三相单相电抗器QL=L。）,谐振条件为1_3液。+ 2G69(C?q + 2C)(2-13)由式（2-10）可知，假设能使4 >4,且7二<。，那么能实现正序、零序网络均LoC。为欠补偿，Xi和X。均呈电容性，系统不出现谐振，电压Ua那么不会超过电动势Eao假设高抗经小电抗Xn接地，可得到类似图2-3的复合序网图，只是此时四线补偿 系统的等效零序电抗X/。= X/o + 3X，那么线路的等效零序电抗X。= Xco /XID , 是可以出现£。4的情况。因此只要小电抗参数Xn选择适当，那么可防止出现谐 振现象，即使式（2-10）中分子-0,开断相（A相）的电压U/f 0。由式（2-10） 可得X L - X L0 I Y Y勺+ A LI A L03 69 cl23万口12(2-14)当并联高抗由三个单相电感组成时，小电抗取值计算式如下(2-15)0G 2当小电抗参数Xn按式（2-14）与（2-15）选择时，超高压送电线路不会出现谐 振。2.3中性点小电抗参数的选择随着超高压、特高压送电技术逐渐成熟，在不同送电技术和线路设备组合的情况 下，如何选取小电抗数值才能最大限度的发挥小电抗的补偿效果成为专业研究人 员重点研究问题。下面就该问题进行讨论表达。单回线路的小电抗参数选择当按照式（2-6）选取小电抗后，小电抗可最大限度的促进潜供电弧的熄灭，同 理，由相间阻抗和故障相对地阻抗分压形成的容性恢复电压分量，线路相间形成 谐振状态，相间阻抗很大，相对地电容Co被等效对地电抗局部补偿，相对地阻 抗X。相对来说较小，从而使故障相对地阻抗上电压较小，即故障相容性分量恢 复电压很小，进而使得恢复电压的幅值大大降低，从而到达快速灭弧甚至电弧自 熄的目的。同时，由于对地电容也被等效对地电抗局部补偿，潜供电流感性分量回路上的阻 抗显著增加，而其感应电动势并未变化，这样使得感性分量电流的幅值也会有较 大的降低。但需要指出的是，中性点小电抗投入的主要目的是通过完全补偿导线 相间电容进而限制容性分量的电流与电压，虽然等效对地电感对感性分量有一定 的限制效果，但这不是主要目的。由式（2-7）可知，一般不宜通过刻意提高高抗补偿度T使对地电容得到更大程 度补偿的方式来限制潜供电流感性分量山，因为如果补偿度过高，可能会带来谐 振的危险。如在全补偿条件下（T=l）,四线补偿系统的正序电感阻抗Xl等于线路的 正序电容阻抗1/oG，此外，由于中性点小电抗X。的投入，当小电抗取值合适时， 四线补偿系统的等效相间电感阻抗等于相间电容阻抗1/切和2,同时四线补 偿系统的等效零序电感阻抗X。=34+乙等于导线的对地电容阻抗1/q孰,此 时相间电抗和对地电抗均被完全补偿，两者均形成并联谐振回路。这样当单相断 开和一次电弧熄灭后，二次电流传递回路乃是3个并联谐振回路电路也如图2-4 所示。恢复电压。成为不确定值,甚至会使恢复电压幅值大幅提升，实际那么决定 于回路的损耗性电阻，不利于潜供电弧的熄灭。EbEbEc图2-4系统等值计算电路故，考虑到带高抗补偿的超、特高压送电线路，应该避开高抗全补偿时8,9/。3 的运行状况。因为在小电抗取不同值时，可能会发生导线相间亦或导线相地谐振。现计算小电 抗器的选值范围，设导线相间出现谐振时将小电抗值定为X，w，导线相地出现谐 振时将小电抗值定为X.0。当叩时，相间呈容性电抗；当X">x，w时，相间呈感性电抗； 当天时，相地电抗为感性；当时，相地电抗为容性。在高抗为欠补偿运行的条件下，T<,有丫乙,当小电抗阻抗值为X叩时, 存在X0>Xco,从而可得此时X.o<Xnp.故在欠补偿运行条件下： 当时，相间有容性电抗，相地有感性电抗； 当xx，w>x”o时，相间有感性电抗，相地有容性电抗； 当X'oVX'VX”。时，相之间有容性电抗，相地有容性感抗。所以当小电抗器的选值范围为Xo<X切时，相之间电抗与相地间电抗才都为容性，故障相才不会形成串联线性谐振回路，就避开了工频谐振过电压。