超高压电网中无功补偿装置的作用分析

摘要：在超高压、远距离输电线路上，具有较大的充电功率，流过较大的充电电流，特别是线路处于空载或轻载状态下，会产生工频过电压，在超高压电网中必须加以限制。通过用并联补偿装置的电感电流来削弱线路上的电容电流，并能减少电网电晕损耗，从而提高了系统稳定性和送电的可靠性。 关键词：无功补偿装置:超高压电网:并联电容器:并联电抗器 1、无功补偿装置在系统中的作用

电压是衡量电能质量的一个重要的指标，保证用户处的电压接近额定值是电力系统运行调整的基本任务之一。

首先，各种用电设备都是按额定电压来设计制造的，这些设备在额定电压下不能运行将能取得最佳的效果。电压过大地偏离额定值将对用户产生不良的影响。 其次，电压偏移过大对电力系统本身也有不利的影响。电压降低，会使网络中的功率损耗和能量损耗加大，电压过低还会影响和危及电力系统的稳定性；电压过高，各种电气设备的绝缘可能受到损害，在超高压电网中还将增加电晕损耗等。

电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡。而在电力系统的实际运行中，由于事故的发生或运行方式的改变，常常会出现系统中无功功率的过剩或无功不足的现象，导致系统电压的偏移，这就需要进行无功补偿，使电压恢复到额定电压的水平。

在500千伏超高压电网中，由于电压等级高输电线路长，其分布电容对无功功率的平衡有较大的影响。当传输功率较大时，线路电抗中消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；当传输功率较小(小于自然功率)时，电纳中产生的无功功率将大于电抗中产生的无功损耗，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的无功功率平衡是不利的；另一方面，无功功率的产生基本上是没有损耗的，而无功功率沿电力网的传输却要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。 2、主要的无功补偿装置

无功补偿装置主要有并联电容器、并联电抗器、静止补偿器和同步调相机四种，在500千伏变电所中广泛采用的有前三种装置。 2.1并联电容器

2.1.1、并联电容器能产生无功功率。当系统电压偏低时，可投入电容器组来抬高电压。 一般在电容器组前面要串联一个电抗较小的电抗器，串联电抗器的作用多功能的，主要有：

2.1.1.1、限制电容器组投入时的涌流。

2.1.1.2、与电容器组容抗全调谐后，组成某次谐波的交流滤波器，

降低母线上该次谐波的电压值；若处于过调谐的状态下，则部分地降低该次谐波的电压值，提高了供电质量。

2.1.1.3、减小系统向并联电容器组或并联电容器向系统提供的短路电流值。 2.1.1.4、减小健全电容器组向故障电容器组的放电电流值，保护了电容器组设备安全。

2.1.1.5、减小电容器组断路器分闸电弧重击穿时的涌流倍数和频率，从而有利于断口灭弧，降低了操作过电压的幅值。

2.1.1.6、减小由于操作并联电容器装置引起的电网过电压幅值，有利于对电网过电压保护。

2.2、并联电抗器

2.2.1、高压电抗器的功能

超高压电网的主要特征之一是输电线路有较大的容性充电功率，给电网的操作带来很大的麻烦，并联电抗器是接在高压输电线路上的大容量的电感线圈，它的作用是补偿高压输电线路的电容和吸收其无功功率，防止电网轻负荷时因容性功率过多而引起电压升高。并联电抗器是超高压电网中普遍采用的重要电气设备之一，它在电网中的作用主要有以下五点： 2.2.1.1、避免发电机带长线出现的自励磁

当发电机以额定转速合闸于空载线路时，由于发电机残压加于线路容抗上，电容电流的助磁作用使发电机电压不断升高。当发电机和线路参数满足一定的条件时，会出现发电机电压超出额定电压很高的情况，这就是所谓的发电机自励磁现象。当遇到线路终端甩负荷、计划性合闸和并网等情况，都将形成较长时间的发电机带空载长线路的运行方式，计划性合闸是容性阻抗，因而也可能导致发电机的自励磁。

