【系统】串联电容补偿在电力系统中的应用

【关键字】系统

串联电容补偿在电力系统中的应用

赵玉柱朱伟江马骁

The Application of Series Capacitance In The Electric Power System

Zhao Yuzhu Zhu Weijiang Ma Xiao

摘要本文针对串联电容补偿在电力系统高、低压电网中的作用，以及实际运行中间可能出现的一些问题，从理论的角度进行了较为详细的分析阐释。结合阳城发输电系统，着重介绍了固定式串补电容（FSC）。

ABSTRACT This thesis detailedly analyses the use of the Series Capacitance Compensation in the high or low tension power network of power system and some problems which could be taken place during the practical running from the point of theory.At the same time,it mainly introduces the FCS(Fixed Series Capacitance Compensation) according to the YangCheng Power Generation and Transmission System.

关键词串联电容电力系统

Keywords series capacitance the electric power system

热收缩管一引言

串联电容补偿是提高输电系统稳定极限以及经济性的有效手段之一。在输电线路中加入串联电容能够减小线路的电抗，加强两端的电气联系，缩小两端的相角差，从而获得较高的稳定限额，传输较高的功率。据不完全统计，目前世界上220kV及以上电网中投运的串联补偿容量已超过了70Gmvar。发达国家很早就掌握并在实际运行中推广使用了这项技术：1950年，世界上第一个220 kV串补站在瑞典投入运行；1968年，美国率先在500 kV超高压输电系统中使用了串补设备。我国近年来也积极开始了这方面的探索与尝试：1966年，220 kV（新）杭上线首次采用了串补装置；1972年，在刘天关线投运了两套330kV的串联电容；2000年，500 kV阳城发输电系统使用了目前亚洲最大的两套串补装置。前期的设计论证与后期的运行经验都不断证明，采用串联补偿技术具有较高的性能价格比，是提高线路输送功率，改善系统运行状况的一种行之有效的手段。

二概述

串联电容补偿就是在线路上串联电容以补偿线路的电抗。因为涉及补偿，所以就产生了一个补偿度（Kc）的概念。所谓补偿度Kc，是电容器容抗χc和线路感抗χL的比值，即Kc=χc/χL。Kc〈1，称为欠补偿；Kc=1，称为完全补偿；Kc〉1，称为过补偿。

串联电容补偿装置按照保护电容器的设备的不同可以分为固定式（FSC）和动态（或称可调、可变式）式（TCSC）两种。目前国内所采用的串补设备均为固定式。

固定式串补又可以分为以下几种：

1、旁路间隙+旁路断路器

2、双旁路间隙+旁路断路器

康旺隐茶杯3、金属氧化物变阻器（MOV）+旁路断路器

4、旁路间隙+金属氧化物变阻器（MOV）+旁路断路器

目前国内330 kV及以下电网中所采用的串补多为第一种旁路间隙+旁路断路器的模式，500kV阳城发输电系统则使用了较为先进的技术，利用MOV优良的非线性和快速响应特性

