淺談改進型CKY與MSC的比較

摘要：近年來，電力系統中出現了多種新型的無功靜止補償裝置，它們與傳統的無功靜止補償裝置存在一些共同點，同時它們也具有自身的特性。從技術經濟角度出發，對新型晶體管串聯調壓電容無功補償裝置(改進型CK-Y)與傳統機械開關投切電容器組(MSC)進行分析比較。

關鍵詞：機械開關投切電容器組(MSC) 晶體管串聯調壓電容無功補償裝置(改進型CKY) 技術經濟性能比較

0 引言

隨著社會的進步和科學發展，用戶和電力系統自身在提出穩定運行要求的同時，對電能的頻率、電壓和波形也提出了越來越高的質量要求。從技術經濟的角度考慮，電力系統通常在線路末端并列無功靜止補償設備，以保證線路末端電壓的質量。

各種無功靜止補償裝置的作用都是通過改變自身阻抗的大小，與系統的阻抗相匹配，達到調節進線無功、接入點電壓和維持功率因素的目的。同時，它還對電力系統的穩定狀態和過濾過程發生作用，但其本身并不具備生產、傳輸和分配電能的功能。現在電力系統中有兩種比較典型的無功靜止補償裝置：一種是廣泛使用的機械開關投切電容器組，簡稱MSC；另一種是近年來新型的晶體管串聯調壓電容無功補償裝置，簡稱改進型CKY。

1 機械開關投切電容器組(MSC)的工作原理

機械開關投切電容器組是通過控制機械開關的合分投切電容器組，原理如圖1。

Qc-電容器組的無功功率；QF-機械開關(每一組電容器用—個機械開關來控制其投切)；U-IO千伏母線或35千伏母線的電壓；X0一電容器組的電抗；

Qc=U²/Xc……公式1

根據公式1可知，通過改變投入電力系統電容器組的數目，而改變電容器組的電抗Xc，使電容器組的無功功率發生變化，達到調節無功功率的目的，使被控母線的電壓控制在規定范圍內。當負荷增加時，系統電壓降低，低于規定范圍的下限值時，可以通過合上機械開關，增加電容器組的投入量，使電容器組的電抗Xc減小，使電容器輸出的無功功率Qc增加，使被控母線的電壓升高至規定范圍內；反之，當負荷減少時，系統電壓升高，高于規定范圍的上限值時，可以通過斷開機械開關，減少電容器組的投入量，使電容器組的電抗×。增加，使電容器輸出的無功功率Qc減少，使被控母線的電壓降低至規定范圍內。

2 晶體管串聯調壓電容無功補償裝置(改進型CKY)的工作原理

電容器安裝在輔助變壓器的副邊繞組，它與晶體管開關組合是串聯關系，原理如圖2。

QF—高壓開關；1—8：均為晶體管開關，如圖3；U—輔助變壓器原邊繞組電壓，也是110千伏(或220千伏)母線電壓；Uc—電容器電壓；E—輔助變壓器副邊繞組電勢；W₃—輔助變壓器副邊固定繞組：W₃、W₃一輔助變壓器副邊調節繞組；K—輔助變壓器副邊繞組與原邊繞組的匝數之比，小于1：

Uc=U-E=U-KU=U(1-K)……公式2

Qc=Uc²/Xc=U^2*(1-K)²/Xc……公式3

根據公式3可知，通過改變K來改變電容器上的電壓Uc，從而達到調節無功的Qc目的。K的改變是通過晶體管開關組合來實現的，它可使輔助變壓器副邊調節繞組W₂、w₁正接、反接或不接入電路，使輔助變壓器副邊繞組的等效匝數改變，從而達到改變K。當負荷增加時，系統電壓降低，低于規定范圍的下限值時，可以減少輔助變壓器副邊繞組等效匝數，使K變小，使電容器輸出的無功功率Qc增加，使被控母線的電壓升高至規定范圍內；反之，當負荷減少時，系統電壓升高，高于規定范圍的上限值時，可以增加輔助變壓器副邊繞組等效匝數，使K變大，使電容器輸出的無功功率Qc降低，使被控母線的電壓降低至規定范圍內。

3 改進型CKY與MSC的比較

機械開關投切電容器組(MSC)與晶體管串聯調壓電容無功補償裝置(改進型CKY)都屬于無功靜止補償裝置，都只能發出無功，而不能吸收無功，它們在技術經濟方面都有自身的特點。

3.1 改進型CKY與MSC的技術性能比較

3.1.1 MSC的分級少，一組為一級，一般情況一個變電站下只有6—8組，所以它的單級容量大，不能滿足調壓精度要求，主變需要采用有載分接頭開關與它配合調壓，才能滿足調壓要求；改進型CKY輔助變壓器副邊調節繞組W₂、W₁可以正接、反接或不接入電路，它們與輔助變壓器副邊固定繞組w₃有多種組合方式，每一種組合方式都對應一個級，所以改進型CKY的分級多，它的單級容量小，能滿足調壓精度要求，主變可取消有載分接頭開關，采用無載分接頭開關代替。

3.1.2 MSC切除后，不能立即再投入，因為電容器沒有放電，若立刻投入可能引起很大的沖擊電流，所以不具備調壓快速性；MSC采用真空開關，一般是1年檢修一次，開斷1000次就需要檢修，即真空開關平均每天只能開斷3—5次，固不可頻繁調節：改進CKY的晶體管開關可以頻繁斷合，并且它的換級時間很短，所以它可以快速頻繁調節電壓。

3.1.3 事故后，MSC不具備調壓快速性，它不能及時的投入足夠的組數，所以它防止電壓崩潰的能力差；改進型CKY具備調壓快速性，它能在很短的時間內(1秒內)，換級完成，發出足夠的無功，保證電壓在額定電壓的0.8倍及以上，可以可靠的防止電壓崩潰。

3.2 改進型CKY與MSC的經濟性能比較

3.2.1 MSC的構成簡單，每一組只包括一套低壓真空開關和一套電容器組，但它對變電站主變的要求較高，要求主變選用有載分接頭開關，并且它只能安裝在低壓側10千伏或35千伏母線上，所以要求主變第三繞組的容量大。

3.2.2 改進型CKY的構成較復雜，每一套包括一套110千伏高壓開關及電流互感器、一臺輔助變壓器、一套晶體管開關組合和一套電容器組，但它對變電站主變的要求相對較低，只要求選用無載分接頭開關、第三繞組的容量小的主變。

無載分接頭的變壓器比有載分接頭的變壓器節約投資20％；主變第三繞組容量的減少，可以大大降低投資，繞組的造價一般占該變壓器造價的50％。下面，對同一變電站的無功補償裝置設計兩種方案：方案一只含改進型CKY，方案二只含MSC。假設這變電站的主變容量為300兆伏安，電容器容量為200兆乏，改進型CKY與MSC的經濟性能比較如表1：

根據表1可知，方案二的價格略低于方案一。

4 結束語

通過對機械開關投切電容器組(MSC)與晶體管串聯調壓電容無功補償裝置(改進型CKY)在技術經濟性能方面比較，得出以下結論：近年來新型的改進型CKY雖然在價格方面略高于傳統的MSC，但改進型CKY的技術性能遠遠高于MSC。在電力系統無功補償裝置發展中，改進型CKY將是未來的一個發展方向。