1　引言
　　梧州开关站位于南方互联电网天广500 kV输电线路中部。因其离电源较远，且是开关站，多年来其母线电压一直较高，天广Ⅱ回投运后，这个问题尤其突出。为了有效降低梧州站母线电压，确保系统安全运行，拟在梧州站采取单投来梧Ⅱ回线路高压电抗器(下面简称高抗。由于不带来梧Ⅱ回线路，该高抗相当于单独接在开关站母线上)的方式来吸收梧州站过剩无功，降低母线电压。故在今后运行方式上需要单独投切这组高抗，由此需要试验研究两个技术问题。
　　一是开关站投入高抗，降压效果如何。二是运行中的高压电抗器，其电感电流较大(157 A)，断路器将其强行截断后会产生多高过电压，如何安全、顺利地切除高抗。本文从理论分析、实验室仿真及现场试验3个方面对梧州站投切高抗的上述问题进行了探讨。

2　投入高抗的作用
　　众所周知，现代超高压输电线路，由于具有较大的分布电容，产生过剩无功功率，引起末端工频电压升高。为此常采用并联电抗器实现对容性无功功率的补偿，达到降低电压的目的。一方面在输电线路末端并联高压电抗器，另一方面则在变电站内主变低压侧并联低压电抗器。
　　梧州是一开关站，无低压电抗器，为降低母线电压，采取单投高抗的非常规方式。以下对高抗的降压作用进行分析。
2.1　理论计算
　　为方便起见，将天广500 kV来梧段简化为图1系统。图中L为高抗，容量为Q_k，高抗投入前，假定来宾站电压为U₁，向梧州输送的功率为S=P+jQ，则梧州站的电压为

(1)

式中R——输电线路电阻；
　　X——输电线路电感；
　　U_N——系统额定电压。
　　当梧州站投入高抗后，来宾向梧州输送的功率为S=P+j(Q+Q_k)，相应地梧州站电压变为

(2)

由此可得，高抗投入后电压的降幅为

(3)

对来梧系统Q_k=3×50=150(Mvar)
U_N=550 kV
实测来梧Ⅰ回线路电抗：X=64.67 Ω
　　代入式(3)，可得梧州站投入高压电抗器后电压降低幅度
　　ΔU=3.20%。
2.2　试验结果
　　在梧州站投入来梧Ⅱ回线路高抗进行试验，共投切2次，过程中对Ⅱ母线电压变化情况进行监测，高抗投入使母线电压降低，高抗退出使母线电压升高，实测变化率为2%左右，见表1。

图1　来梧输变电系统简图

表1　梧州站投切高抗试验母线电压变化情况

3　高抗投切过电压的理论分析与仿真
3.1　理论分析
　　由于高抗投入基本不产生过电压，故在此只探讨高抗切除情况。
　　高抗实际是一个较大的电感，正常运行时吸收一定的无功，并储存在电感内。电感切除时，其储存的能量通过回路电容迅速释放，转化为电场能。因回路电容很小，故会激发出较高的过电压。切除高抗的电气原理如图2。

图2　切除高压电抗器等值电路

Ls——电源等值电感；Cm——母线对地杂散电容；Ln——母线至高抗联线电感；K——操作断路器；C——回路等值电容；L——高抗电感。
　　设e(t)=E_mcosωt，断路器截断时间t=t_o，对应的相角α=ωt_o，则在截断时：
　e(t)=E_mcosα；U_c=E_mcosα；I_L=I_msinα
　　截流后，当回路总能量全部转化为电场能时，如电容C上的电压为U_m，则有：

(4)

(5)

　　由式(5)可得截流后产生的过电压倍数

(6)

又
代入式(6)得

(7)

　　考虑到有铁芯的电感元件回路里，在电感切除后，磁能转化为电场能的高频振荡中必然有损耗。如铁芯的磁滞、涡流损耗、导线的铜耗等。而式(7)中根号内后一项表示的是磁能，它不能100%地转化为电能，需加以修正。引入转化系数η，于是式(7)改写成

(8)

　　η值由经验获得，大型变压器约为0.30～0.45。
　　式(8)中，电抗器的电感和电容是一常量。这表明，切除高抗所产生的过电压倍数随断路器的截断相角即电感电流的大小而变化。显然，当截断相角α为90°即当电感电流最大时截断，过电压倍数最高。其值为

(9)

