倪嘯云（湖南省輕工紡織設(shè)計(jì)院，湖南　長沙　410000）

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串聯(lián)補(bǔ)償裝置電氣設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

倪嘯云（湖南省輕工紡織設(shè)計(jì)院，湖南長沙410000）

本文首先闡述了串補(bǔ)裝置的基本工作原理，再分析了串補(bǔ)裝置的電氣設(shè)計(jì)內(nèi)容，然后論述了串補(bǔ)裝置的實(shí)現(xiàn)，供相關(guān)人士參考。

串聯(lián)補(bǔ)償裝置；電氣；設(shè)計(jì)

1　引言

補(bǔ)償技術(shù)已經(jīng)成為電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)者和電力供應(yīng)的決策者在全球發(fā)展的一致追求。目前，大多數(shù)在低壓電網(wǎng)的負(fù)載是感性負(fù)載，所以并聯(lián)電容器可提供在電網(wǎng)感抗消耗的一些無功功率。但在電源系統(tǒng)中，有許多無功功率變化頻繁的電器，這就要求補(bǔ)償裝置可以動(dòng)態(tài)地根據(jù)負(fù)載變化來補(bǔ)償?？墒遣⒙?lián)電容只能固定無功補(bǔ)償，容易導(dǎo)致過度補(bǔ)償或者補(bǔ)償不足，不能保證的需要電力系統(tǒng)的需求。而且有可能是與電力系統(tǒng)產(chǎn)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波增加。因此，國內(nèi)外普遍采用在無功功率變化的基礎(chǔ)之上，對(duì)補(bǔ)償電容器進(jìn)行分組自投切的無功功率補(bǔ)償裝置。

2　串補(bǔ)裝置的基本原理

改變線路串聯(lián)阻抗可以控制自然功率，串聯(lián)補(bǔ)償可以改變線路的感抗，這種情況下無損線特性阻抗的比值為：

對(duì)線路相位角的影響為：

自然功率的比值可表示為：

在該式中，Bo是一個(gè)復(fù)雜的矩陣元素傳遞，式中的復(fù)數(shù)矩陣元素是串聯(lián)電容器的總?cè)菘埂?/p>

電力工業(yè)中使用的是另一種補(bǔ)償度的方式，這個(gè)定義基于線路長度l與“短線路”單位長度電抗的乘積，這個(gè)乘積稱為“標(biāo)稱”線路電抗。

對(duì)補(bǔ)償度的增加將減少特性阻抗與線路相位角，將自然功率提高。對(duì)于容性串聯(lián)與并聯(lián)補(bǔ)償，會(huì)隨著補(bǔ)償水平的增加，特性阻抗會(huì)減少，自然功率會(huì)提高，但是線路相位角卻不相同，增加容性并聯(lián)補(bǔ)償可以將線路的相位角增加，但增加串聯(lián)補(bǔ)償會(huì)使線路相位角減少。

其實(shí)串聯(lián)補(bǔ)償也有極限，首先，可以從理論上說明，其次，從使輸電投資最經(jīng)濟(jì)方面說明。

3　串聯(lián)裝置的實(shí)現(xiàn)

3.1串聯(lián)電容器

某500kV變電站采用了可控串補(bǔ)技術(shù)，其主要組成部分是FACTS技術(shù)。在該串補(bǔ)站投入運(yùn)行之后，其送電能力提高了242MW。該變電站使用的電容器型號(hào)為EX-7Li，主要技術(shù)參數(shù)為：固定部分的過電壓，每相的額定阻抗為 29.2Ω，額定電流為2000A，額定電壓為58.4kV，三相額定無功功率為A350.4MVA。電容器單元容量664kVA，額定電壓7.3kV，BIL值為95kV，其質(zhì)量在82kg左右。該變電站采用的雙套管結(jié)構(gòu)形式，由4個(gè)電容器元件串聯(lián)，同時(shí)由15個(gè)電容器元件并聯(lián)共同組成1個(gè)獨(dú)立的電容器單元。電容器故障不會(huì)對(duì)電容器故障造成影響，在其內(nèi)部采用熔斷器保護(hù)，電容器單元的電壓和最大保護(hù)動(dòng)作電壓相同時(shí)，故障的電容器單元就能夠從回路中切除，但是電容器箱的絕緣不會(huì)損壞。使用不平衡電流CT對(duì)電容器單元的內(nèi)部進(jìn)行檢查，判斷其是否存在電容器故障，可控部分電流為1.35A時(shí)報(bào)警，1.50A時(shí)保護(hù)動(dòng)作，內(nèi)部熔斷器熔斷。