自励磁引起的工频电压升高可能达到额定电压的1.5～2.0倍，甚至更高，它不仅使得并网时合闸操作（包括零起升压）成为不可能，而且其持续发展也将严重威胁网络中电气设备的安全运行。并联电抗器能大量补偿线路的容性无功功率，从而破坏了发电机的自励磁条件。

2.2.1.2、限制工频电压升高，便于系统同期并列

超高压输电线路一般距离较长，从二三百公里至数百公里。现时由于采用了分裂导线，所以线路的电容很大，每条线路的充电容性功率可达二三十万千乏。当容性功率通过系统感属于元件（发电机、变压器和输电线路电感等）时，会在电容两端引起电压升高。反映在空载线路上，会使线路上的电压呈现逐渐上升的趋势，即所谓的“容升”现象。严重时，线路末端电压能达到首端电压的1.5倍以上，如此高的电压是电网无法承受的。在长线路首末端装设并联电抗器，可以补偿线路上的电容电流，削弱这种容升效应，从而限制工频电压的升高。 2.2.1.3、降低操作过电压

当开断带有并联电抗器的空载线路时，被开断导线上的剩余电荷即沿着电抗器以近50Hz的频率作振荡放电，最终泄入大地，使断路器触头间的电压由零缓慢上升，从而大大降低了开断后发生重燃的可能性。当电抗器的铁芯饱和时上述效应更为显著。

2.2.1.4、 限制潜供电流，有利单相自动重合闸

如果线路上接有并联电抗器，且其中性点经小电抗器接地(小电抗器容量小而感抗值高)， 由于小电抗器的补偿作用，潜供电流的电容电流和电感电流都会受到限制，故电弧熄灭的很快，从而大大提高单相重合闸的成功率。 2.2.1.5、无功功率的平衡作用

500千伏线路充电功率大，而输送的有功功率又常低于自然功率线路无功损耗很小。500千伏线路送端往往是大电站，电源本身还有一定数量的无功功率，若不采取措施，就可能远距离输送无功功率，造成电压质量降低，有功功率损耗增大，而且送端无功功率大部分都被线路消耗掉，并不能得到利用。而并联电抗器正好能吸收无功功率，起到使无功功率就地平衡的作用。

在500千伏变电所中由于其主变压器多具有有载调压功能 ，故可利用有载调

压功能作为主手段，以无功补偿为辅助手段来调节主变压器中压侧电压，使其在负荷发改变时，按照逆调压方式维持在适当的水平，保证负荷侧的电压质量。 2.2.2、高压电抗器和低压电抗器的区别

500千伏超线路根据工频过电压的极限选择高压电抗器的容量后,再根据无功功率平衡的要求选择低压电抗器。

容量相同的低压电抗器的比高压电抗器的价格低，但计入低压开关等费用后，二者的价格相差并不悬殊。从技术上看，二者有以下的区别是：

2.2.2.1、低压电抗器不能限制线路上的潜供电流，也不能减小投切线路时的电压波动。

2.2.2.2、发电机带空载长线线路时，必须将接有低压电抗器的联络变压器接入，才能对自励磁起抑制作用。

2.2.2.3、变压器停运或检修时，所连接的低压电抗器也随之退出运行，可能造成电网过高。

2.2.2.4、低压电抗器的最大优点是可以分组调节，以适应运行方式的变化对无功功率的平衡的要求。

结 论：无功补偿使超高压电网运行在额定电压运行水平，从而地提高了输电线路的静态稳定极限。而在500千伏枢纽变电所主变压器低压侧安装无功补偿装置还能满足无功功率的就地平衡，可以说无功补偿装置在平衡500 千伏超高压电网无功功率方面起着重要的作用；同时也在提高经济效益、提高供电质量、确保电气设备的安全运行等方面也起着非常重要的作用。无功补偿装置的应用也将会越来越广泛。