電容器和電抗器在系統(tǒng)中的并聯(lián)和串聯(lián)探討

邵治濤

（陜西能源趙石畔煤電有限公司，陜西 榆林 719100）

把串聯(lián)電抗器使用在電容器補償回路中能夠有效對電力系統(tǒng)的功率因素進行改善，抑制電容器組投切時產(chǎn)生的涌流以及電網(wǎng)中的高次諧波。還能夠改善由諧波引起的過載問題，對具體操作過程中的過電壓進行有效降低，確保電容器組在運行過程中的安全，對電網(wǎng)中的電壓波形進行優(yōu)化改善，使供電的質(zhì)量更高，提升電網(wǎng)在運行過程中的安全性和穩(wěn)定性。

1 串聯(lián)電容器補償

串聯(lián)補償指在高壓線路上直接串聯(lián)電容器，以此種方式對輸電線路的參數(shù)進行優(yōu)化，避免電壓出現(xiàn)過大的損失，有效提升電力的輸送，減少線損。此種方式主要使用在高壓且距離較遠的輸電線路中，一般狀況下很少使用在用電單位。此種補償?shù)姆绞阶钤缭趪馐褂茫覈鸩较鄬^晚，第一套串聯(lián)電容器補償裝置使用在徐州三堡站，在距離較長的線路中期電感比電阻大。使用中串聯(lián)電容能夠?qū)€路中的電感進行抵消，相當(dāng)于對線路的長度進行縮短，能夠有效補償無功功率，提升電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

串聯(lián)電容能夠有效對高壓輸電線路的長度進行縮短，并聯(lián)電容則是增加其長度，對這一原理進行重復(fù)利用，并通過模擬的方式進行高壓輸電線路的長度試驗，可以得出在高壓線路較短的狀況下，線路的穩(wěn)定性較好，輸電功率較大。如果輸線電路的線路距離太長，可以根據(jù)實際狀況使用串聯(lián)電容，以提升高壓線路的穩(wěn)定性。

（1）對線路末端的電壓進行提升，主要使用補償線路，有效減少電壓的降落，對輸電線路末端的電壓進行提升，通常狀況下能夠?qū)㈦娐纺┒说碾妷禾嵘?0%～20%。

（2）有效提升輸電線路輸電的能力，在輸電線路中串聯(lián)了補償電容，減少了電壓的降落以及功率耗損，使得線路輸電的容量得到大幅度增加。

（3）對電力線路系統(tǒng)中的分布進行了優(yōu)化，在閉合的網(wǎng)絡(luò)中，針對部分串聯(lián)電容器能夠有效改變電抗，使電流能夠定向流動，保證功率均勻分布。

（4）對線路系統(tǒng)中的靜穩(wěn)定性進行了有效提升，在輸電線路出現(xiàn)故障而被部分切除時，線路系統(tǒng)中的等效電抗快速增加。對串聯(lián)電容器進行強制性補償，在最短時間內(nèi)強制改變串聯(lián)電容器數(shù)量，臨時增加臨時對容抗，有效降低線路系統(tǒng)中的等效電抗，提升輸送的極限功率，保證系統(tǒng)運行更穩(wěn)定、安全。

長度不超過52.08 km的線路可以使用并聯(lián)電容，如果線路長度大于52.08 km則選用串聯(lián)電容補償。

2 并聯(lián)電容器補償

在系統(tǒng)母線進行電容器并聯(lián)，具有相似性，能夠有效吸收系統(tǒng)中的容性無功功率，即系統(tǒng)中的并聯(lián)電容器向系統(tǒng)發(fā)出感性無功，能夠有效提升系統(tǒng)的功率因數(shù)和母線端的電壓水平。此外，還能夠有效降低系統(tǒng)感性無功輸送，增加有功功率，提升功率因數(shù)。上述過程即并聯(lián)電容提高母線電壓水平的原理，減少線路感性無功輸出，提高電壓，降低線路損耗。例如陜西能源趙石畔煤電有限公司變電站10 kV母線就采用了上述方法進行感性無功補償。

