第四節 60kV串聯電容補償裝置設備選擇

一、概述

在本節中以具體實例來說明60kV串聯電容補償裝置設備選擇的方法，今有電壓為

60kV的送電線路，長期以來母線電壓最低到50kV，影響了正常用電。為了改善電壓質量，經過多方面的比較，決定采用在該電網中加裝串聯電容補償裝置的辦法。用串聯電容器來補償線路的電抗，是減少線路電壓損失、改善電壓質量的一種有效措施。它與安裝調壓器、升高線路電壓等級、加大導線截面、調整電壓和增加輸送容量的措施相比，具有投資少、設備易于解決、便于施工、縮短停電時間、維護簡便、便于拆遷轉移等優點。特別是它還具有能連續調壓的特點，更為適用。

圖441 網路接線

如圖441所示是電網接線數字說明如下：

（1）TJ100/18：線號/km。

（2）63～66：母線運行電壓kV。（3）5.5%～7%：電降損失。

（4）方塊中數字為年負荷量（kW·h）和變壓器容量。

由于比變電所（東發變電所）的安裝條件好，電壓降約占總電壓降的1/2，且可以使其后的六個變電所的電壓得到改善，故安裝地點選在東發變電所。

二、補償量的選擇計算

1.測算串聯電容的容抗值Xc近似計算公式：

Xc=1PU2（U2-U1）cotφ=U2（UQ2-U1）

式中 U1———補償裝置前的母線電壓，kV；

U2———補償裝置后的母線電壓，kV；

Q———通過電容器安裝處的無功功率，Mvar。

取U2=66kV，U1=57kV，Q=7.3～8.0Mvar代入上式得

Xc=667（.636～-587）=74～81（Ω）

2.電容器的臺數和容量每相并聯電容器的臺數

nb=I

Iec

式中 I———近期負荷電流，取160A；

Iec———每臺電容器的標稱電流。

電容器額定電流Iec=20A，故

nb=12600=8（臺）

每相串聯電容器臺數

nc=nbXc

Xec

式中 Xec———電容器的額定容抗。

電容器容抗Xec=50Ω，故

nc=nXbXecc=8×（8510～74）=12.9～11.8（臺）

考慮布置方便和對稱，取nc=12臺。

3.補償裝置的總容量總容量為

Qc=3nbncQec

式中 Qec———每臺電容器的額定容量。

電容器Qec=20kvar，故

Qe=3×8×12×20=5760（kvar）

三、補償裝置的主接線

東發變電所60kV補償裝置的主接線及戶外配電裝置如圖442所示。

圖442 補償裝置的主接線

Q1、Q2、Q3—隔離刀閘；C—串聯電容器；FJ—放電間隙；TA—電流互感器；L2、R—阻尼電感及電阻

四、補償裝置的主要元件

（1）串聯電容器主要參數：Ue：1kV；Ie：20A；C：64μF；Q：20kvar。

（2）放電間隙。采用螺旋形磁吹自滅弧間隙。為增強其滅弧能力和擊穿電壓的分散，

因每相間隙對地電壓僅為6㊣

36kV，所以每相采用了兩支串聯。間隙的放電電壓值應按躲開補償后的各變電所二次母線三相短路電流來整定。但如按躲開肇東變電所二次母線的三相短路電流（為各變電所IK（3）中最大的一個）整定時，電容器組的過電壓則超過了三倍，為36570V，將造成對電容器的危害。考慮到三相短路的情況極少，所以只按躲開肇東變電所二次母線約二相電流IK（2）=490A來整定，取電容過電壓倍數K=2.6，則間隙的擊穿電壓為31.2kV。此值基本上可以躲開系統振蕩過電壓和投切電容器組的操作過電壓（一般為1.7～2.5Ue）。

（3）旁路斷路器（QF）的選擇。旁路斷路器的作用是投切電容器組，它應具有轉移負荷電流和承受電容放電電流的能力；在分斷的情況下能承受電容器組兩端的電位差。所以可選用SF6斷路器。

（4）阻尼參數和元件的選擇：

1）電阻R及電感L2的初步計算。a.按放電電流衰減率的要求取R值。

其中引線寄生電感L3取1.5～2.8μH/m×50m。

電容器組每相電容量為

C=nbCec

nc

=8×64×10-6

12

=42.6×10-6（F）

b.按限制放電電流幅值來確定R。

因為磁吹自滅弧間隙為持續放電電弧，所以按公式R＞100UndbzIec計算Udz（間隙放電電壓）為

Udz=㊣2×2.6×12000=44000（V）

R＞1004×4080×020=2.75（Ω）

比較a.、b.的計算結果取其大者R=2.75Ω。故選取R=3Ω，L2=400μH。

2）通過放電流的校驗確定R=3Ω，L2=400μH是否合乎要求。

經計算，得出以下結果：

放電電流的第一個半波峰值Im1=13000A。放電電流的第三個半波峰值Im3=8000A。

放電電流的放電頻率f=1600Hz。

可以看出，盡管放電電流峰值小于電容器組額定電流100倍的要求，但其衰減率滿足不了同極性后半波幅值為前一個幅值一半的要求。

3）試湊法計算R和L2。

放電回路的單相等值電路見圖443。實際運算單相電路見圖444。

圖443 放電回路的單相等值電路

圖444 實際運算單相電路

C—每相電容器容量；L1—引線寄生電感量

1.5～2.5μH/m；L2—阻尼電感；R—阻尼電阻；

Rb—放電回路的電阻0.01～0.1Ω

則可列出放電電流的運算方程組為

㊣

╭╰

（Rh+R+RL+P1C）I（P）+RIL（P）=UCP（0）-RIP+（R+RL2）IL（P）

=0

（441）（442）

式中 UC（0）———保護間隙擊穿電壓的整流定值（峰值）。

當近似地認為Rb=0時，經拉氏反變換可得出放電回路總放電電流的表達式為

iC（t）=ULC（10）[（α1-αα-2α）21+ω2e-α1t+1ω㊣

（α（α1--αα12））22++ω2ω2e-α2tsin（ωt-φ）]

阻尼電阻支路的電流分量為

iR（t）=ULC（10）[（α1--α2α1）2+ω2e-α1t+1ω㊣

（α1α-22α+2 ）ω22+ω2e-α2tsin（ωt-φR ）]

阻尼電感支路的電流分量為

iL（t）=ULC1L（02）[（α1-α12）2+ω2e-α1t+1ω㊣

（α1+α12）2+ω2e-α2tsin（ωt+φL）]

φ=arctanα1ω-α2-arctanα1α1-α2φ=arctan-ωα2-arctanα1ω-α2

φ=arctanα1ω-α2

按試湊法計算的R、L2之值列于表441中。

表中的Iec為電容器組的額定電流，數值是160A。

由表441可知：①選取中任意一組R、L2都滿足Im/Iec＜100的要求；②只有③

⑤⑥滿足衰減率的要求；③綜合比較以方案⑥為最佳，其放電電流的幅值可限制在50倍以內，這是對斷續弧要求的條件，對電容器的壽命有利，為此最后取：R=6Ω，

L2=400μH。

表441

按試湊法計算的R、L2之值結果表

電阻元件采用1.5mm×1.0mm的鐵鎳鉻電阻帶，以無感繞法繞成直徑為100mm的螺旋形無感電阻，中間串入環氧酚醛玻璃布層壓板，兩端再用支柱絕緣子固定于防雨箱中。經驗算在通過負荷及放電電流最大值時的溫升不超過200℃。

阻尼電感L2采用GZ2—500Ω—2型高頻阻波器兩支串聯而成。