可控高抗在超高压输电系统中的应用Word格式.docx
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摘要
发展特高压、超高压输电是我国电力工业发展的必然趋势,特高压、超高压输电对电网的安全稳定运行及电能质量提出了更高的要求。
电力系统中的无功补偿与无功平衡,可以改善输电系统的稳定性,提高输电能力,抑制系统过电压。
随着电网结构的日益复杂和电压等级的不断提高,电压和无功的调节仅仅依靠发电机的自动电压调节器已经远远不够,必须增强电网本身的调控能力。
目前,在电力系统中应用最为广泛的无功补偿装置之一是并联电抗器,现在的超高压并联电抗器是非可控的,它始终接入线路而不予切除,而当线路发生故障切除和重合闸时,会产生工频和操作过电压。
如何将并联电抗器做成可控方式是当前的现实需要和发展趋势,而且为了适应负载的急剧变化,电抗器应该具有高速响应的特点。
本文详细介绍可控电抗器的分类及结构特点,通过对超高压输电线路特点的介绍,详细叙述了可控电抗器在高压输电线路中的原理及特点。
关键词:
超高压输电线路可控电抗器
目录
摘要4
1绪论7
1.1课题研究背景及意义7
1.1.1我国发展特高压、超高压输电的必要性8
1.1.2无功补偿的重要性11
1.1.3并联电抗器补偿装置的缺陷13
1.1.4可控电抗器在特高压或超高压输电中的地位14
1.2可控电抗器的功能与应用范围16
1.3可控电抗器的分类20
1.4可控电抗器的研究进展21
2特(超)高压输电线路简介25
2.1特(超)高压输电的经济性25
2.2特(超)高压线路的输电能力27
2.3MCR应用在特(超)高压输电中的优势28
3可控电抗器在特(超)高压线路中的应用32
3.1概述32
3.2可控补偿原理34
4结语38
参考文献39
1绪论
1.1课题研究背景及意义
电能是当今最重要的能源形式,随着我国经济的飞速发展和人民生活水平的迅速提高,对电力的需求也正在高速增长,目前,我国已成为世界第二大电力消耗国。
根据我国的国情,发展大电网互联和大容量远距离输电是必然趋势,近年来,超高压、特高压电网在我国很多地区相继投入运行。
因此,对电网的安全稳定运行及电能质量提出了更高的要求,电能质量的好坏将直接关系到国民经济的总体效益。
提高电网的安全运行水平和电能质量,除电网结构本身要合理外,还必须要有先进的调节控制手段。
特高压或超高压大电网的形成及负荷变化加剧,要求大量可调的无功功率源以调整电压,维持系统无功潮流平衡,减少损耗,提高供电可靠性。
传统的无功功率补偿装置有同步调相机(SynchronousCondenser-SC)、并联电容器、静止无功发生器(StaticVarGenerator-SVG)和并联电抗器等。
同步调相机不仅能补偿固定无功功率,对变化的无功功率也能进行动态补偿,但是由于同步调相机是旋转电机,因其损耗和噪音都较大,运行维护复杂,而且响应速度慢,在很多情况下已无法适应快速无功功率控制的要求,目前应用很少。
并联电容器与同步调相机相比,调节效果相近,成本较低,但由于受电容器分组数量的限制,无功补偿只能实现有级调整,更多地与电抗器或电阻器一起应用在电力系统中,作为某次谐波的无功补偿和滤波装置。
静止无功发生器是一种现代电力电子无功偿装置,它既可以发出无功功率,又可以吸收无功功率,但其只能补偿无功功率,功能较为单一。
并联电抗器是目前我国在特高压或超高压长距离输电系统中普遍采用的无功功率补偿装置,并联电抗器的结构十分复杂,价格要比同级功率的电力变压器高得多,且其容量不能做成连续可调,即不能对无功功率进行自动连续平滑调节。
因此上述各种无功功率补偿装置都不能很好地满足特高压或超高压远距离输电网无功平衡的需要。
