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电力百科|什么是特高压可控并联电抗器?为什么要配置可控并联电抗器?

北极星智能龙8手机登陆在线讯:8月29日,张北—雄安1000千伏特高压交流输变电工程正式投运。张北—雄安特高压交流工程连接河北张家口新龙8手机登陆基地和雄安新区,是保证雄安新区清洁用电的主要供电通道。

为应对新龙8手机登陆电力送出的技术挑战,张北—雄安特高压交流工程首次应用特高压交流可控并联电抗器。此举对提高特高压交流系统的电压控制能力,运行灵活性和经济性具有重要意义,填补了国际空白。

为什么要配置可控并联电抗器

输电线路电压等级越高,线路分布电容越大;线路越长,分布电容电流越大。因此长距离的特高压输电线路充电无功功率较大。当线路充电功率过大时,其线路电压会显著抬升,影响龙8手机登陆安全稳定运行。为保证线路电压维持在合理的范围内,一般需要在线路两端并联电抗器。常见的电抗器容量固定不可调,被称为固定并联电抗器,是一种常用的无功补偿装置。

对于以张北—雄安特高压交流工程为代表的新龙8手机登陆送出或接入侧为负荷中心的特高压线路,新龙8手机登陆间歇性,波动性,随机性的特点会导致输电通道上功率频繁波动且幅度较大。这不但会使线路损耗增加,也会引起线路电压大幅度波动。这一问题如果不能得到很好地解决,就会影响线路的安全稳定运行。

固定并联电抗器容量固定,不能调和限制过电压与无功调节不匹配的矛盾,需要配置容量可灵活快速调节的无功补偿装置。然而,常规的低压无功调节装置一般装设在主变低压侧,调节特高压无功能力相对受限,高电压,大容量,高补偿效率的动态无功补偿技术则可解决这一问题。

特高压可控并联电抗器应运而生。该装置直接连接特高压输电线路,具备容量灵活,快速可调的优点。在特高压工程中配置特高压可控并联电抗器,不但可有效补偿线路充电功率,还可通过灵活快速调节输出感性无功容量,有效化解限制过电压与无功调节之间的矛盾,优化无功分布,降低网损,提高系统运行稳定性。

什么是特高压可控并联电抗器

特高压可控并联电抗器是一种集成特高压技术,变压器技术,系统集成设计技术,电力电子技术,控制保护技术等关键技术的新型柔性交流输电(FACTS)设备。

张北—雄安1000千伏特高压可控并联电抗器额定电压为1100千伏,额定容量为60万千乏,容量可分为三级快速调节。

这就相当于给特高压龙8手机登陆装上一个可智能调节的“阀门”,系统需要多少无功功率就输出多少无功功率。在结构上,特高压可控并联电抗器主要由漏抗接近100%的高阻抗变压器本体,辅助电抗器,取能电抗器,阀组,快速旁路开关及控制保护系统等设备组成。高阻抗变压器的一次侧并联在线路上,二次侧通过快速复合开关控制辅助电抗器相关设备回路,改变二次侧的等效电抗值,从而实现可控并联电抗器整体容量可调。特高压可控并联电抗器的快速复合开关是将晶闸管阀组与快速旁路开关并联,10毫秒即可实现容量切换。

与固定并联电抗器相比,可控并联电抗器还有智慧的“大脑”——控制保护系统。控制保护系统不但可根据龙8手机登陆的需求快速实现容量切换的控制,还具有保护相关设备的功能,当设备发生故障时,可迅速切除故障。

张北—雄安特高压可控并联电抗器由南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司(中电普瑞科技有限公司)自主研发,成套设计并供货。该装置安装于特高压张家口变电站家定Ⅱ线,其容量可根据无功电压水平自动在20万千乏,40万千乏,60万千乏之间分级调节,是目前世界上电压等级最高,容量最大的FACTS装置,具有补偿效率高,容量调节速度快,无谐波污染,检修方便,运行可靠等特点。

特高压可控并联电抗器工程应用如何实现

特高压可控并联电抗器是特高压输电技术的重要组成部分,也是特高压工程长期可靠运行的重要保障之一。国内超/特高压可控并联电抗器技术研究始于2005年。依托国家龙8手机登陆公司多个科技项目,500千伏,750千伏,1000千伏可控并联电抗器先后诞生。

特高压可控并联电抗器的研发面临的挑战来自4个方面。首先是系统成套设计关键技术,研发人员不但要解决容量快速调节,暂态控制方式等技术难题,还需掌握高阻抗变压器,晶闸管阀组,旁路开关,辅助电抗器,取能电抗器等核心设备的设计及绝缘配合关键技术;其次是建立精确的仿真模型,以准确模拟装置在各个工况下的全部工作过程,为精确设计主设备参数提供依据;再次需攻克特高压输电系统的电压无功平衡控制难题,实现稳定电压,平衡无功等功能;最后是核心设备生产制造的关键技术及试验方法。

我国研发人员采用了从低电压等级到高电压等级,从理论研究,工程样机到实际工程循序渐进推进的攻关历程。2006年,2012年,500千伏忻州可控并联电抗器,750千伏敦煌可控并联电抗器先后投运。这些可控并联电抗器均为世界首套,投运以来,在抑制电压波动,系统暂态时动态电压支撑等方面发挥了关键作用,有效保障了输电通道的经济,可靠运行,并为后续特高压可控并联电抗器的工程应用提供了有益借鉴。

1000千伏特高压可控并联电抗器的技术攻坚始于2007年。研发人员开展了1000千伏可控并联电抗器技术方案制订,关键技术研究,设备样机研制等系列科研攻关,在理论基础,仿真分析,设备研发及试验,核心制造工艺,核心控制算法等多个方面深入研究,全面掌握了特高压可控并联电抗器的核心技术。

2019年3月,特高压可控并联电抗器的工程应用正式提上日程。此时,南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司(中电普瑞科技有限公司)已经掌握特高压可控并联电抗器的核心技术,但能否在工程成功应用仍是一项重大挑战。

中电普瑞研发团队在设备的研制过程中发挥工程经验和技术积累优势,针对张北—雄安交流特高压工程的需求,对每一个关键设备的参数进行严密的计算及仿真验证,并与中国电科院组成攻坚团队,研究确定适合张北—雄安特高压新龙8手机登陆送出系统的控制策略,使特高压可控并联电抗器更加智能;在设备试验过程中,研制低压等值样机,通过动态模拟试验,实时数字仿真系统(RTDS)试验,型式试验等多种手段验证装置的各项功能复合设计,大大提升了设备功能的可靠性;在设备现场调试阶段,通过系统性测试全面“体检”特高压可控并联电抗器,仅交接试验及系统试验就达110余项,验证各种工况下的设备整体性能,确保功能完备。8月29日,张北—雄安特高压交流工程通过72小时试运行,正式投运,特高压可控并联电抗器顺利实现工程应用。我国又一次填补了特高压关键设备领域的国际空白。

特高压可控并联电抗器作为特高压柔性交流输电技术的重要组成部分,其快速灵活的调节方式可有效突破新龙8手机登陆发电送出瓶颈,提高特高压交流系统稳定性,增加特高压输送容量。随着我国特高压输电工程建设加快,将会有越来越多的特高压工程应用这一设备。

(作者:刘伟 李兰芳 周亮 吴保义 供图及作者单位:南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司)


原标题:张雄特高压用上它,交流系统运行更加安全经济

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