串联补偿装置电气设计与实现

倪啸云（湖南省轻工纺织设计院，湖南　长沙　410000）



串联补偿装置电气设计与实现

倪啸云（湖南省轻工纺织设计院，湖南长沙410000）

本文首先阐述了串补装置的基本工作原理，再分析了串补装置的电气设计内容，然后论述了串补装置的实现，供相关人士参考。

串联补偿装置；电气；设计

1　引言

补偿技术已经成为电力系统设计者和电力供应的决策者在全球发展的一致追求。目前，大多数在低压电网的负载是感性负载，所以并联电容器可提供在电网感抗消耗的一些无功功率。但在电源系统中，有许多无功功率变化频繁的电器，这就要求补偿装置可以动态地根据负载变化来补偿。可是并联电容只能固定无功补偿，容易导致过度补偿或者补偿不足，不能保证的需要电力系统的需求。而且有可能是与电力系统产生并联谐振，导致谐波增加。因此，国内外普遍采用在无功功率变化的基础之上，对补偿电容器进行分组自投切的无功功率补偿装置。

2　串补装置的基本原理

改变线路串联阻抗可以控制自然功率，串联补偿可以改变线路的感抗，这种情况下无损线特性阻抗的比值为：

对线路相位角的影响为：

自然功率的比值可表示为：

在该式中，Bo是一个复杂的矩阵元素传递，式中的复数矩阵元素是串联电容器的总容抗。

电力工业中使用的是另一种补偿度的方式，这个定义基于线路长度l与“短线路”单位长度电抗的乘积，这个乘积称为“标称”线路电抗。

对补偿度的增加将减少特性阻抗与线路相位角，将自然功率提高。对于容性串联与并联补偿，会随着补偿水平的增加，特性阻抗会减少，自然功率会提高，但是线路相位角却不相同，增加容性并联补偿可以将线路的相位角增加，但增加串联补偿会使线路相位角减少。

其实串联补偿也有极限，首先，可以从理论上说明，其次，从使输电投资最经济方面说明。

3　串联装置的实现

3.1串联电容器

某500kV变电站采用了可控串补技术，其主要组成部分是FACTS技术。在该串补站投入运行之后，其送电能力提高了242MW。该变电站使用的电容器型号为EX-7Li，主要技术参数为：固定部分的过电压，每相的额定阻抗为 29.2Ω，额定电流为2000A，额定电压为58.4kV，三相额定无功功率为A350.4MVA。电容器单元容量664kVA，额定电压7.3kV，BIL值为95kV，其质量在82kg左右。该变电站采用的双套管结构形式，由4个电容器元件串联，同时由15个电容器元件并联共同组成1个独立的电容器单元。电容器故障不会对电容器故障造成影响，在其内部采用熔断器保护，电容器单元的电压和最大保护动作电压相同时，故障的电容器单元就能够从回路中切除，但是电容器箱的绝缘不会损坏。使用不平衡电流CT对电容器单元的内部进行检查，判断其是否存在电容器故障，可控部分电流为1.35A时报警，1.50A时保护动作，内部熔断器熔断。

对于串联电容器位置的设定也是串联补偿装置电气设计中主要考虑的问题之一。从串联容性电抗的最有效的角度可以看到，输电线路的中央是单个电容器组的最佳位置。很早以前，在开发串联补偿系统的时候，人们就认识到了这一点，而且，作为一个实际的例子来证明，瑞典的其中一部分装置便是利用这一理论来设计的，加拿大也有一个这样的实例，还有一部分装置，特别是在美国的西部地区，人们更偏向于在线路端部装设，以利用现有土地和端部的人力资源。另外，在个别情况下，串联电容器将装设于两个部位，不在顶端，而是在距离两端部1/3距离处，另外还有一种方式，就是只使用一组电容器，在距离线路顶端的1/3处装设，这种方式也有很大的好处。电容器组位置的原因：①作为一个电容器组在线路位置上的函数式，它的“有效性”是可变化的；②电容器位置影响电压分配；③线路保护受电容器位置影响；④位置是用于电容器组维护的重要因素。如果电容器使用金属氧化物限压器保护，那么限压器的通流能力就要求随着电容器位置的变化而变化。

