第四节 60kV串联电容补偿装置设备选择

一、概述

在本节中以具体实例来说明60kV串联电容补偿装置设备选择的方法，今有电压为

60kV的送电线路，长期以来母线电压最低到50kV，影响了正常用电。为了改善电压质量，经过多方面的比较，决定采用在该电网中加装串联电容补偿装置的办法。用串联电容器来补偿线路的电抗，是减少线路电压损失、改善电压质量的一种有效措施。它与安装调压器、升高线路电压等级、加大导线截面、调整电压和增加输送容量的措施相比，具有投资少、设备易于解决、便于施工、缩短停电时间、维护简便、便于拆迁转移等优点。特别是它还具有能连续调压的特点，更为适用。

图441 网路接线

如图441所示是电网接线数字说明如下：

（1）TJ100/18：线号/km。

（2）63～66：母线运行电压kV。（3）5.5%～7%：电降损失。

（4）方块中数字为年负荷量（kW·h）和变压器容量。

由于比变电所（东发变电所）的安装条件好，电压降约占总电压降的1/2，且可以使其后的六个变电所的电压得到改善，故安装地点选在东发变电所。

二、补偿量的选择计算

1.测算串联电容的容抗值Xc近似计算公式：

Xc=1PU2（U2-U1）cotφ=U2（UQ2-U1）

式中 U1———补偿装置前的母线电压，kV；

U2———补偿装置后的母线电压，kV；

Q———通过电容器安装处的无功功率，Mvar。

取U2=66kV，U1=57kV，Q=7.3～8.0Mvar代入上式得

Xc=667（.636～-587）=74～81（Ω）

2.电容器的台数和容量每相并联电容器的台数

nb=I

Iec

式中 I———近期负荷电流，取160A；

Iec———每台电容器的标称电流。

电容器额定电流Iec=20A，故

nb=12600=8（台）

每相串联电容器台数

nc=nbXc

Xec

式中 Xec———电容器的额定容抗。

电容器容抗Xec=50Ω，故

nc=nXbXecc=8×（8510～74）=12.9～11.8（台）

考虑布置方便和对称，取nc=12台。

3.补偿装置的总容量总容量为

Qc=3nbncQec

式中 Qec———每台电容器的额定容量。

电容器Qec=20kvar，故

Qe=3×8×12×20=5760（kvar）

三、补偿装置的主接线

东发变电所60kV补偿装置的主接线及户外配电装置如图442所示。

图442 补偿装置的主接线

Q1、Q2、Q3—隔离刀闸；C—串联电容器；FJ—放电间隙；TA—电流互感器；L2、R—阻尼电感及电阻

四、补偿装置的主要元件

（1）串联电容器主要参数：Ue：1kV；Ie：20A；C：64μF；Q：20kvar。

（2）放电间隙。采用螺旋形磁吹自灭弧间隙。为增强其灭弧能力和击穿电压的分散，

因每相间隙对地电压仅为6㊣

36kV，所以每相采用了两支串联。间隙的放电电压值应按躲开补偿后的各变电所二次母线三相短路电流来整定。但如按躲开肇东变电所二次母线的三相短路电流（为各变电所IK（3）中最大的一个）整定时，电容器组的过电压则超过了三倍，为36570V，将造成对电容器的危害。考虑到三相短路的情况极少，所以只按躲开肇东变电所二次母线约二相电流IK（2）=490A来整定，取电容过电压倍数K=2.6，则间隙的击穿电压为31.2kV。此值基本上可以躲开系统振荡过电压和投切电容器组的操作过电压（一般为1.7～2.5Ue）。

（3）旁路断路器（QF）的选择。旁路断路器的作用是投切电容器组，它应具有转移负荷电流和承受电容放电电流的能力；在分断的情况下能承受电容器组两端的电位差。所以可选用SF6断路器。

（4）阻尼参数和元件的选择：

1）电阻R及电感L2的初步计算。a.按放电电流衰减率的要求取R值。

其中引线寄生电感L3取1.5～2.8μH/m×50m。

电容器组每相电容量为

C=nbCec

nc

=8×64×10-6

12

=42.6×10-6（F）

b.按限制放电电流幅值来确定R。

因为磁吹自灭弧间隙为持续放电电弧，所以按公式R＞100UndbzIec计算Udz（间隙放电电压）为

Udz=㊣2×2.6×12000=44000（V）

R＞1004×4080×020=2.75（Ω）

比较a.、b.的计算结果取其大者R=2.75Ω。故选取R=3Ω，L2=400μH。

2）通过放电流的校验确定R=3Ω，L2=400μH是否合乎要求。

经计算，得出以下结果：

放电电流的第一个半波峰值Im1=13000A。放电电流的第三个半波峰值Im3=8000A。

放电电流的放电频率f=1600Hz。

可以看出，尽管放电电流峰值小于电容器组额定电流100倍的要求，但其衰减率满足不了同极性后半波幅值为前一个幅值一半的要求。

3）试凑法计算R和L2。

放电回路的单相等值电路见图443。实际运算单相电路见图444。

图443 放电回路的单相等值电路

图444 实际运算单相电路

C—每相电容器容量；L1—引线寄生电感量

1.5～2.5μH/m；L2—阻尼电感；R—阻尼电阻；

Rb—放电回路的电阻0.01～0.1Ω

则可列出放电电流的运算方程组为

㊣

╭╰

（Rh+R+RL+P1C）I（P）+RIL（P）=UCP（0）-RIP+（R+RL2）IL（P）

=0

（441）（442）

式中 UC（0）———保护间隙击穿电压的整流定值（峰值）。

当近似地认为Rb=0时，经拉氏反变换可得出放电回路总放电电流的表达式为

iC（t）=ULC（10）[（α1-αα-2α）21+ω2e-α1t+1ω㊣

（α（α1--αα12））22++ω2ω2e-α2tsin（ωt-φ）]

阻尼电阻支路的电流分量为

iR（t）=ULC（10）[（α1--α2α1）2+ω2e-α1t+1ω㊣

（α1α-22α+2 ）ω22+ω2e-α2tsin（ωt-φR ）]

阻尼电感支路的电流分量为

iL（t）=ULC1L（02）[（α1-α12）2+ω2e-α1t+1ω㊣

（α1+α12）2+ω2e-α2tsin（ωt+φL）]

φ=arctanα1ω-α2-arctanα1α1-α2φ=arctan-ωα2-arctanα1ω-α2

φ=arctanα1ω-α2

按试凑法计算的R、L2之值列于表441中。

表中的Iec为电容器组的额定电流，数值是160A。

由表441可知：①选取中任意一组R、L2都满足Im/Iec＜100的要求；②只有③

⑤⑥满足衰减率的要求；③综合比较以方案⑥为最佳，其放电电流的幅值可限制在50倍以内，这是对断续弧要求的条件，对电容器的寿命有利，为此最后取：R=6Ω，

L2=400μH。

表441

按试凑法计算的R、L2之值结果表

电阻元件采用1.5mm×1.0mm的铁镍铬电阻带，以无感绕法绕成直径为100mm的螺旋形无感电阻，中间串入环氧酚醛玻璃布层压板，两端再用支柱绝缘子固定于防雨箱中。经验算在通过负荷及放电电流最大值时的温升不超过200℃。

阻尼电感L2采用GZ2—500Ω—2型高频阻波器两支串联而成。