東明、三堡kV高抗冷卻方式改進(jìn)措施淺析

東明、三堡500kV高抗冷卻方式改進(jìn)措施淺析

摘要：近年來，我國500千伏長距離輸電線路不斷增加，由外資參建的陽城電廠和國內(nèi)集資建設(shè)的陽城電廠500千伏進(jìn)出工程是“九五”期間國家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，是貫徹國家由能源基地向負(fù)荷中心送電，在煤炭產(chǎn)地發(fā)展坑口電站，變輸煤為輸電輸煤并重方針的重點(diǎn)建設(shè)工程。

關(guān)鍵字：高抗冷卻方式改進(jìn)措施存在問題近年來，我國500千伏長距離輸電線路不斷增加，由外資參建的陽城電廠和國內(nèi)集資建設(shè)的陽城電廠500千伏進(jìn)出工程是“九五”期間國家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，是貫徹國家由能源基地向負(fù)荷中心送電，在煤炭產(chǎn)地發(fā)展坑口電站，變輸煤為輸電輸煤并重方針的重點(diǎn)建設(shè)工程。500千伏陽城電廠送出工程，從陽城電廠以“專廠、專線、專供”方式送電到江蘇。陽城電廠一期工程建設(shè)規(guī)模為6×350兆瓦，扣除廠用電外，輸送容量為1950兆瓦。在研究該廠遠(yuǎn)景適應(yīng)能力時考慮有擴(kuò)建2x600兆瓦的可能，遠(yuǎn)景輸送容量為3050兆瓦。受端落點(diǎn)為江蘇淮安地區(qū)，輸送距離長達(dá)700余公里。為了增加輸電線路的輸送能力，提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定極限，解決弱連接系統(tǒng)因輸送功率大而引起的低頻振蕩，改善并聯(lián)線路之間的負(fù)荷分配以降低線路的損耗。這條超高壓大容量長距離交流輸電系統(tǒng)中在三堡站的東三ⅠⅡ線安裝了串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置，補(bǔ)償了在輸電線路上部份無功損耗，同時也可改善電網(wǎng)受端電壓質(zhì)量。為了補(bǔ)償高壓輸電線路的電容和吸收其無功功率，防止電網(wǎng)輕負(fù)荷時因容性功率過多引起的電壓升高。在線路兩端安裝了并聯(lián)電抗器。電抗器的作用并聯(lián)電抗器是超高壓電網(wǎng)中普遍采用的重要電氣設(shè)備之一。它在電網(wǎng)中的作用主要有以下四點(diǎn)：1、降低工頻電壓升高超高壓輸電線路一般距離較長，從二、三百公里至數(shù)百公里。同時，由于采用了分裂導(dǎo)線，所以線路的電容很大，每條線路的充電容性功率可達(dá)二三十萬千乏；大量容性功率通過系統(tǒng)感性元件(發(fā)電機(jī)、變壓器和輸電線路)時，末端電壓將要升高，即所謂“容

升”現(xiàn)象。在系統(tǒng)小運(yùn)行方式時，這種現(xiàn)象尤為嚴(yán)重。在長線路首末端裝設(shè)并聯(lián)電抗器，可補(bǔ)償線路上的電容電流，削弱這種容升效應(yīng)，從而限制工頻電壓的升高．例如：某500kV線路，長度為250Km，若無并聯(lián)電抗器時，空載時線路末端電壓為首端電壓的1，41倍。電網(wǎng)是不容許在這樣高的電壓下運(yùn)行的，并聯(lián)電抗器的接人能抑制超高壓線路的工頻電壓升高，而補(bǔ)償?shù)男ЧQ于電抗器相對線路充電無功功率的容量；并聯(lián)電抗器的容量QL對空載長線電容無功功率的比值QL／Qc稱為補(bǔ)償度。通常，補(bǔ)償度選在40％左右，東明站、三堡站選用的并聯(lián)電抗器的容量為40MVAR。2．降低操作過電壓

操作過電壓常常是在工頻電壓升高的基礎(chǔ)上出現(xiàn)的，如甩負(fù)荷；切除接地故障和重合閘等。所以，工頻電壓升高的程度直接影響操作過電壓的幅值。因此，加裝電抗器后，由于工頻電壓的升高得到了限制，操作過電壓也隨之降低。3．避免發(fā)電機(jī)帶長線出現(xiàn)的自勵磁線路終端甩負(fù)荷、計劃性合閘和并網(wǎng)等情況，都將形成較長時間的發(fā)電機(jī)帶空載長線的運(yùn)行方式，計劃性合閘是容性阻抗，因而可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的自勵磁。自勵磁引起的工頻電壓升高可能達(dá)到額定電壓的1.5－2.0倍，甚至更高，它不僅使得并網(wǎng)時的合閘操作(包括零點(diǎn)升壓)成為不可能，而且其持續(xù)發(fā)展也將嚴(yán)重威脅網(wǎng)絡(luò)中電氣設(shè)備的安全運(yùn)行，這是不容許的。并聯(lián)電抗器能大量補(bǔ)償容性無功功率，從而破壞了發(fā)電機(jī)自勵磁條件。4．有利于單相自動重合閘

