第四章 電力網(wǎng)串聯(lián)補(bǔ)償

第一節(jié) 串聯(lián)補(bǔ)償是解決輸電系統(tǒng)的富有活力的方法

一、串聯(lián)補(bǔ)償和串聯(lián)電容器裝置

串聯(lián)補(bǔ)償多半是應(yīng)用在輸電網(wǎng)中用來提高電網(wǎng)路電壓，根據(jù)電力網(wǎng)的電壓損失公式：

ΔA=PR+QX

U

可知影響電力網(wǎng)電壓損耗的是有功功率P、無功功率Q、電阻R和電抗X等參數(shù)，串聯(lián)電容器就是從補(bǔ)償電抗的角度來改善系統(tǒng)電壓的。由于系統(tǒng)電抗呈電感性，而串聯(lián)電容器的容抗可以補(bǔ)償一部分系統(tǒng)電抗，補(bǔ)償后的電壓損耗可按下式計算：

ΔA=PR+Q（XL-XC）

U

在220kV及以上超高壓輸電網(wǎng)中，由于輸電線路的電抗X遠(yuǎn)大于電阻R，因此輸電線的電壓損耗減小的程度隨電容器電抗XC的補(bǔ)償，即XL-XC的減小而減小。此時，由于電網(wǎng)電壓水平的提高，也相應(yīng)減少了電網(wǎng)的有功功率損失，起到了一舉兩得的作用。

多年來串聯(lián)補(bǔ)償被認(rèn)為是解決輸電系統(tǒng)問題的富有活力的方法，以現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)衡量，早期系統(tǒng)是很原始的，但是這些探索性工作證明了串聯(lián)補(bǔ)償是并聯(lián)補(bǔ)償?shù)奶娲桨富蜓a(bǔ)充方案。

隨著技術(shù)發(fā)展，應(yīng)用于系統(tǒng)的串聯(lián)電容器裝置數(shù)量也在增加。為全面了解串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)水平的進(jìn)步，新式串聯(lián)電容器組采用了許多先進(jìn)技術(shù)，比以往裝置更加靈活、可靠，這包括使用新式全膜、低損耗、非PCB浸漬的電容器，限壓器電容器保護(hù)，SF6旁路斷路器，光纖平臺通信以及其他一些早期不能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)，新式電容器組可以耐受高壓，設(shè)計更加簡單，因此可靠性更高，并且易于維護(hù)。這將使串聯(lián)電容器應(yīng)用的數(shù)量和種類更加廣泛。

二、串聯(lián)補(bǔ)償?shù)目煽啃?/p>

串聯(lián)補(bǔ)償?shù)目煽啃砸恢痹诓粩嗵岣?，早期電容器組存在許多問題限制了它的可靠性。新式系統(tǒng)幾乎免維護(hù)，檢修停運(yùn)的時間大為減少。平臺對地通信使用的光纖現(xiàn)在已經(jīng)非?？煽浚脚_電源比以往設(shè)計有很大改進(jìn)。電容器單元現(xiàn)在一般使用內(nèi)熔絲，這項設(shè)計有很大的優(yōu)點(diǎn)。新式系統(tǒng)的旁路斷路器使用SF6斷路器，可靠性高、維護(hù)量小。

這些年電容器單元的可靠性也得到提高，縮短了維護(hù)檢查時間，提高了系統(tǒng)可用率。使用限壓器旁路系統(tǒng)作為電容器過電壓保護(hù)很有效，并且消除了所有再接入的復(fù)雜性，提高了可靠性和可用率。電容器單元的可靠性一直較高，新的單元是低損耗的，可用率非常

高而且損耗小、成本低，可以滿足現(xiàn)代環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的要求。