對(duì)于串聯(lián)電容器位置的設(shè)定也是串聯(lián)補(bǔ)償裝置電氣設(shè)計(jì)中主要考慮的問題之一。從串聯(lián)容性電抗的最有效的角度可以看到，輸電線路的中央是單個(gè)電容器組的最佳位置。很早以前，在開發(fā)串聯(lián)補(bǔ)償系統(tǒng)的時(shí)候，人們就認(rèn)識(shí)到了這一點(diǎn)，而且，作為一個(gè)實(shí)際的例子來證明，瑞典的其中一部分裝置便是利用這一理論來設(shè)計(jì)的，加拿大也有一個(gè)這樣的實(shí)例，還有一部分裝置，特別是在美國的西部地區(qū)，人們更偏向于在線路端部裝設(shè)，以利用現(xiàn)有土地和端部的人力資源。另外，在個(gè)別情況下，串聯(lián)電容器將裝設(shè)于兩個(gè)部位，不在頂端，而是在距離兩端部1/3距離處，另外還有一種方式，就是只使用一組電容器，在距離線路頂端的1/3處裝設(shè)，這種方式也有很大的好處。電容器組位置的原因：①作為一個(gè)電容器組在線路位置上的函數(shù)式，它的“有效性”是可變化的；②電容器位置影響電壓分配；③線路保護(hù)受電容器位置影響；④位置是用于電容器組維護(hù)的重要因素。如果電容器使用金屬氧化物限壓器保護(hù)，那么限壓器的通流能力就要求隨著電容器位置的變化而變化。

由于電力網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償?shù)谋匾裕瑹o功功率補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)有一定的重要性，因此必須根據(jù)對(duì)電網(wǎng)的操作性以確定無功功率補(bǔ)償?shù)哪芰?。最直接的方法是提高功率因?shù)。補(bǔ)償線路的有功功率為P1，前者的功率因數(shù)為cosφ1，后者的功率因數(shù)為cosφ2，補(bǔ)償容量為線路上的Qc。經(jīng)過補(bǔ)償?shù)墓β室驍?shù)cosφ2一般是在0.9～1.0之間的適當(dāng)值，它不是太高。對(duì)于并聯(lián)電容器組補(bǔ)償，其額定容量與連接方式有關(guān)。下面將針對(duì)三相電路進(jìn)行說明。

三相電路的電容器容量為：Qc=3×2πfU2C×103

式中：Qc表示電容器容量；f為交流電頻率；U為相電壓；C為單相電容器值。對(duì)于三相接線系統(tǒng)，線路電壓相當(dāng)于相電壓，而三相星形接線系統(tǒng)，線電壓為相電壓的3倍。并聯(lián)電容器使用三角形連接并聯(lián)在電網(wǎng)中。在線路中串聯(lián)一個(gè)或兩個(gè)串聯(lián)電容器之后，電容量變得越大時(shí)，容抗就會(huì)變得越來越小，在電容器兩邊的電壓也就隨之越來越小，所以導(dǎo)致補(bǔ)償量也就越小。在線路中并聯(lián)一個(gè)或者兩個(gè)并聯(lián)電容器，電容量變得越大時(shí)，容抗就會(huì)變得越來越小，電流會(huì)隨之越變?cè)酱?，從而致使補(bǔ)償量變得越來越大。

3.2金屬氧化物避雷器（MOV）

MOV主要應(yīng)用于限制流過電容器的故障以及振蕩電流，需要根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行情況設(shè)置具體的參數(shù)，對(duì)于固定以及可控部分，過電壓保護(hù)水平分別處于2.3和2.4p.u下，吸收能量是37和6MJ/相，每相都有14個(gè)單元，其中有2個(gè)單元是備用的，每個(gè)單元分別是255和85kg。MOV需要具備足夠的釋放容量，再能滿足壓力釋放裝置的運(yùn)行要求。