来限制出现在电容器组上的过电压，使串联电容的短路和再投入能自动而平滑地进行，从而进一步提高了系统运行的稳定性。这种串补装置的基本接线如图1所示：

铸造设备与工艺主要元件：

1.电容器组

2.金属氧化物变阻器（MOV）

3.触发间隙（GAP）

4.旁路开关

动态式串补是一种由晶闸管（可控硅）控制，可大范围平滑调节输电线路补偿阻抗的串联补偿装置，基本接线如图2所示。按照基本阻抗的调节方式，动态式串补可以分为以下三种：

主要元件：

1.金属氧化物变阻器（MOV）

2.电容器组

3.晶闸管

1、晶闸管阻断方式：TCSC相当于常规串补。

2、晶闸管切换电抗器方式（旁路方式）：晶闸管恒定导通，电容与电感并联呈小感抗，主要用于绝缘保护和限制毛病电流。

3、晶闸管相控方式（微调控制方式）：通过对触发脉冲的控制，可以平滑调节容抗或感抗。

目前这种动态控制技术主要处于试验研发阶段，在国内电力系统中尚未采用。

三串联电容补偿于电力系统中的作用

1、改善远距离输电线路的结构，提高线路的输送容量

众所周知，高压输电线路的静态稳定输送功率为：

P=U1U2sinδ/χL

其中：U1、U2为线路两端的电源电压

δ为线路两端电源电压的相角差

χL为线路的阻抗

式中的U1U2 /χL为线路的极限输送功率即静态稳定极限。对于输电线路来说，尽力提高U1U2 /χL的值，就可以提高输电线路的稳定限额。对于式中的分子部分，人们已经采用了诸如快速励磁、强励等许多在实际运行当中证明切实可行的措施；对于分母部分，我们知道当采用串联电容后变为χL –χc，很明显，线路的极限输送功率升高了。

以阳城发输电系统为例：阳城电厂1期工程装机容量6*350MW，送电华东，落点在江苏淮阴地区，线路全长约740km。阳城系统自阳城至江苏淮阴地区的上河、任庄变，中间经过了东明、三堡两个开关站，目前采用三——二——三接线，如图3所示：

按照江苏电网内电源与负荷的分布情况，阳城电厂送出的功率并非在淮阴地区消化，而是

与当地电厂（徐州、彭城）的电力一同送往苏南地区，因此实际的送电距离远远超过了740km。由于交流输电线路输送自然功率（500kV单回四分裂线路自然功率约1000MW）时，输送距离很难超过500~700 km，因此若不采取一定的措施，在阳城系统1期工程结束后，阳城电厂的电力将无法保证顺利的送出。

在东三线路上采用了串联电容补偿装置后，设定相同相角差（δ相同）的条件下近似计算，装设串补前后的线路稳定输送功率之比为：P1/P2=χL /（χL –χc）=1/（1- Kc）。在阳城发输电系统中，东三线路的正序阻抗75Ω左右，串联电容的容抗29.92Ω，补偿度为40%左右，可以算出线路的输送功率是原来未装设串补设备时的1.67倍。在东三双线上安装的两套串联电容补偿装置效果上等同于增设了一条输电线路，等值于三——三——三接线，从而保证了阳城电厂电力的外送。

2、改善系统的稳定性

提高电力系统静态稳定与暂态稳定的措施有很多，其中最常用的也是最具根本性的一条就是加强电气联系，使系统内各元件在电气结构上更加紧密。而采用串联电容补偿，以电容的容抗去补偿输电线路的感抗，便能够达到等值的缩短电气距离的目的，即提高了系统的

稳定性。

采用串联电容补偿还可以提高系统毛病后的静态稳定性。如图4所示，当运行线路发生毛病时，在切除毛病线路的同时切除部分并联的电容器组，以增大串补电容的容抗，部分甚至全部的抵偿由于切除毛病线路而增加的线路感抗，并且此时流过剩余运行电容器组的负荷电流也不会增加的很多。

3、电压调节的一种手段

与应用于高压电网时的作用不同，当串联电容用于较低电压等级的电网中时，它的主要目的不是为了提高系统的稳定性，而是为了进行电压调节。这一点在供电电压为35KV及以下的线路上，特别是负荷波动大、负荷功率因数又很低的配电线路上体现的尤为突出。串联电容不仅能够提高电压，而且它的调压效果随负荷的大小而变化，即负荷大时调压效果大，负荷小时调压效果小。因此它特别适用于电弧炉、电焊机、电气牵引等类负荷较重线路的调压。

图5-（a）为一线路未安装串联电容补偿时的潮流图，送端电压为U1，末端电压为U2，负荷P2-jQ2（兆伏安）均在末端，此时计算电压桁架结构

U2= [U1-（P1R+ Q1χL）/ U1]2+[ （P1χL - Q1R）/ U1] 2

图5-（b）为一线路安装串联电容补偿后的潮流图，送端电压为U1，末端电压为U2，负荷P2-jQ2（兆伏安）均在末端，此时计算电压