　　由此可见，高抗最大开断过电压与其额定电压、容量及结构形式有关，也与外部联线及电气设备的杂散电容有关。由于回路等值电容C很小，所以按(9)式计算出的过电压倍数较高。
　　以梧州站来梧Ⅱ回线路高抗为例：
　　因　　
　　回路等值电容C约10 000 pf
　　取η=0.3
　　代入式(9)可得最高过电压倍数K_nmax=6.91
　　以上分析未考虑避雷器。事实上，由于避雷器的限压作用，切除高抗出现的最高过电压倍数会大大降低，一般不超过3倍。
3.2　实验室仿真
　　为了更清楚切除高抗的暂态过程，对梧州站高抗的切除试验进行了仿真。图3是试验系统的仿真模型(未计损耗的理想模型)。为与上述理论分析可比，模型中的电感、电容参数与上述数据相等。图中K为操作断路器。假定系统A相电压过零时拉开断路器，则在A相上将产生最高过电压。

图3　梧州站高抗投切试验的仿真模型

　　由仿真所产生的过电压波形见图4，从中可测量出最高过电压倍数，计入上述相同损耗后得
　　K_nmax=6.82
　　仿真结果同理论计算相符。

4　现场高抗投切试验
　　基于以上分析，梧州站对高抗投切试验时比较慎重，在带有避雷器的条件下，进行了两次投、切操作。

图4　高抗开断仿真过电压波形

4.1　试验系统结线
　　试验系统结线如图5，图中，来梧Ⅱ回线路在其高抗外侧解开，来梧Ⅰ回、梧罗Ⅰ回线路投入运行，梧罗Ⅱ回线路退出。梧州站5021断路器断开，5022断路器为操作断路器。
4.2　试验结果及分析
　　试验过程中用磁带机录取了母线电压、高抗电压和电流波形。图6为切高抗的电压波形，跟实验室仿真波形基本一致，均为高频振荡衰减波。
　　对测量的波形进行统计，得到表2中的试验数据。
　　表2中数据表明，梧州站高抗投切试验中，高抗投入基本不产生过电压，而高抗退出时会产生较高过电压。

图5　梧罗Ⅰ、Ⅱ回500 kV系统部份结线

　　①母线电压变化：试验过程中对Ⅱ母电压变化情况进行了监测，结果是单分操作出现较高过电压，最大值为1.438倍，高抗投入使母线电压降低，高抗退出使母线电压升高，变化率为2%左右，见表1、2。
　　②高抗电压变化：实测结果表明，高抗电压在投切过程中，单合操作时基本上不出现过电压，单分操作时出现1.377～2.536倍过电压。最大过压为2.536倍，出现在第1次分闸时的B相上。分闸过电压为高频振荡衰减波，持续时间长达几十毫秒，其振荡频率由回路电感和电容决策定。

图6　梧州站切除高抗电压波形

　　③高抗涌流情况：单分操作基本上无涌流，单合操作出现1.148～1.626倍涌流。最大涌流1.626倍，出现在第2次合闸时的A相上。
　　④从试验所测得的电流波形来看，切高抗试验中，开关未发生重燃现象。
　　⑤本次试验在第2次投入高抗时，发现来梧Ⅱ回线路CVT的C相二次输出电压(额定值100/V)为71 V，大大高出额定值，致使一台电能测试仪冒烟，遂即退出高抗，停止进一步试验。事后检查发现来梧Ⅱ回线路CVT的C相中节电容内一部分电容击穿。这反映出较高的开断过电压加速了电气设备的绝缘劣化。

5　高抗的切除方式
　　以上理论和试验均表明，切除高抗会产生较高过电压，危及相关电气设备绝缘。尽管氧化锌避雷器对过电压有较大的抑制作用，但因高抗开断过电压太高，能量较大，持续时间长，可使避雷器频繁动作，影响避雷器的使用寿命。另一方面，经避雷器限压后仍能产生高达3倍的过电压，对其它相关电气设备也有影响。为进一步降低过电压，安全、顺利地开断高抗，可采用带长线开断高抗方式。这种方式的实际是用断路器切除空长线。大量实践表明，这种操作方式所产生的过电压倍数较低，对电气设备和输电线路的绝缘没有影响。经过论证，本例中高抗可考虑在罗洞站通过梧罗长线来切除。

表2　梧州变5022断路器投切来梧Ⅱ回线高抗试验数据