并聯(lián)補償?shù)闹攸c就是將電容器補償設(shè)備并列接入同一電路中，以此提升功率因數(shù)。常用的補償方式主要有三種。

（1）使用集中補償電容組，集中安裝于變電所母線上，提升變電所的功率因數(shù)，減少高壓線路的無功損耗。

（2）使用分布補償方式，可以裝配于變配電母線、高壓母線、低壓母線上，有效提升補償效果。

（3）使用就地補償方式，在異步電機活感性用電設(shè)備附近安裝電容器或電容器組，能夠有效地提升回路中的功率因數(shù)，還能夠優(yōu)化用電設(shè)備的電壓質(zhì)量，適用于規(guī)格較小的設(shè)備。

3 并聯(lián)電抗器

超高遠距離輸電線路的空載、輕載狀況都會產(chǎn)生較大的電泳充電功率。一般情況下，充電功率會隨電壓增加而增加，充電功率過大會導(dǎo)致工頻電壓升高，并影響線路功率和電能損耗，出現(xiàn)自勵磁等問題。采用電抗器并聯(lián)能夠有效補償充電功率，超高壓線路對地電容效應(yīng)較大，電流較小時，線路中的電壓在電容效應(yīng)的作用下被升高。應(yīng)在線路上安裝并聯(lián)電抗器，使電抗器產(chǎn)生電感抵消線路電容，降低電壓。

4 串聯(lián)電抗器

（1）有效補償無功功率，在增加電網(wǎng)有功功率比例常數(shù)的同時提升功率因數(shù)。

（2）減少發(fā)電設(shè)備和供電設(shè)備的設(shè)計容量，合理控制投資，例如功率因數(shù)從0.8提升至0.95時，采用1 kV的電容器能夠有效節(jié)省0.52 kV的設(shè)備容量。基于原有設(shè)備角度分析，等同于增加了發(fā)電設(shè)備和供電設(shè)備的容量。在新建工程或改建工程中，都應(yīng)當(dāng)充分考慮有效控制對設(shè)計容量的投資。

（3）有效降低線損，補償后的功率因數(shù)大于沒有進行補償時的功率因數(shù)，因此提高功率因數(shù)后，線損會出現(xiàn)明顯的下降現(xiàn)象，提升電網(wǎng)中有功功率輸送的比例，有效降低系統(tǒng)的線損，改善供電設(shè)備的經(jīng)濟效益。

5 工程實例

根據(jù)以往經(jīng)驗，在一個變電線項目中對無功自動補償系統(tǒng)進行設(shè)計的過程中，通過相關(guān)計算能夠變電站的實際補償容量為1 800 kV（300 kV+600 kV+900 kV），此外還需要配備6%電抗器，吸收5次及5次以上的諧波。有效計算需要安裝的實際容量，得到變電站設(shè)備的具體參數(shù)。

主變壓器型號為S11-20000/110/10.5，系統(tǒng)額定電壓為10.5 kV，最高工作壓力為12 kV。選擇電容器的過程中，需要選擇額定電壓為12/3 kV的單相電容器。

補償裝置系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 補償裝置系統(tǒng)

如果實際需要補償1 800 kV，經(jīng)過理論計算后，可以得知電容器應(yīng)為2 210 kV，各廠家的單臺電容容量存在差異，導(dǎo)致實際安裝容量與理論計算容量存在差異，比值約為1.3～1.5。

如果采用德國赫茲電容器，則需要安裝9臺，單臺電容器最大容量不可超過400 kV，實際安裝電容器2 400 kV。德國赫茲電容器選擇詳情如表1所示。

表1 選用德國赫茲電容器

如果選用電容器為北京英博電容器，則需要安裝12臺，單臺電容器的最大容量不可超過300 kV，實際安裝電容器容量為2 400 kV。

具體選擇情況如表2所示。

表2 選擇北京英博電容器

6 結(jié)語

電容器和電抗器的串聯(lián)、并聯(lián)都具有各自的作用和優(yōu)勢，無論是電抗器或電容器，串聯(lián)就是從根本上抵消無功，并聯(lián)就是從設(shè)備方面對線路進行無功調(diào)整。