為提高運(yùn)行可靠性，超高壓電向中常采用單相自動重合閘，即當(dāng)線路發(fā)生單相接地故障時，立即斷開該相線路，待故障處電弧熄滅后再重合該相。但由于輸電線路存在線間電容和電感，故障相斷開短路電流后；非故障相將經(jīng)這些電容和互感向故障相繼續(xù)提供電弧電流，即所謂“潛供電流”，使電弧難于熄滅．如果線路上有并聯(lián)電抗器，其中性點(diǎn)經(jīng)小電抗器接地(小電抗器容量小而感抗值高)，就可以限制或消除單相接地電弧的潛供電流，使電弧熄滅，重合閘成功。高抗運(yùn)行中存在的問題500千伏陽城電廠送出工程中的東明站兩組日本富士高抗和三組西安變壓器廠高抗，三堡站采用的兩組日本富士高抗和三組西安變壓器廠高抗（型號BKD-40000/500），在幾年運(yùn)行中，存在的問題有日本富士高抗乙炔值較高、西安變壓器廠高抗高壓套管滲水絕緣降低，部分部件滲油缺陷。西安變壓器廠高抗在夏季油溫超標(biāo)，告警信號不斷發(fā)出，是威脅安全生產(chǎn)的重要問題。并聯(lián)電抗器的損耗是表征其質(zhì)量優(yōu)劣的一個重要指標(biāo)，它有線圈損耗、鐵芯損耗和雜散損耗三部分組成。線圈損耗包括線圈的電阻損耗、渦流損耗，并聯(lián)導(dǎo)線中電流分布不均勻產(chǎn)生的損耗；鐵芯損耗包括鐵芯損耗、鐵芯附加損耗和磁分路損耗；雜散損耗包括引線損耗、油箱損耗、油箱及金屬構(gòu)件中的損耗。其中，線圈損耗約占6％以上，雜散損耗約占25％以上，鐵芯損耗約占10％以上。超高壓大容量充油電抗器的外形與變壓器相似，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同；變壓器的繞組有一次繞組和二次繞組，鐵芯磁路中設(shè)有氣隙，而電抗器只是一個磁路帶氣隙的電感線圈。由于系統(tǒng)運(yùn)行的需要，要求電抗器的電抗值在一定范圍內(nèi)恒定，即電壓與電流的關(guān)系是線性的；所以并聯(lián)電抗器的鐵芯磁路中必須帶有氣隙。并聯(lián)電抗器的電抗值x可用下式表示，x＝ωNSμoμf／L，ω—電源角頻率N—線圈匝數(shù)S—鐵芯截面積μ0—真空磁導(dǎo)率μf—矽鋼片及氣隙的綜合磁導(dǎo)率L—磁路的平均長度不難看出，要使電抗器的電抗值恒定，必須控制磁通密度不超過一定范圍，才能使所不隨電壓變化。鐵芯上帶有氣隙后，增大了磁路的磁阻，限制磁飽和，使μr趨于穩(wěn)定，從而使電抗值X在一定范圍內(nèi)穩(wěn)定。

為滿足站用系統(tǒng)的需要，日本富士高抗采用了二次抽能線圈供站用系統(tǒng)電能。并聯(lián)電抗器的結(jié)構(gòu)型式與選擇對于500kY及以上電壓等級的并聯(lián)電抗器，由于相間絕緣問題，大多數(shù)采用單相結(jié)構(gòu)。目前高電壓大容量并聯(lián)電抗器只采用芯式結(jié)構(gòu)。芯式電抗器。芯式電抗器具有帶多個氣隙的鐵芯，外套線圈。氣隙一般由不導(dǎo)磁的硯石組成．由于其鐵芯磁密高固此材料消耗少、結(jié)構(gòu)緊湊，自振頻率高；存在低頻共震可能性較少，主要缺點(diǎn)是加工復(fù)雜，技術(shù)要求高，振動和噪聲較大。

