第四章 电力网串联补偿

第一节 串联补偿是解决输电系统的富有活力的方法

一、串联补偿和串联电容器装置

串联补偿多半是应用在输电网中用来提高电网路电压，根据电力网的电压损失公式：

ΔA=PR+QX

U

可知影响电力网电压损耗的是有功功率P、无功功率Q、电阻R和电抗X等参数，串联电容器就是从补偿电抗的角度来改善系统电压的。由于系统电抗呈电感性，而串联电容器的容抗可以补偿一部分系统电抗，补偿后的电压损耗可按下式计算：

ΔA=PR+Q（XL-XC）

U

在220kV及以上超高压输电网中，由于输电线路的电抗X远大于电阻R，因此输电线的电压损耗减小的程度随电容器电抗XC的补偿，即XL-XC的减小而减小。此时，由于电网电压水平的提高，也相应减少了电网的有功功率损失，起到了一举两得的作用。

多年来串联补偿被认为是解决输电系统问题的富有活力的方法，以现代标准衡量，早期系统是很原始的，但是这些探索性工作证明了串联补偿是并联补偿的替代方案或补充方案。

随着技术发展，应用于系统的串联电容器装置数量也在增加。为全面了解串联补偿技术水平的进步，新式串联电容器组采用了许多先进技术，比以往装置更加灵活、可靠，这包括使用新式全膜、低损耗、非PCB浸渍的电容器，限压器电容器保护，SF6旁路断路器，光纤平台通信以及其他一些早期不能实现的技术，新式电容器组可以耐受高压，设计更加简单，因此可靠性更高，并且易于维护。这将使串联电容器应用的数量和种类更加广泛。

二、串联补偿的可靠性

串联补偿的可靠性一直在不断提高，早期电容器组存在许多问题限制了它的可靠性。新式系统几乎免维护，检修停运的时间大为减少。平台对地通信使用的光纤现在已经非常可靠，平台电源比以往设计有很大改进。电容器单元现在一般使用内熔丝，这项设计有很大的优点。新式系统的旁路断路器使用SF6断路器，可靠性高、维护量小。

这些年电容器单元的可靠性也得到提高，缩短了维护检查时间，提高了系统可用率。使用限压器旁路系统作为电容器过电压保护很有效，并且消除了所有再接入的复杂性，提高了可靠性和可用率。电容器单元的可靠性一直较高，新的单元是低损耗的，可用率非常

高而且损耗小、成本低，可以满足现代环境标准的要求。

三、串联补偿的问题

应用串联补偿使工程技术人员面临的问题是，线路保护问题、暂态恢复电压对断路器的要求等。串联补偿输电线路的保护也是既有趣又较难解决的问题，特别是配置距离保护和纵联保护的线路。这是因为串联电容器位于继电器附近时，会使电容器另一侧故障的视在阻抗产生巨大变化，变成电容器近侧的故障。很明显，如果在线路保护配置中不考虑这一点，这种差别就会导致继电器误动作。

以前使用的一些串联补偿装置将电容器组远离保护安装点从而避免了线路保护问题，比如将电容器安装在被保护线路的中间，使用这种技术可以使常规保护动作正确可靠。现在继电保护的发展提供了专为串联补偿线路设计且与电容器位置无关的保护装置，这些保护装置使用了—些特殊的技术，如电压记忆及单元保护配置，其保护逻辑不会因为加入电容器而失效。由于这些技术的发展，串联补偿线路的可靠保护已经不再是需要担心的问题，而只是需要理解的问题。

超高压系统的串联电容器会在断路器断口之间产生超过系统额定电压的暂态电压，解决这个问题的方法是使断路器满足预期暂态电压水平，或者提出减小暂态电压使其与标准断路器相符的对策。串联电容器产生的暂态电压是个问题，但可以用合理的代价加以解决。

四、串联电容器的控制

串联电容器是通过控制纵向元件来控制输电系统的特殊情况，纵向元件是指在线路长度方向上布置的元件，它不同于并联元件控制，如发电机控制、负荷控制或使用静止无功补偿器，并联设备通过向电网节点注入无功功率来控制该节点。同样，可以认为纵向控制是向串联输电元件注入无功功率。串联电容器向串联元件提供无功功率，当看成叠加时，其作用相当于在输电线路上插入一个电压。

传统串联电容器通过分段投切可以实现一定程度上线路电抗的控制，如图411所示，关注稳态潮流控制的作用时可以使用这种方法，这种控制方式受旁路设备的预期寿命和维护需求的限制。

图411 典型的串联电容器分段布置方式

使用机械开关动态控制线路电抗有许多限制。由于响应速度慢，传统高压开关不能快速重复操作。此外，大量开关操作增加了维护要求。最后，开关闭合操作的波形点不精确可产生操作暂态过程，导致元件过电压。为了提高串联电容器的动态性能，人们开发了可控串联电容器，并进行了现场试验。如果控制策略适当，只需部分电容器组可控就可以阻

尼机电系统振荡。

实现这种控制，主电路控制设备必须安装在具有系统全电压等级的平台上，在地面监控设备和平台之间有信号传输。