串联补偿电容器在超高压输电系统中的应用

       在输电线路上采用串联补偿装置(以下简称“串补装置”)来提高系统的稳定输送容量，改善线路电器参数，实现2条线路输送3条线路的功率，既提高了传输功率又节省了投资。徐州供电公司500kv三堡变电站装设的串补装置实现了提高长线路的稳定输送容量，在华东电网“北电南送”输电网络中发挥了重要作用。

　　1串补装置的基本知识

　　1.1基本原理

　　安装串补装置后稳定输送容量提高的原理：高压输电线路的静态稳定输送功率可由下式表示

　　式中，U1、U2为线路两端的电源电压；δσ为线路两端的电源电压的相角差；XL为线路的阻抗；U1U2/XL为线路的极限输送功率(静态稳定极限)。当线路中安装有串补电容器后，线路的稳定输送功率为

　　在同一个相角差(σ相同)的条件下，将装有串补电容器前后的稳定输送功率进行比较：Ke=Xe/XL为补偿度。在500kv超高压输电线路工程中，若补偿度设为40%，则每条输电线路安装串补电容器后的稳定输送功率与安装前的稳定输送功率之比为1.67倍。即安装了2套串补装置后相当于增加了一条输电线路。

　　1.2基本接线形式

　　串联电容补偿装置由电容器组、金属氧化物变阻器(MOV)、放电间隙、阻尼电抗、旁路开关、绝缘平台、保护和控制系统组成。串补装置采用的是固定式装置，其保护电容器的设备是MOV、分路间隙及旁路断路器。该串补装置的基本接线如图1所示。

       2电容器组的应用

　　电容器组是串补装置的主要设备，其主要技术参数及有关性能见表1.

　　2.1外熔丝电容器及内熔丝电容器

　　串补用的电容器通常有2种：外熔丝电容器及内熔丝电容器。内熔丝电容器是每相电容器组由320台电容器单元组成。该电容器是油浸全膜电容器，实际设计的电场强度为170V/um。电容器组的保护水平为2.3pu，保护电压为230。

　　外熔丝电容器是熔丝装置安装在电容器单元的外部。IEC标准规定外熔丝的熔断电流应是所保护的电容器额定电流的1.43倍以上，一般取1.5倍。作为串补用的电容器还需要考虑电容器组两端短路放电时熔丝不被熔断，否则在系统发生故障而串补电容器组退出运行时，旁路间隙或分路开关旁路电容器组时会使电容器组的外熔丝动作。

　　采用外熔丝的电容器，当发生故障熔丝熔断后，熔丝管会跌落下来，巡视人员比较容易发现。但也有缺点，如电容器通常有许多的电容器元件按照一定的规律串并联而成，当其中某个元件被击穿后，与之相关联的并联组会被短路，电容器单元的电容量就会增加，此时该电容器单元仍能工作；工作电流会流过故障电容器元件的故障点使故障扩大，最后使整个电容器单元发生故障，熔丝动作并使故障电容器单元退出运行。若此过程比较长，故障元件的故障点在电流的作用下会不断地产生气体，就有可能使电容器鼓肚子甚至外壳破裂，使整个电容器单元退出运行后会造成电容器组损失较大的容量以及在其他健康的电容器单元上的过电压较高等不良后果。

　　2.2熔丝熔断对电容器元件的影响

　　由于电容器单元的熔丝被熔断后的恢复电压较高，熔丝的制造相对比较困难。采用内熔丝的电容器的熔丝安装在电容器的内部，每个电容器元件都有相应的熔丝。当某个电容器元件发生故障时，只是该电容器元件的熔丝熔断，切除该电容器元件。故障电容器元件被切除后，该电容器单元仍然可以正常运行。损失的电容器容量较小，按电容器组设计例子，电容器单元只损失1/52的容量。运行经验表明，内熔丝电容器单元中单个元件的损坏，不会进一步扩大元件的故障。这是因为元件的额定电流较小，熔丝被熔断时的恢复电压较低，熔丝动作速度相对较快，熔断的副产物不多，不会对单元中其他元件的运行造成危害.采用内熔丝电容器组的主要缺点：A.内熔丝不保护电容器单元的端子与其外壳之间的故障，若发生这类故障，就需要靠电容器组不平衡保护来旁通电容器组。实际的经验表明这类故障发生的概率是非常低的。B.电容器元件或电容器单元发生故障时，不能直观到，必须用专用的仪器定期进行测量才能发现。由于元件的故障是随机分布在各个电容器单元中，因此该电容器元件的故障概率非常低。

　　2.32种类型电容器的优缺点

　　根据IEC143标准规定，电容器组的直流试验电压为1.9*1.414U。对于该电容器组，直流试验电压为437KV，不再考虑电容器单元的电容量的电压分配的不均匀性。这就要求在进行电容器组的配组时要精确测量电容器单元的电容量，以保证并联后每支路电容量的误差小于1%。

       为在部分电容器发生故障时能及时发出故障信号或旁通电容器组，因而将每相电容器单元组成-H型，4个臂分别由80个电容器单元以4串20并的方式连接。每个电容器由52个元件组成(4串13并)，

　　如图2所示。每个电容器单元和元件的额定参数见表1。

　　2.4故障电容器元件对分布电压的影响

　　不平衡电流和电容器元件上的过电压的关系可按表2进行换算。

　　当部分电容器元件发生故障退出运行后，完好的电容器元件上的电压会有一定的升高。当过电压达5%时就应该发出告警信号；达10%时就应经过一定的延时永久旁通电容器组(见图1)。实际运行中，测量电容器组的每个单元上的过电压是很困难的，一般采用测量不平衡电流的方法来实现电容器单元的过电压保护。表3中损坏的元件数量指的是出现在一个电容器单元中的同一个并联组中的元件数，其他的电容器单元及有缺陷的电容器单元中其他的并联组均无元件损坏。很显然，同一个并联组出现多元件损坏的概率非常低。当故障的电容器元件散布在不同的电容器单元或在同一单元仅在不同的并联组中时，单元或元件上的过电压要低得多。当不平衡电流达到1.35A时发出报警信号；不平衡电流达到1.50A时发出旁通命令；13个元件损坏意味着一个单元退出运行。电容器的故障概率(经验数据)：，30年电容器元件的总故障率为2%，按照2组串补的电容器单元数量计算，，30年损坏的元件为1996.8个；平均到电容器单元上，每单元只有1.04个。可见故障率是很低的。再考虑到故障元件的随机分布，在实际运行中电容器阻的不平衡保护是不会动作的。只有当电容器单元的套管闪络时，电容器组不平衡保护才有可能动作。