摘要：近年來，電力系統(tǒng)中出現(xiàn)了多種新型的無功靜止補(bǔ)償裝置，它們與傳統(tǒng)的無功靜止補(bǔ)償裝置存在一些共同點(diǎn)，同時它們也具有自身的特性。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，對新型晶體管串聯(lián)調(diào)壓電容無功補(bǔ)償裝置(改進(jìn)型CK-Y)與傳統(tǒng)機(jī)械開關(guān)投切電容器組(MSC)進(jìn)行分析比較。

關(guān)鍵詞：機(jī)械開關(guān)投切電容器組(MSC) 晶體管串聯(lián)調(diào)壓電容無功補(bǔ)償裝置(改進(jìn)型CKY) 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能比較

0 引言

隨著社會的進(jìn)步和科學(xué)發(fā)展，用戶和電力系統(tǒng)自身在提出穩(wěn)定運(yùn)行要求的同時，對電能的頻率、電壓和波形也提出了越來越高的質(zhì)量要求。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)的角度考慮，電力系統(tǒng)通常在線路末端并列無功靜止補(bǔ)償設(shè)備，以保證線路末端電壓的質(zhì)量。

各種無功靜止補(bǔ)償裝置的作用都是通過改變自身阻抗的大小，與系統(tǒng)的阻抗相匹配，達(dá)到調(diào)節(jié)進(jìn)線無功、接入點(diǎn)電壓和維持功率因素的目的。同時，它還對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)和過濾過程發(fā)生作用，但其本身并不具備生產(chǎn)、傳輸和分配電能的功能?，F(xiàn)在電力系統(tǒng)中有兩種比較典型的無功靜止補(bǔ)償裝置：一種是廣泛使用的機(jī)械開關(guān)投切電容器組，簡稱MSC；另一種是近年來新型的晶體管串聯(lián)調(diào)壓電容無功補(bǔ)償裝置，簡稱改進(jìn)型CKY。

1 機(jī)械開關(guān)投切電容器組(MSC)的工作原理

機(jī)械開關(guān)投切電容器組是通過控制機(jī)械開關(guān)的合分投切電容器組，原理如圖1。

Qc-電容器組的無功功率；QF-機(jī)械開關(guān)(每一組電容器用—個機(jī)械開關(guān)來控制其投切)；U-IO千伏母線或35千伏母線的電壓；X0一電容器組的電抗；

Qc=U²/Xc……公式1

根據(jù)公式1可知，通過改變投入電力系統(tǒng)電容器組的數(shù)目，而改變電容器組的電抗Xc，使電容器組的無功功率發(fā)生變化，達(dá)到調(diào)節(jié)無功功率的目的，使被控母線的電壓控制在規(guī)定范圍內(nèi)。當(dāng)負(fù)荷增加時，系統(tǒng)電壓降低，低于規(guī)定范圍的下限值時，可以通過合上機(jī)械開關(guān)，增加電容器組的投入量，使電容器組的電抗Xc減小，使電容器輸出的無功功率Qc增加，使被控母線的電壓升高至規(guī)定范圍內(nèi)；反之，當(dāng)負(fù)荷減少時，系統(tǒng)電壓升高，高于規(guī)定范圍的上限值時，可以通過斷開機(jī)械開關(guān)，減少電容器組的投入量，使電容器組的電抗×。增加，使電容器輸出的無功功率Qc減少，使被控母線的電壓降低至規(guī)定范圍內(nèi)。

2 晶體管串聯(lián)調(diào)壓電容無功補(bǔ)償裝置(改進(jìn)型CKY)的工作原理

電容器安裝在輔助變壓器的副邊繞組，它與晶體管開關(guān)組合是串聯(lián)關(guān)系，原理如圖2。

QF—高壓開關(guān)；1—8：均為晶體管開關(guān)，如圖3；U—輔助變壓器原邊繞組電壓，也是110千伏(或220千伏)母線電壓；Uc—電容器電壓；E—輔助變壓器副邊繞組電勢；W₃—輔助變壓器副邊固定繞組：W₃、W₃一輔助變壓器副邊調(diào)節(jié)繞組；K—輔助變壓器副邊繞組與原邊繞組的匝數(shù)之比，小于1：

