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1、关于超高压电网无功功率补偿的应用 摘要：随着电力系统及超高压网络的发展，电网电能质量要求的提高，无功补偿设备对超高压线路稳定允运行具有极其重要的作用。本文阐述电力系统电抗器、电容器无功补偿设备对电网电压质量的作用。关键词：超高压 无功功率 补偿设备 一、引言在电力系统中发电机为无功补偿，而输电线路对地电容产生无功功率损耗，尤其在目前超高压输电过程中采用更多的分裂导线使线路容性功率进一步增加。系统无功功率不足，使系统电压及功率因数降低，从而损坏电气设备，严重时会造成电压崩溃，使系统瓦解，造成大面积停电。另外，系统电压和功率因数的降低，会使电气设备得不到充分利用，造成电能损耗增加，效率降低，限制了
2、线路的送电能力，影响电网的安全运行及用户的正常用电。鉴于以上原因，目前发电、输电和变电过程中，很多地方需要对这些危险进行预防，这种预防的手段表现在发电厂主要以调相机为主，而表现在线路及变电站则主要是采取无功补偿的手段，以提高电力系统输、变电的可靠性和高效性。二、无功补偿概述无功补偿是无功补偿电源的简称，指为满足电力网和负荷端电压水平及经济运行的要求，必须在电力网内和负荷端设置无功电源。无功补偿的一般采取就地平衡、分级补偿和便于调整电压的原则。在接近负荷端分散补偿，可减少无功功率的输送，从而降低损耗，减少压降，有较好的经济效果；集中安装在变电站内，则便于控制操作，有利调整电压。不同变电站，视需要
3、和可能，可安装调相机、并联电抗器、自动分组投切的电容器组或静止无功补偿器等无功补偿设备。有的送电线路也采用中间(串联)电容补偿。变电站内的无功补偿，主要是补偿主变对无功容量的需求，结合考虑供电区域内的无功潮流及配电线路和用户的无功补偿水平来确定无功容量，电压等级越高、超高压线路越长对其补偿容量就越会相应增加。三、无功补偿设备的作用（1）改善功率因数。要尽量避免发电机降低功率因数运行，同时也防止向远方负载输送无功引起电压和功率损耗，应在用户处实行低功率因数限制，即采取就地无功补偿措施。（2）改善电压调节。负载对无功需求的变化，会引起供电点电压的变化，对这种变化若从电源端(发电厂)进行调节，会引起
4、一些问题，而补偿设备就起着维持供电电压在规定范围内的重要作用。（3）调节负载的平衡性。当正常运行中出现三相不对称运行时，会出现负序、零序分量，将产生附加损耗，使整流器波纹系数增加，引起变压器饱和等，经补偿设备就可使不平衡负载变成平衡负载。四、无功补偿设备的分类无功补偿设备可分为有源和无源两类。（1）无源补偿设备装置。有并联电抗器、并联电容器和串联电容器。这些装置可以是固定连接式的或开闭式的无源补偿设备仅用于特性阻抗补偿和线路的阻抗补偿，如并联电抗器用于输电线路分布电容的补偿以防止空载长线路末端电压升高；并联电容器用来产生无功以减小线路的无功输送，减小电压损失；串联电容器可用于长线路补偿(减小阻
5、抗)等。（2）有源补偿装置。通常为并联连接式的，用于维持末端电压恒定。能对连接处的微小电压偏移作出反应，准确地发出或吸收无功功率的修正量。如用饱和电抗器作为内在固有控制，用同步补偿器和可控硅控制的补偿器作为外部控制的方式。五、常用补偿设备的优缺点：（1）并联电抗器优点：工作原理及结构简单，造价低。缺点：无功补偿为恒定值。（2）并联电容器优点：工作原理及结构简单，造价低。缺点：无功补偿为恒定值，开断瞬变现象。（3）串联电容器优点：工作原理简单，其特性不受地点的影响。缺点：要求过电压保护和奇次谐波滤波器，有限制过载能力。（4）同步补偿器优点：具有有效过载容量，完全可控低谐波分量。缺点：维修要求高，