三、串聯(lián)補(bǔ)償?shù)膯栴}

應(yīng)用串聯(lián)補(bǔ)償使工程技術(shù)人員面臨的問題是，線路保護(hù)問題、暫態(tài)恢復(fù)電壓對斷路器的要求等。串聯(lián)補(bǔ)償輸電線路的保護(hù)也是既有趣又較難解決的問題，特別是配置距離保護(hù)和縱聯(lián)保護(hù)的線路。這是因為串聯(lián)電容器位于繼電器附近時，會使電容器另一側(cè)故障的視在阻抗產(chǎn)生巨大變化，變成電容器近側(cè)的故障。很明顯，如果在線路保護(hù)配置中不考慮這一點(diǎn)，這種差別就會導(dǎo)致繼電器誤動作。

以前使用的一些串聯(lián)補(bǔ)償裝置將電容器組遠(yuǎn)離保護(hù)安裝點(diǎn)從而避免了線路保護(hù)問題，比如將電容器安裝在被保護(hù)線路的中間，使用這種技術(shù)可以使常規(guī)保護(hù)動作正確可靠?，F(xiàn)在繼電保護(hù)的發(fā)展提供了專為串聯(lián)補(bǔ)償線路設(shè)計且與電容器位置無關(guān)的保護(hù)裝置，這些保護(hù)裝置使用了—些特殊的技術(shù)，如電壓記憶及單元保護(hù)配置，其保護(hù)邏輯不會因為加入電容器而失效。由于這些技術(shù)的發(fā)展，串聯(lián)補(bǔ)償線路的可靠保護(hù)已經(jīng)不再是需要擔(dān)心的問題，而只是需要理解的問題。

超高壓系統(tǒng)的串聯(lián)電容器會在斷路器斷口之間產(chǎn)生超過系統(tǒng)額定電壓的暫態(tài)電壓，解決這個問題的方法是使斷路器滿足預(yù)期暫態(tài)電壓水平，或者提出減小暫態(tài)電壓使其與標(biāo)準(zhǔn)斷路器相符的對策。串聯(lián)電容器產(chǎn)生的暫態(tài)電壓是個問題，但可以用合理的代價加以解決。

四、串聯(lián)電容器的控制

串聯(lián)電容器是通過控制縱向元件來控制輸電系統(tǒng)的特殊情況，縱向元件是指在線路長度方向上布置的元件，它不同于并聯(lián)元件控制，如發(fā)電機(jī)控制、負(fù)荷控制或使用靜止無功補(bǔ)償器，并聯(lián)設(shè)備通過向電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)注入無功功率來控制該節(jié)點(diǎn)。同樣，可以認(rèn)為縱向控制是向串聯(lián)輸電元件注入無功功率。串聯(lián)電容器向串聯(lián)元件提供無功功率，當(dāng)看成疊加時，其作用相當(dāng)于在輸電線路上插入一個電壓。

傳統(tǒng)串聯(lián)電容器通過分段投切可以實(shí)現(xiàn)一定程度上線路電抗的控制，如圖411所示，關(guān)注穩(wěn)態(tài)潮流控制的作用時可以使用這種方法，這種控制方式受旁路設(shè)備的預(yù)期壽命和維護(hù)需求的限制。

圖411 典型的串聯(lián)電容器分段布置方式

使用機(jī)械開關(guān)動態(tài)控制線路電抗有許多限制。由于響應(yīng)速度慢，傳統(tǒng)高壓開關(guān)不能快速重復(fù)操作。此外，大量開關(guān)操作增加了維護(hù)要求。最后，開關(guān)閉合操作的波形點(diǎn)不精確可產(chǎn)生操作暫態(tài)過程，導(dǎo)致元件過電壓。為了提高串聯(lián)電容器的動態(tài)性能，人們開發(fā)了可控串聯(lián)電容器，并進(jìn)行了現(xiàn)場試驗。如果控制策略適當(dāng)，只需部分電容器組可控就可以阻

尼機(jī)電系統(tǒng)振蕩。

實(shí)現(xiàn)這種控制，主電路控制設(shè)備必須安裝在具有系統(tǒng)全電壓等級的平臺上，在地面監(jiān)控設(shè)備和平臺之間有信號傳輸。