Uc=U-E=U-KU=U(1-K)……公式2

Qc=Uc²/Xc=U^2*(1-K)²/Xc……公式3

根據(jù)公式3可知，通過改變K來改變電容器上的電壓Uc，從而達(dá)到調(diào)節(jié)無功的Qc目的。K的改變是通過晶體管開關(guān)組合來實(shí)現(xiàn)的，它可使輔助變壓器副邊調(diào)節(jié)繞組W₂、w₁正接、反接或不接入電路，使輔助變壓器副邊繞組的等效匝數(shù)改變，從而達(dá)到改變K。當(dāng)負(fù)荷增加時，系統(tǒng)電壓降低，低于規(guī)定范圍的下限值時，可以減少輔助變壓器副邊繞組等效匝數(shù)，使K變小，使電容器輸出的無功功率Qc增加，使被控母線的電壓升高至規(guī)定范圍內(nèi)；反之，當(dāng)負(fù)荷減少時，系統(tǒng)電壓升高，高于規(guī)定范圍的上限值時，可以增加輔助變壓器副邊繞組等效匝數(shù)，使K變大，使電容器輸出的無功功率Qc降低，使被控母線的電壓降低至規(guī)定范圍內(nèi)。

3 改進(jìn)型CKY與MSC的比較

機(jī)械開關(guān)投切電容器組(MSC)與晶體管串聯(lián)調(diào)壓電容無功補(bǔ)償裝置(改進(jìn)型CKY)都屬于無功靜止補(bǔ)償裝置，都只能發(fā)出無功，而不能吸收無功，它們在技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面都有自身的特點(diǎn)。

3.1 改進(jìn)型CKY與MSC的技術(shù)性能比較

3.1.1 MSC的分級少，一組為一級，一般情況一個變電站下只有6—8組，所以它的單級容量大，不能滿足調(diào)壓精度要求，主變需要采用有載分接頭開關(guān)與它配合調(diào)壓，才能滿足調(diào)壓要求；改進(jìn)型CKY輔助變壓器副邊調(diào)節(jié)繞組W₂、W₁可以正接、反接或不接入電路，它們與輔助變壓器副邊固定繞組w₃有多種組合方式，每一種組合方式都對應(yīng)一個級，所以改進(jìn)型CKY的分級多，它的單級容量小，能滿足調(diào)壓精度要求，主變可取消有載分接頭開關(guān)，采用無載分接頭開關(guān)代替。

3.1.2 MSC切除后，不能立即再投入，因?yàn)殡娙萜鳑]有放電，若立刻投入可能引起很大的沖擊電流，所以不具備調(diào)壓快速性；MSC采用真空開關(guān)，一般是1年檢修一次，開斷1000次就需要檢修，即真空開關(guān)平均每天只能開斷3—5次，固不可頻繁調(diào)節(jié)：改進(jìn)CKY的晶體管開關(guān)可以頻繁斷合，并且它的換級時間很短，所以它可以快速頻繁調(diào)節(jié)電壓。

3.1.3 事故后，MSC不具備調(diào)壓快速性，它不能及時的投入足夠的組數(shù)，所以它防止電壓崩潰的能力差；改進(jìn)型CKY具備調(diào)壓快速性，它能在很短的時間內(nèi)(1秒內(nèi))，換級完成，發(fā)出足夠的無功，保證電壓在額定電壓的0.8倍及以上，可以可靠的防止電壓崩潰。

3.2 改進(jìn)型CKY與MSC的經(jīng)濟(jì)性能比較

3.2.1 MSC的構(gòu)成簡單，每一組只包括一套低壓真空開關(guān)和一套電容器組，但它對變電站主變的要求較高，要求主變選用有載分接頭開關(guān)，并且它只能安裝在低壓側(cè)10千伏或35千伏母線上，所以要求主變第三繞組的容量大。

3.2.2 改進(jìn)型CKY的構(gòu)成較復(fù)雜，每一套包括一套110千伏高壓開關(guān)及電流互感器、一臺輔助變壓器、一套晶體管開關(guān)組合和一套電容器組，但它對變電站主變的要求相對較低，只要求選用無載分接頭開關(guān)、第三繞組的容量小的主變。

無載分接頭的變壓器比有載分接頭的變壓器節(jié)約投資20％；主變第三繞組容量的減少，可以大大降低投資，繞組的造價一般占該變壓器造價的50％。下面，對同一變電站的無功補(bǔ)償裝置設(shè)計兩種方案：方案一只含改進(jìn)型CKY，方案二只含MSC。假設(shè)這變電站的主變?nèi)萘繛?00兆伏安，電容器容量為200兆乏，改進(jìn)型CKY與MSC的經(jīng)濟(jì)性能比較如表1：

根據(jù)表1可知，方案二的價格略低于方案一。

4 結(jié)束語

通過對機(jī)械開關(guān)投切電容器組(MSC)與晶體管串聯(lián)調(diào)壓電容無功補(bǔ)償裝置(改進(jìn)型CKY)在技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能方面比較，得出以下結(jié)論：近年來新型的改進(jìn)型CKY雖然在價格方面略高于傳統(tǒng)的MSC，但改進(jìn)型CKY的技術(shù)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于MSC。在電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置發(fā)展中，改進(jìn)型CKY將是未來的一個發(fā)展方向。