解析电力系统并联补偿装置型式及容量的选择
2014年7月15日 13:38 作者:谢世鹏谢世鹏
（广州市谷源建筑科技有限公司 广东省广州市 510235）
摘要：电力系统并联补偿装置有调相机、并联电容器补偿装置、静补装置和高压并联电抗补偿装置等四种。超高压并联电抗器主要是补偿输电线路的充电功率，以降低系统的工频过电压水平等功能。除了超高压并联电抗器之外，其他几种补偿装置主要用来对电网的容性或感性无功功率进行调节。
关键字：并联；电力系统；补偿装置；容量；
一、并联补偿装置型式的选型
无功负荷的无功负荷变化的频率、幅值和速率和安装点母线谐波电压正弦波形畸变率，是选用调相机、并联电容补偿装置及静补装置的基本判据。不同的系统需选择相对应的无功补偿装置，系统不仅不能达到理想中运行状态，还会使系统的稳定性遭受破坏，甚至导致瘫痪。
（一）调相机的选型
无功变化的频率为每小时数次，变化的幅值较小，变化的速率大于1s，同时需要提高系统稳定性、防止电压崩溃及装设大容量集中补偿，并且具有水冷却条件时，可选用调相机。
（二）并联电容补偿装置的选型
无功变化的频率为每天数次，或变化的幅值较大（甚至无功符号改变）时，可选用并联电容补偿装置或静补装置。具体的补偿方式可以依据实际需求来确定，分别选择高压集中补偿、低压分散补偿或低压集中补偿等。
（三）静补装置的选型
无功变化的频率为每小时数十次，或变化的幅值较大（甚至无功符号改变），或变化的速率等于或小于1s时，即所谓需补偿的无功负荷成为“无功冲击负荷”时必须选用静补装置。
（四）高压并联电抗补偿装置的选型
高压并联电抗补偿装置仅提供感性无功功率，常与并联电容器补偿装置组合使用。
在330kV及以上超高压线路上，需降低系统的工频过电压水平，提高送电可靠性时，需在线路中间开关站或末端变电所中并联超高压并联电抗器。
二、并联补偿装置容量的选择
（一）调相机、并联电容补偿装置最大容性无功量
（1）对于直接供电的末端变电所，安装的最大容性无功量
置所在母线上的负荷提高功率因数所需补偿的最大无功量
与变压器所需补偿的最大无功量
之和。
：母线上的最大有功负荷（
） ；
:补偿前的最大功率因数角（°）； 
：补偿后的最小功率因数角（°）；
:由
补偿到
时，每
有功负荷所需补偿的容量无功量（
）；
：需要补偿的变压器一侧的阻抗电压百分值
；
：母线装设补偿装置后，通过变压器需要补偿一侧的最大负荷电流值
；
：变压器需要补偿一侧的额定电流值；
：变压器空载电流百分值；
：变压器需要补偿一侧的额定容量()。（2）对于枢纽变电所和地区变电所，安装大容量无功量，应经系统调相调压计算及经济比较后确定的需要补偿的最大容量无功量。常采用经济功率因数法、经济无功负荷发、以提高变电所母线运行电压为目的、以降低线路有功损耗为目的及统计法等确定补偿装置容量。
当工程中往往采用统计法，估算出某安装点所需补偿的最大容性无功量。若缺乏资料时，对于35~110kV变电所，可按主变压器额定容量的10%~30%作为所需补偿的最大容性无功量。
（二）调相机、并联电抗补偿装置最大感性无功量
对于调相机，若电网无功变化范围能在调相机输出的无功范围（标幺值为1~-0.5）内得到满足，或并联电容器组的投切满足电网无功变化的要求，则不需另外安装并联电抗器补偿装，除此之外，需安装并联电抗补偿装置，其安装的最大感性无功量
需满足：
或
：母线处零秒时三相短路容量()；
：为使母线最高运行下降至规定的最大值以下时，预计母线电压应下降的百分值；
：计算点上的最小有功负荷（
）；:计算点上出现时的超前功率因数角（°）；（三）静补装置最大容性无功量与最大感性无功量
安装的最大容性无功量与调相机、并联电容补偿装置最大容性无功量计算相同。
静补装置的最大感性无功量，通常应等于电网无功变化量的最大幅值。如果电网只需单独安装感性无功容量时，因为静补装置为一谐波源，且价格比线性并联电抗器贵，不采用静补装置的感性无功设备。
三、并联补偿装置选择需注意的问题
（一）调相机的启动
调相机启动方式有以下几种：第一，低频启动。设置专门的柴油发电机组对调相机专线供电，并实现调相机启动工作。当调相机缺乏启动设备时，而电网系统对无功功率需求存在着必然性时，可以采取低频启动方式，具体操作方法是将调相机及发电机同时设置于电力网完全隔离的母线及线路之上，拖动调相机发电机不应低于调相机容量的30%，为调相机加入励磁电流，闭合调相机开关，关闭发电机开关，启动发电机后发电机与调相机在同一时间点转动。增加调相机励磁电流并将其设置到额定值，将其并入电网。这种启动方式对调相机所具备的电流冲击十分小，然而系统运行方式复杂，操作繁琐困难。第二，可控硅启动方式。调相机可控硅启动方式，是由启动变压器、整流器逆变器及交直流并联电抗器共同构成的一种启动装置，在执行调相机启动作业时，控制整流装置操作可以增加电流，提高调相机速度，当调相机转速值达到10%额定转速后，可以对其逆变侧向进行控制，在达到额定标准时并入到电网。这种操作方式启动便捷，快速，且具备较高的自动化水平，然而可控硅启动方式价格昂贵，占地面积较大；第三，同轴励磁启动方式。其启动主要是通过同轴主励磁作为直流电动机进行启动。其启动方式较为平稳，整体调速十分平滑，可以将调相机调整到同步转速，然而同轴励磁机作为直流发电机，其本身存在着一定损耗；第四，同轴发电机启动方式。通过安装同轴异步电动机进行调相机启动，通过发动机调相机及联轴器连接，电动机启动完成后，电动机需要与调相机脱离。这种启动方式十分便捷简单，成本较低，然而考虑到异步发动机其所具备的启动电流较大，会引起母线电压波动问题，容易引起母线电压波动。在实际应用中，需要依据实际情况合理选择调相机启动方式。
（二）设置并联电容补偿装置可能发生的谐波问题
电力系统中并联补偿电容器，其在一定频率下，可能会产生谐波放大问题，引起并联谐振问题引起电容器熔断及损坏问题，为电力系统带来较为严重的谐波污染，让谐波电压含量率严重超标。为此，应积极采取谐波抑制方法，较为典型的操作方法为：采取带串联电抗的无功补偿电容组，用来消除电路中谐振问题，从而实现谐波电流方法的有效抑制。
结束语
新技术和设备的不断引入和应用，势必会为我们电网建设和发展带来源源不断的动力，要不断进行知识的积累，为建设贡献绵薄之力。
参考文献
[1]水利电力部西北电力设计院主编，《电力工程电气设计手册：电气一次部分》 中国电力出版社出版
[2] 李振国.电网的无功补偿探讨[J]. 中小企业管理与科技(上旬刊). 2011(09)
[3]李红兵. 浅析供区网络无功潮流在无功补偿增配需求分析中的应用[J]. 湖北电力. 2009(03)
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