3.3火花放電間隙

強(qiáng)制觸發(fā)火花放電間隙距離是可以變化的，其動(dòng)作持續(xù)時(shí)間為0.4ms，最大的故障電流持續(xù)500ms動(dòng)作1次或者是間隔動(dòng)作25次無需維修。為了能夠達(dá)到不同保護(hù)整定值以及故障下的運(yùn)行要求，需要在每個(gè)間隙上安裝兩套獨(dú)立的觸發(fā)回路。

3.4旁路斷路器

旁路斷路器需要在電容器組出現(xiàn)短路、過電壓保護(hù)裝置動(dòng)作和電容器組正常運(yùn)行以及出現(xiàn)故障的重合閘等情況下進(jìn)行可靠動(dòng)作，在熄弧之后不會(huì)復(fù)燃。斷口耐壓是串補(bǔ)裝置最高的保護(hù)水平。

3.5隔離開關(guān)

隔離開關(guān)是雙柱水平開啟式，其額定電壓和額定電流分別為550kV、3150A，動(dòng)穩(wěn)定水平為125kA。平臺(tái)隔離開關(guān)動(dòng)觸頭側(cè)帶單接地開關(guān)。旁路隔離開關(guān)的三相聯(lián)動(dòng)也會(huì)帶動(dòng)雙接地開關(guān)，帶雙接地開關(guān)的主要功能是檢修時(shí)接地，不需要掛接地線。為了防止出現(xiàn)操作故障，接地開關(guān)關(guān)合需要有安全連鎖。旁路隔離開關(guān)一般可以切斷500V端電壓所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)移電流。主、地刀均使用的電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)。線路側(cè)接地開關(guān)帶自動(dòng)滅弧設(shè)備。

3.6電流互感器（CT）

CT使用的是光輸出信號(hào)技術(shù)，經(jīng)過多次轉(zhuǎn)化以及光纖傳輸聯(lián)系絕緣平臺(tái)上的電力設(shè)備，同時(shí)也和主控制室內(nèi)的保護(hù)以及控制設(shè)備連接在一起。首先，需要對(duì)固定、可控部分的線路電流、MOV電流、平臺(tái)上發(fā)生的故障進(jìn)行檢測，主要監(jiān)測參數(shù)為故障電流、旁路斷路器的電流以及固定部分的火花間隙電流。型號(hào)AGNE-3.6，其變化為2000/0.5/0.5A，準(zhǔn)確級(jí)為SP40。測量固定部分的電容器電流，型號(hào)AGNE-3.6，變化為2000/0.5/0.5A，準(zhǔn)確級(jí)為SP6。測量固定和可控部位的電容器不平衡電流，型號(hào)為GSWF72.5，變化為3/0.025/0.025，準(zhǔn)確級(jí)為SP6。

4　結(jié)束語

綜上所述，為了更好地促進(jìn)串補(bǔ)技術(shù)，需要加強(qiáng)其中國化特色轉(zhuǎn)變，可以開展對(duì)串補(bǔ)技術(shù)的研究，即串補(bǔ)站主要電氣設(shè)備設(shè)計(jì)、各設(shè)備的絕緣配合、串補(bǔ)裝置系統(tǒng)性能、線路斷路器暫態(tài)恢復(fù)電壓等。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要電力系統(tǒng)建設(shè)的實(shí)際要求進(jìn)行，對(duì)各影響因素進(jìn)行考量，合理設(shè)定性能參數(shù)么，加強(qiáng)對(duì)電力設(shè)備的選型研究，保證其性能的穩(wěn)定發(fā)揮。

［1］袁 勇，智 慧，陳建君.復(fù)線分區(qū)所串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的作用和效果［J］.高速鐵路技術(shù)，2014（2）：24～27.

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倪嘯云（1976-），男，工程師，本科，主要從事電氣咨詢與設(shè)計(jì)等工作。

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2095-2066（2016）11-0065-02

2016-3-25