東明站、三堡站500kV并聯(lián)電抗器（日本富士高抗和西安變壓器廠高抗），都采用油浸自冷式，散熱器屬板式散熱器。散熱器與周圍空氣熱交換主要是對流換熱，輻射傳熱則較為微弱。由于高抗內(nèi)部油溫的不同，油的密度也不同，密度差產(chǎn)生重位差。使高抗上部溫度較高的油經(jīng)上部匯集管分流至散熱片，經(jīng)板式散熱器降溫向下流動，經(jīng)下部匯集管回流至高抗內(nèi)部，吸收熱量后上升，從而形成自然循環(huán)。由于是自然循環(huán)，散熱器的散熱效果與環(huán)境溫度、空氣流動速度及方向、散熱器的布置有密切關(guān)系。富士高抗和西安高抗內(nèi)部繞組產(chǎn)生熱量，都是通過自然循環(huán)方式進(jìn)入散熱器。散熱器的散熱效果與內(nèi)部油流和外部空氣的相對流動方式有關(guān)。散熱器內(nèi)部油流是自上而下流動的，周圍空氣吸熱后向上流動，形成一種逆向流動的傳熱方式。在無風(fēng)天氣，主要是逆向流動；有風(fēng)天氣，由于空氣的橫向流動，會產(chǎn)生橫向流動的傳熱方式，既有橫向流動方式又有逆向流動，形成一種叉流的傳熱方式，散熱效果與空氣的流動速度密切相關(guān)。電抗器日常運(yùn)行中，基本上處于叉流的傳熱方式?？紤]兩種高抗內(nèi)部各種損耗產(chǎn)生的溫度的差別外，日本富士高抗和三組西安變壓器廠高抗自然循環(huán)冷卻散熱器的安裝位置對冷卻的效率的高低起作很大作用。富士高抗和西安高抗散熱器結(jié)構(gòu)上基本相同，只是布置不同，同樣的的環(huán)境條件下，進(jìn)入散熱器的空氣的流動速度是不一樣的，散熱效果就會有加大差別。如圖1～4所示，日本高抗散熱器平行防火隔離墻，西安高抗散熱器垂直防火隔離墻。在無風(fēng)天氣，日本高抗和西安高抗散熱器的安裝位置與散熱無關(guān)；有風(fēng)天氣，進(jìn)入散熱器的空氣的流動速度差別較大，空氣流速越大對流換熱效果越好。日本高抗散熱器平行防火隔離墻，有助于空氣的流通，產(chǎn)生一種類似與噴嘴效應(yīng)，可以提高流經(jīng)散熱器的空氣平均流速，對流換熱效果好；而西安高抗散熱器垂直防火隔離墻，減小了通流面積，阻礙了流經(jīng)散熱器的空氣平均流速，對流換熱效果相對較差。考慮兩種高抗內(nèi)部各種損耗產(chǎn)生的溫度的差別外，富士高抗和西安高抗散熱器的安裝位置對冷卻的效率的高低起較大的作用，通過高抗溫度統(tǒng)計表明顯看出差別。例如，在環(huán)境溫度36℃、自然風(fēng)約4級的條件下，富士高抗油溫67℃、繞組溫度81℃。西安高抗油溫75℃、繞組溫度82℃。富士高抗繞組與油溫溫差大約為12～14℃，西安高抗繞組與油溫溫差大約為7～10℃。運(yùn)行中的電抗器上層油溫不宜超過85OC，西安高抗在每年的七、八月份曾經(jīng)多次出現(xiàn)繞組溫度高告警情況，繞組溫度超過95℃（告警值），有時甚至到100℃左右。西安變壓器廠高抗繞組溫度，夏季最高溫度可達(dá)100℃左右，冬季最低溫度45℃左右。雖然繞組溫度表指示可能有所偏差，但高抗長期長期在高溫下運(yùn)行，對安全生產(chǎn)及設(shè)備使用壽命都有極大影響。為此兩站都采取了外置強(qiáng)迫風(fēng)冷風(fēng)扇，每相高抗采用兩臺功率為W的風(fēng)扇對高抗散熱器進(jìn)行強(qiáng)迫風(fēng)冷,取得較好的效果，三堡站采取風(fēng)扇平行于散熱器進(jìn)行冷卻，東明站采取風(fēng)扇垂直于散熱器進(jìn)行冷卻。理論分析，在外界環(huán)境溫度一定的條件下，以逆流效果最好，橫流次子，順流最差。采取風(fēng)扇垂直于散熱器由底向上吹，屬于逆流，換熱效果最好。采取風(fēng)扇平行于散熱器，屬于橫流，換熱效果次于逆流。東明站高抗溫度降低約5℃，三堡站高抗溫度降低約7℃。散熱器的散熱效果與冷卻介質(zhì)有關(guān)。根據(jù)對流換熱的計算公式Q=FαΔt，在換熱面積F和溫差Δt不變的情況下，水的導(dǎo)熱系數(shù)是空氣的20多倍，水的放熱系數(shù)α遠(yuǎn)比空氣高。因此，用水冷卻效果遠(yuǎn)比空氣效果好。2001年8月，陽東Ⅰ線高抗繞組溫度達(dá)102℃，臨時用水冷卻噴林散熱器效果很好，繞組溫度降到90℃。幾點(diǎn)建議：1、每年的六至九月份，西安高