第四章 電力網串聯補償

第一節 串聯補償是解決輸電系統的富有活力的方法

一、串聯補償和串聯電容器裝置

串聯補償多半是應用在輸電網中用來提高電網路電壓，根據電力網的電壓損失公式：

ΔA=PR+QX

U

可知影響電力網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，串聯電容器就是從補償電抗的角度來改善系統電壓的。由于系統電抗呈電感性，而串聯電容器的容抗可以補償一部分系統電抗，補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中，由于輸電線路的電抗X遠大于電阻R，因此輸電線的電壓損耗減小的程度隨電容器電抗XC的補償，即XL-XC的減小而減小。此時，由于電網電壓水平的提高，也相應減少了電網的有功功率損失，起到了一舉兩得的作用。

多年來串聯補償被認為是解決輸電系統問題的富有活力的方法，以現代標準衡量，早期系統是很原始的，但是這些探索性工作證明了串聯補償是并聯補償的替代方案或補充方案。

隨著技術發展，應用于系統的串聯電容器裝置數量也在增加。為全面了解串聯補償技術水平的進步，新式串聯電容器組采用了許多先進技術，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，SF6旁路斷路器，光纖平臺通信以及其他一些早期不能實現的技術，新式電容器組可以耐受高壓，設計更加簡單，因此可靠性更高，并且易于維護。這將使串聯電容器應用的數量和種類更加廣泛。

二、串聯補償的可靠性

串聯補償的可靠性一直在不斷提高，早期電容器組存在許多問題限制了它的可靠性。新式系統幾乎免維護，檢修停運的時間大為減少。平臺對地通信使用的光纖現在已經非常可靠，平臺電源比以往設計有很大改進。電容器單元現在一般使用內熔絲，這項設計有很大的優點。新式系統的旁路斷路器使用SF6斷路器，可靠性高、維護量小。

這些年電容器單元的可靠性也得到提高，縮短了維護檢查時間，提高了系統可用率。使用限壓器旁路系統作為電容器過電壓保護很有效，并且消除了所有再接入的復雜性，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，可以滿足現代環境標準的要求。

三、串聯補償的問題

應用串聯補償使工程技術人員面臨的問題是，線路保護問題、暫態恢復電壓對斷路器的要求等。串聯補償輸電線路的保護也是既有趣又較難解決的問題，特別是配置距離保護和縱聯保護的線路。這是因為串聯電容器位于繼電器附近時，會使電容器另一側故障的視在阻抗產生巨大變化，變成電容器近側的故障。很明顯，如果在線路保護配置中不考慮這一點，這種差別就會導致繼電器誤動作。

以前使用的一些串聯補償裝置將電容器組遠離保護安裝點從而避免了線路保護問題，比如將電容器安裝在被保護線路的中間，使用這種技術可以使常規保護動作正確可靠。現在繼電保護的發展提供了專為串聯補償線路設計且與電容器位置無關的保護裝置，這些保護裝置使用了—些特殊的技術，如電壓記憶及單元保護配置，其保護邏輯不會因為加入電容器而失效。由于這些技術的發展，串聯補償線路的可靠保護已經不再是需要擔心的問題，而只是需要理解的問題。

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

四、串聯電容器的控制

串聯電容器是通過控制縱向元件來控制輸電系統的特殊情況，縱向元件是指在線路長度方向上布置的元件，它不同于并聯元件控制，如發電機控制、負荷控制或使用靜止無功補償器，并聯設備通過向電網節點注入無功功率來控制該節點。同樣，可以認為縱向控制是向串聯輸電元件注入無功功率。串聯電容器向串聯元件提供無功功率，當看成疊加時，其作用相當于在輸電線路上插入一個電壓。

傳統串聯電容器通過分段投切可以實現一定程度上線路電抗的控制，如圖411所示，關注穩態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備的預期壽命和維護需求的限制。

圖411 典型的串聯電容器分段布置方式

使用機械開關動態控制線路電抗有許多限制。由于響應速度慢，傳統高壓開關不能快速重復操作。此外，大量開關操作增加了維護要求。最后，開關閉合操作的波形點不精確可產生操作暫態過程，導致元件過電壓。為了提高串聯電容器的動態性能，人們開發了可控串聯電容器，并進行了現場試驗。如果控制策略適當，只需部分電容器組可控就可以阻

尼機電系統振蕩。

實現這種控制，主電路控制設備必須安裝在具有系統全電壓等級的平臺上，在地面監控設備和平臺之間有信號傳輸。