由于电力网络补偿的必要性，无功功率补偿装置的设计有一定的重要性，因此必须根据对电网的操作性以确定无功功率补偿的能力。最直接的方法是提高功率因数。补偿线路的有功功率为P1，前者的功率因数为cosφ1，后者的功率因数为cosφ2，补偿容量为线路上的Qc。经过补偿的功率因数cosφ2一般是在0.9～1.0之间的适当值，它不是太高。对于并联电容器组补偿，其额定容量与连接方式有关。下面将针对三相电路进行说明。

三相电路的电容器容量为：Qc=3×2πfU2C×103

式中：Qc表示电容器容量；f为交流电频率；U为相电压；C为单相电容器值。对于三相接线系统，线路电压相当于相电压，而三相星形接线系统，线电压为相电压的3倍。并联电容器使用三角形连接并联在电网中。在线路中串联一个或两个串联电容器之后，电容量变得越大时，容抗就会变得越来越小，在电容器两边的电压也就随之越来越小，所以导致补偿量也就越小。在线路中并联一个或者两个并联电容器，电容量变得越大时，容抗就会变得越来越小，电流会随之越变越大，从而致使补偿量变得越来越大。

3.2金属氧化物避雷器（MOV）

MOV主要应用于限制流过电容器的故障以及振荡电流，需要根据系统的运行情况设置具体的参数，对于固定以及可控部分，过电压保护水平分别处于2.3和2.4p.u下，吸收能量是37和6MJ/相，每相都有14个单元，其中有2个单元是备用的，每个单元分别是255和85kg。MOV需要具备足够的释放容量，再能满足压力释放装置的运行要求。

3.3火花放电间隙

强制触发火花放电间隙距离是可以变化的，其动作持续时间为0.4ms，最大的故障电流持续500ms动作1次或者是间隔动作25次无需维修。为了能够达到不同保护整定值以及故障下的运行要求，需要在每个间隙上安装两套独立的触发回路。

3.4旁路断路器

旁路断路器需要在电容器组出现短路、过电压保护装置动作和电容器组正常运行以及出现故障的重合闸等情况下进行可靠动作，在熄弧之后不会复燃。断口耐压是串补装置最高的保护水平。

3.5隔离开关

隔离开关是双柱水平开启式，其额定电压和额定电流分别为550kV、3150A，动稳定水平为125kA。平台隔离开关动触头侧带单接地开关。旁路隔离开关的三相联动也会带动双接地开关，带双接地开关的主要功能是检修时接地，不需要挂接地线。为了防止出现操作故障，接地开关关合需要有安全连锁。旁路隔离开关一般可以切断500V端电压所产生的转移电流。主、地刀均使用的电动操作机构。线路侧接地开关带自动灭弧设备。

3.6电流互感器（CT）

CT使用的是光输出信号技术，经过多次转化以及光纤传输联系绝缘平台上的电力设备，同时也和主控制室内的保护以及控制设备连接在一起。首先，需要对固定、可控部分的线路电流、MOV电流、平台上发生的故障进行检测，主要监测参数为故障电流、旁路断路器的电流以及固定部分的火花间隙电流。型号AGNE-3.6，其变化为2000/0.5/0.5A，准确级为SP40。测量固定部分的电容器电流，型号AGNE-3.6，变化为2000/0.5/0.5A，准确级为SP6。测量固定和可控部位的电容器不平衡电流，型号为GSWF72.5，变化为3/0.025/0.025，准确级为SP6。

4　结束语

综上所述，为了更好地促进串补技术，需要加强其中国化特色转变，可以开展对串补技术的研究，即串补站主要电气设备设计、各设备的绝缘配合、串补装置系统性能、线路断路器暂态恢复电压等。在设计时，需要电力系统建设的实际要求进行，对各影响因素进行考量，合理设定性能参数么，加强对电力设备的选型研究，保证其性能的稳定发挥。

［1］袁 勇，智 慧，陈建君.复线分区所串联电容补偿装置的作用和效果［J］.高速铁路技术，2014（2）：24～27.

［2］陈伟华，李 丽，彭继慎，等.基于SVPWM控制技术的串联补偿装置设计［J］.控制工程，2015，22（2）：45.

［3］王春成，游复生，邓小玉，等.贺州变电站串联补偿工程电气二次设计综述［J］.陕西电力，2010，38（12）：50～54.

倪啸云（1976-），男，工程师，本科，主要从事电气咨询与设计等工作。

TM761

A

2095-2066（2016）11-0065-02

2016-3-25