可控电抗器是一种特殊的特高压或超高压并联电抗器,它能够随着传输功率的变化而自动平滑地调节本身的容量。
但早期的可控电抗器因其调节速度慢、损耗较大及其他无功补偿装置的迅速发展等原因并没有受到人们的重视。
1986年,原苏联科学家提出了可控电抗器的一种新型结构,从而使可控电抗器的发展有了突破性进展。
新型可控电抗器可直接用于直到1150kV的任何电压等级的电网作为连续可调的无功补偿装置,因而可直接连接于特高压或超高压线路侧,同时发挥同步补偿机和并联电抗器的作用。
可控电抗器在电力系统中,特别是特高压或超高压电力系统中的应用前景和潜力是十分广阔的。
1.1.1我国发展特高压、超高压输电的必要性
我国地域广阔,资源丰富,但一次能源(水力、煤炭)的地理分布很不均衡。
水力资源的67.8%分布在西南地区(四川西部、西藏东部最为集中),可开发的资源达上亿千瓦。
而煤炭总储量的70%集中在华北和/三西0(山西、陕西和蒙西)。
而我国电力负荷中心主要集中在经济发达、人口密集的中部、东北及东南沿海一带,预计到2015年,仅长江三角洲地区负荷就接近7@107kW,占全国总容量的1/7。
这些地区的电力短缺问题日益严重。
目前,我国兴建电站有两种选择:
一是建在电力负荷中心,因此水电、核电显然是不现实的,而只可能建火电厂,把煤炭远距离送到负荷中心。
但在当地大量建设燃煤的火力发电厂越来越受到铁路运输和环境保护的制约,大量将煤炭用于发电也是对煤炭资源的极大浪费,经济上并不合算。
而且火电站的容量相对较小,因而并不能有效解决电力紧缺问题;
另一选择是发电厂建在一次能源中心,将电能通过长距离输电线路送到中东部的负荷中心。
因此,为满足不断增长的电力需求,充分利用西南、西北地区的水力资源建设水电站和/三西0地区丰富的煤炭资源建设煤矿坑口电厂,将电力输送到电力负荷中心地区,已成为我国能源、电力建设的主要方针之一。
据预计,到2020年我国西电东送电力将达到1.2~1.5亿kW。
为使大量电力长距离安全、稳定地输送,并尽可能减少输电系统中的线路损耗,采用特高压或超高压输变电技术将是必然趋势。
现在世界上无论是交流输电,还是直流输电,总的趋势是输电电压等级越来越高。
其主要目的是为了大容量远距离输送电力,减小传输过程中的损失并结合考虑技术经济因素。
当电力系统出现故障时,目前开关能够开断的最大电流为63kA,当故障电流大于63kA时无法开断,随着输电电压的提高,线路的开断电流可以降低。
输电电压越来越高的原因还包括:
一是对线路走廊的考虑,在幅员窄小,地价很高或线路走廊受地形限制时,该因素就尤显突出。
经济比较结果表明:
每提高一个电压等级,走廊输送电能的利用率可提高2~3倍。
如美国AEP的765kV输电线路,输送的能力相当于5条345kV线路的输送能力,而线路走廊宽前者仅60m,后者则要求225m。
此外,出于稳定的考虑,同一电压多条线路总的输送能力并非各路输送能力的整数倍,但输电电压等级提高后,则可以输送较大容量。
第二是对短路电流的考虑,系统允许短路电流的上限是由系统结构和断路器的开断能力决定的。
由于更高的电压负担了主要输电任务,较低电压系统的短路电流则不会增加,并能满足已有断路器的开断能力。
近年来,我国的特高压或超高压输电在建设规模和增长速度方面都取得了很大发展。
目前已形成华北、东北、华东、华中、西北和南方电网共6个跨省区电网以及海南、新疆和西藏3个独立省网,500kV线路已成为各大电力系统的骨架和跨省、跨地区的联络线,电网发展滞后的矛盾基本得到缓解。
我国已建成投运330kV输电线路突破1万km,500kV线路近4万km3;