因而,在四线补偿的系统中，最正确小电抗理论值应按全抵偿线路相间容抗的原那么 来确定，而在实际运行中，根据科学研究和工程运行经验，中性点小电抗值确实 定范围U。，15较大，没必要必须选取该最正确理论值，而以能够满足线路允许故障相 工频谐振传递过电压和潜供电流大小4817的要求为原那么，同时应避开高抗全补偿 时的运行状况。通过计算，一些500Ap超高压送变电线路通常选择补偿度 7 40.95 或 7 21.05 o232双回线路的小电抗参数选择在超、特高压电网中，送电电压等级不断提高，电网规模进一步扩大，为输送大 功率电能，往往要求顺着同一走线方向或同一线路通道，并行同杆或不同杆架设 有两回甚至多回主干输电线路口8】。这时，可供考虑的建设方案有两种，一为多回 送电线路的同杆并架，二为单回线路分开单杆架设。通常情况下估算500kV超 高压两回路走廊的宽度为5560m,而2条单回线路走廊的宽总和可达 110120m。由此可知，以同杆两回线替换2个单回线运行，线路走廊宽度那么可 减小1/2,这无疑拥有很高的经济与社会效益。因此具有节省输电线路走廊，社 会经济价值高等优点的同杆双回乃至多回送电技术在中国的超、特高压线路中已 得到建设和推广，尤其在新建送变电线路工程中占有的比重较大口为。双回线路中小电抗仍装设于每回路高抗的中性点处。同杆双回路高抗与小电抗组 成的四线补偿系统有4种电路连接形式口9，见图2-5o（c）方案3（c）方案3（d）方案4图2-5同杆两回四线补偿系统的电路连接图其中，方案（a）是双回路四线补偿系统中研究最多的一种。当Xm =0或X =0 时，方案（a）可分别等效成方案（c）或方案（d）o补偿方案2目前很少用到。 在实际工程中，为了便于装设，维护便易，节约器材等方面，可综合各种电路的 长短，采用混合补偿方式。由于双回送电线路的耦合情况更复杂。系统中不同运行条件、不同故障类型、不 同高抗的布置方式等都会导致线路中的潜供电流和恢复电压呈现不同的特性。故 双回路中限制潜供电流与恢复电压的情况较单回路更复杂，小电抗参数值确实定 需全面考虑回路自身相间、并行回路之间的容性、感性耦合，使中性点最正确小电 抗的阻抗取值更难确定。根据各种状况出现的概率，双回路主要考虑以下两种运行方式：（1）单回运行方式；（2）双回运行方式。双回路在不同运行条件下，有不同形式的电容在故障点产生潜供电流，因此也需 不同的相间等效电抗来补偿这些容抗，故需全面考虑各种运行条件下的理论最正确 小电抗参数值以得到最终的小电抗理论取值口。（1） 一回线路运行，一回线路检修。此时，耦合情况与单回路相同。易知，容 性分量电流均由本回导线相间电容产生，并行回间的耦合电容不但没有向断开相 供应潜供电流，还分流出本应由A相导线对地电容C。进入地面的少量潜供电流。 故假设使此时的潜供电流为最小，只需完全抵偿该回导线的相间电容即可。最正确小 电抗理想值可按式（2-6）和式（2-7）取得。（2）两回线路运行方式，系统耦合电路如图2-6。图2-6双回路运行时Ij产生机理(未考虑电抗)图图中，X：为双回路运行下时最正确理论小电抗值；G2为同一回的导线相间电容;j分别为另一并行回路。、b、C三相对接地相的相间电容。两回路运行时容性分量潜供电流的流通路径见图2-7 (。)，此时系统等值电路见 图此时，X.和X/。分别为考虑高抗和小电抗等值变换得到的等值相间电抗和对地 电抗；金为双回路下A相有接地故障时总的相间等效电容，其表达式为CM=2.C12+(Ccz,-CcJ + (CCc-CcJ(2-16)故，由式(2-16)可得双回路运行下的最正确理论小电抗值X：X；二卢 (2-17)3X,69(2C|2 + (Cq) Ga ) + (Gc Cea )单回路、两回路2种运行方式下最正确理论小电抗值不同口叫且两回路运行方式下 的最正确理论小电抗值一般大于单回路运行时的，即：X：。在得到单回路和两回路运行方式下最正确小电抗X”和X：之后，需综合考虑两种运 行方式出现的概率，通过对两种方式的最正确小电抗求加权平均值来确定最终的小