6、控制响应缓慢，特性对地电敏感，要求坚固基础。（5）多相饱和电抗器优点：结构结实，有较大的过载能力，低频谐波分量对事故等级不影响。缺点：基本上补偿为恒定值，其特性对地点敏感、有噪声。（6）可控硅控制电抗器优点：快速响应，完全可控，对事故等级不影响，事故后能迅速恢复。缺点：产生谐波，其特性对地点敏感。（7）可控硅控制电容器优点：事故后迅速恢复，无谐波分量。缺点：不具有限制过电压所特有的吸收能力，母线工况和控制复杂，对系统有低频响应，其特性对地点敏感。六、超高压电网中变电站无功补偿的应用 在超高压电网中，由于电压等级高，输电线路长，其分布电容对无功功率平衡有较大的影响。当传送功率较大时，线路电抗中消
7、耗的无功功率将大于电纳中产生的无功功率，线路为无功负载；而当传输功率较小(小于自然功率)时，电纳中产生的无功功率大于电抗中的损耗，线路为无功电源。但在实际运行中，按线路最小运行方式配置的补偿度约为70%的并联电抗器长期是投运的，这对线路传输功率较大时的无功功率平衡是不利的。这种情况下，无功功率的产生基本上没有损耗，而无功功率沿着电力网的传输却会引起较大的有功功率损耗和电压损耗，故无功功率不宜长距离输送。所以一般在超高压枢纽变电站主变压器低压侧安装无功补偿装置，来满足无功功率的就地平衡，使其平衡在系统额定电压运行水平。目前国内超高压电网中，各个重要变电站都装设有高压线路并联电抗器，低压母线并联电
8、抗器和低压母线并联电容器的方式进行无功补偿，达到系统无功平衡和经济运行的目的。（1）高压线路并联电抗器目前国内使用高压并联电抗器，主要以特变电工衡阳变压器厂生产的大容量电抗器为主流设备。如750kV示范工程兰州东变电站、官亭变电站为例，各站都配备一定容量的高压线路并联电抗器；青海省750kV西宁变电站同样配备，750乾县变电站也是同样的装设高压并联电抗器以及我公司即将投入运行的永登、白银变电站建成也应该要配备同样的设备。当然早期的投入运行的该类电抗器在运行方面从在一定的缺陷和问题，主要是其振动、噪音和局部发热问题，给安全运行带来了很多潜在的危险，但是有其不可替代的功效。750kV兰州东变电站部
9、分线路未装设高压并联电抗器，直接导致该站该条线路在投入和退出运行过程中产生特殊的操作流程，为了防止以该变电站作为电源向相关变电站充电时线路容升效应严重，发生过高的系统操作过电压，不得不在操作中以对侧为电源。在一定程度上给相关的变电站的操作均造成一定的操作流程的繁琐，也在调度过程中引发特殊的调度规则。（2）低压母线并联电抗器低压母线并联电抗器的存在，在一定程度上可以说一种系统容性功率的微调，作为线路高抗的一种辅助补偿，达到对变电站局部电压的进一步调整，成为就地补偿的重要设备。其容量较高压并联电抗器小的多，在调节方面也有限。但是因为起容量小以及在变电站内的接线方式简单，一般都采取直接通过断路器接至
10、主变压器低压侧母线上，也对主变压器的操作过电压起到了一定的抑制作用。（3）低压并联电容器组在大多数的330kV、750kV变电站中有这广泛的应用，同样是为了补偿无功，采取了较为复杂的接线方式，设置在变电站并联电容器补偿装置一般都分组安装。在变电站主要用以提高电压和补偿变压器无功损耗。电容器组可随负荷变化自动投切，各分组容量一般为数千乏，各分组容量不一定相等，主要以恰当的调节为原则。（4）并联电容器的接线一般可分为角型和星型(包括双星或双角)。角型接线的优点是不受三相电容器容抗不平衡的影响，可补偿不平衡负荷，可形成3n次谐波通道，对消除3n次谐波有利；缺点是当电容器等发生短路故障时，短路电流大，