30kV变电所变电容量1755万KVA,500kV变电所变电容量13725万KVA。
近期,经国家批准,国家电网公司已启动建设晋东南南阳荆门交流1000kV,每一条线路输送300万kW特高压试验示范工程和溪洛渡、向家坝送出800kV、每一条线路输送640万kW直流特高压输电国产化示范工程,南方电网公司也开始了云南楚雄至广州穗东800kV、每一条线路输送500万kW直流特高压输电国产化示范工程的前期建设工作。
1.1.2无功补偿的重要性
电力系统的电压是衡量电能质量的重要指标之一。
电压过高、过低或偏离一定的范围,一方面会影响用电设备的寿命和频率,甚至会由于过电压或过电流造成用电设备的损坏;
另一方面对电网的稳定和经济运行也会产生很大的危害。
因此,电压质量对电力系统的安全与经济运行,对保证用户安全生产和产品质量以及电器设备的安全和寿命具有重要影响。
电力系统中的无功补偿与无功平衡,是保证电压质量的基本条件。
电容无功功率的不足或过大都将引起系统电压的下降或上升,极端情况下可导致某些枢纽变母线电压大幅度下降而出现电压崩溃现象。
大电网一旦出现事故,会导致大面积停电,对国民经济造成巨大损失,严重影响人民生活,如美国2003年8月14日停电造成的损失高达300亿美元。
有效的电压控制和合理的无功补偿,不仅能保证电压质量,而且能提高电力系统运行的稳定性和安全性,充分发挥经济效益。
无功功率平衡是指在电网运行的每一时刻,所有无功电源发出的无功功率要等于所有负荷所消耗的无功功率和系统中各环节上无功功率损耗之和。
无功电源包括发电机、调相机、静止无功补偿器、并联电容器等。
系统中无功功率损耗主要是指在线路和变压器中的无功损耗。
与系统中的有功损耗相比,无功损耗要大得多,这是因为特高压或超高压线路、变压器的等值串联电抗要比电阻大得多,变压器的励磁无功损耗也比励磁有功损耗大得多。
系统中的有功损耗一般占负荷功率的百分之几,而系统中的无功损耗与无功负荷的大小是差不多的,无功电源发出的无功功率大致一半是供给负荷的,而另一半是补偿线路、变压器中的无功功率损耗的。
因此随着电网结构的日趋复杂和电压等级的不断升高,电压无功的调节仅仅依靠发电机的自动电压调节器远远不够,必须增强电网本身的调控能力。
所以,电网中需要加装大量的无功补偿装置。
无功补偿的作用主要有以下几点:
(1)提高供用电系统及负荷的功率因数,降低设备容量,减少功率损耗。
(2)稳定受电端及电网的电压,提高供电质量。
在长距离输电线路中合适的地点设置动态无功补偿装置还可以改善输电系统的稳定性,提高输电能力。
(3)在特高压或超高压、远距离输电系统中可抑制系统过电压。
(4)在电气化铁道等三相负荷不平衡的场合,通过适当的无功补偿可以平衡三相的有功及无功负荷。
1.1.3并联电抗器补偿装置的缺陷
当前,在电力系统中应用最为广泛的无功补偿装置是并联补偿设备,它包括并联电容器、并联饱和电抗器(SaturatedReactor-SR)、晶闸管控制/投切电抗器(ThyristorControlled/SwitchedReactor-TCR/TSR)和晶闸管投切电容器(ThyristorSwitchedCapacitor-TSC)等。
在超高压、长距离输电系统中,我国目前普遍采用超高压并联电抗器。
并联电抗器的结构十分复杂,价格要比同功率级的电力变压器高得多,且其容量不能做成连续可调。
我们知道,特高压或超高压线路的最大传输功率通常接近于线路的自然功率。
当传输小功率时(例如在水电站的枯水季节),并联电抗器起到充分补偿线
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- 可控 超高压 输电 系统 中的 应用