电容器和电抗器在系统中的并联和串联探讨

邵治涛

（陕西能源赵石畔煤电有限公司，陕西 榆林 719100）

把串联电抗器使用在电容器补偿回路中能够有效对电力系统的功率因素进行改善，抑制电容器组投切时产生的涌流以及电网中的高次谐波。还能够改善由谐波引起的过载问题，对具体操作过程中的过电压进行有效降低，确保电容器组在运行过程中的安全，对电网中的电压波形进行优化改善，使供电的质量更高，提升电网在运行过程中的安全性和稳定性。

1 串联电容器补偿

串联补偿指在高压线路上直接串联电容器，以此种方式对输电线路的参数进行优化，避免电压出现过大的损失，有效提升电力的输送，减少线损。此种方式主要使用在高压且距离较远的输电线路中，一般状况下很少使用在用电单位。此种补偿的方式最早在国外使用，我国起步相对较晚，第一套串联电容器补偿装置使用在徐州三堡站，在距离较长的线路中期电感比电阻大。使用中串联电容能够对线路中的电感进行抵消，相当于对线路的长度进行缩短，能够有效补偿无功功率，提升电力系统的稳定性和安全性。

串联电容能够有效对高压输电线路的长度进行缩短，并联电容则是增加其长度，对这一原理进行重复利用，并通过模拟的方式进行高压输电线路的长度试验，可以得出在高压线路较短的状况下，线路的稳定性较好，输电功率较大。如果输线电路的线路距离太长，可以根据实际状况使用串联电容，以提升高压线路的稳定性。

（1）对线路末端的电压进行提升，主要使用补偿线路，有效减少电压的降落，对输电线路末端的电压进行提升，通常状况下能够将电路末端的电压提升10%～20%。

（2）有效提升输电线路输电的能力，在输电线路中串联了补偿电容，减少了电压的降落以及功率耗损，使得线路输电的容量得到大幅度增加。

（3）对电力线路系统中的分布进行了优化，在闭合的网络中，针对部分串联电容器能够有效改变电抗，使电流能够定向流动，保证功率均匀分布。

（4）对线路系统中的静稳定性进行了有效提升，在输电线路出现故障而被部分切除时，线路系统中的等效电抗快速增加。对串联电容器进行强制性补偿，在最短时间内强制改变串联电容器数量，临时增加临时对容抗，有效降低线路系统中的等效电抗，提升输送的极限功率，保证系统运行更稳定、安全。

长度不超过52.08 km的线路可以使用并联电容，如果线路长度大于52.08 km则选用串联电容补偿。

2 并联电容器补偿

在系统母线进行电容器并联，具有相似性，能够有效吸收系统中的容性无功功率，即系统中的并联电容器向系统发出感性无功，能够有效提升系统的功率因数和母线端的电压水平。此外，还能够有效降低系统感性无功输送，增加有功功率，提升功率因数。上述过程即并联电容提高母线电压水平的原理，减少线路感性无功输出，提高电压，降低线路损耗。例如陕西能源赵石畔煤电有限公司变电站10 kV母线就采用了上述方法进行感性无功补偿。

并联补偿的重点就是将电容器补偿设备并列接入同一电路中，以此提升功率因数。常用的补偿方式主要有三种。

（1）使用集中补偿电容组，集中安装于变电所母线上，提升变电所的功率因数，减少高压线路的无功损耗。

（2）使用分布补偿方式，可以装配于变配电母线、高压母线、低压母线上，有效提升补偿效果。

（3）使用就地补偿方式，在异步电机活感性用电设备附近安装电容器或电容器组，能够有效地提升回路中的功率因数，还能够优化用电设备的电压质量，适用于规格较小的设备。

3 并联电抗器

超高远距离输电线路的空载、轻载状况都会产生较大的电泳充电功率。一般情况下，充电功率会随电压增加而增加，充电功率过大会导致工频电压升高，并影响线路功率和电能损耗，出现自励磁等问题。采用电抗器并联能够有效补偿充电功率，超高压线路对地电容效应较大，电流较小时，线路中的电压在电容效应的作用下被升高。应在线路上安装并联电抗器，使电抗器产生电感抵消线路电容，降低电压。

4 串联电抗器

（1）有效补偿无功功率，在增加电网有功功率比例常数的同时提升功率因数。

（2）减少发电设备和供电设备的设计容量，合理控制投资，例如功率因数从0.8提升至0.95时，采用1 kV的电容器能够有效节省0.52 kV的设备容量。基于原有设备角度分析，等同于增加了发电设备和供电设备的容量。在新建工程或改建工程中，都应当充分考虑有效控制对设计容量的投资。

（3）有效降低线损，补偿后的功率因数大于没有进行补偿时的功率因数，因此提高功率因数后，线损会出现明显的下降现象，提升电网中有功功率输送的比例，有效降低系统的线损，改善供电设备的经济效益。

5 工程实例

根据以往经验，在一个变电线项目中对无功自动补偿系统进行设计的过程中，通过相关计算能够变电站的实际补偿容量为1 800 kV（300 kV+600 kV+900 kV），此外还需要配备6%电抗器，吸收5次及5次以上的谐波。有效计算需要安装的实际容量，得到变电站设备的具体参数。

主变压器型号为S11-20000/110/10.5，系统额定电压为10.5 kV，最高工作压力为12 kV。选择电容器的过程中，需要选择额定电压为12/3 kV的单相电容器。

补偿装置系统如图1所示。

图1 补偿装置系统

如果实际需要补偿1 800 kV，经过理论计算后，可以得知电容器应为2 210 kV，各厂家的单台电容容量存在差异，导致实际安装容量与理论计算容量存在差异，比值约为1.3～1.5。

如果采用德国赫兹电容器，则需要安装9台，单台电容器最大容量不可超过400 kV，实际安装电容器2 400 kV。德国赫兹电容器选择详情如表1所示。

表1 选用德国赫兹电容器

如果选用电容器为北京英博电容器，则需要安装12台，单台电容器的最大容量不可超过300 kV，实际安装电容器容量为2 400 kV。

具体选择情况如表2所示。

表2 选择北京英博电容器

6 结语

电容器和电抗器的串联、并联都具有各自的作用和优势，无论是电抗器或电容器，串联就是从根本上抵消无功，并联就是从设备方面对线路进行无功调整。