11、可选用的继电保护方式少。星形接线优点是设备故障时短路电流较小，继电保护构成也方便，而且设备布置清晰；缺点是对3n次谐波没有通路。特别应注意的是:Y接线的中性点不能接地，以免单相接地时对通信线路构成干扰。为了更好更安全的补偿系统无功功率，一般并联电抗器配合串联电抗器应用于实际中，称其为饱和电抗器无功补偿装置。这样配合的作用是：降低电容器组的涌流倍数和频率。可与电容结合起来对某些高次谐波进行调谐，滤掉这些谐波，提高供电质量。与电容器结合起来调谐也可抑制高次谐波，保护电容器。电容器本身短路时，可限制短路电流，外部短路时也可减少电容对短路电流的助增作用。减少非故障电容向故障电容的放电电流。降低操作过电
12、压。七、在变电站运行中无功补偿装置的应注意的问题（1）变电站并联电抗器倒闸操作上有更加严格的操作流程要求，在各关联变电站形成系统后，操作上要注意带高抗和不带高抗的线路在停送电流程是有很大区别的。例如前面提到的750kV官东线连接的两个变电站，即兰州东和官亭变电站，在操作上就有严格的要求，是不允许以兰州东变电站为电源通过线路向官亭变电站充电的。这是一个比较特殊的例子，目前几乎所有750kV线路两侧都配有线路高压并联电抗器的，这样一来在任何运行方式改变的时候，不用再考虑上述配置引起的问题。此外还要考虑线路停送电过程中，电抗器的操作和线路要相配合，究其原因也于线路的无功有直接关系。线路在进行充电时必
13、须带上线路高抗方可，停电过程中也是要先将线路转到冷备用或检修后再进行高压抗的操作。（2）并联电容器运行中应注意：运行时电压应不超过电容器额定电压的10%, 不平衡电流应不超过电容器额定电流的5%。发现电容器外壳膨胀、严重漏油，内部有噪声或外部有火花时，应立即停止运行。电容器室内的温度不应超过40。当保护装置动作时，故障跳闸后，为查明原因前不得再次投入运行。电容器在合闸投入前必须放电完毕。电容器外壳接地要良好，每月要检查放电回路及放电电阻完好。此外，运行电压对电容器的影响。电容器的无功功率与电压平方成正比，因此电压变动时对电容器容量会有影响。此外，运行电压升高，会使电容器温度升高，寿命缩短，电压
14、过高会造成电容器损坏。电容器运行时的电压允许范围为：电容器必须能在1.05倍额定电压下长期运行，并在一昼夜中，在最高不超过1.1倍额定电压下允许运行时间不超过6h; 当周围空气温度24h均最高值低于标准10时，电容器能在1.1倍额定电压下长期运行。电压升高也会引起电容器的过流。电容器应能在1.3倍过电流情况下长期工作，运行中超过规定时应将电容器退出工作。不管是高压并联电抗器，还是低压并联电抗器，或是低压并联电容器，一旦投入运行均处在满负荷运行状态，这种情况下作为变电站运行人员就需要在巡视过程中对这类设备加以重视，特别要注意和该类设备相连接的设备的温度变化，发现有局部发热情况、本体有严重的异音时要及时处理，以免发展为事故，带来不必要的麻烦。此类设备因属于储能元件，所以在停电检修时首先要进行完全放电，做好所有安全措施才可以许可检修人员进入现场工作。伴随着我国超高压电网的发展，电力电子大功率器件技术的高速发展，未来的功率器件容量将逐步提高，相信应用有源滤波器进行谐波抑制，以及应用柔性交流输电系统技术进行无功功率补偿，必将成为今后电力自动化系统的发展方向。作者简介：姓名：刘蕊性别：女出生日期：1983.12.01工作单位：兰州超高压输变电公司电话：13919071871邮政编码：730050专业：财务会计E-mail:1各类材料
