国网新疆电力公司乌鲁木齐供电公司，新疆乌鲁木齐 830011
摘 要：配网电压质量是衡量供电质量是否符合标准的一项重要指标，其质量的优劣直接关系到用电设备的安全经济运行和生产的正常运作，而且随着社会的发展，电网公司及电力用户对电压质量的要求日趋提高。然而，我国配电网建设相对输电网严重滞后，其网架薄弱，设施老化，线径小，线路长（尤其是山村线路），配电变压器数量多，甚至较多线路带有多台大容量的电动机或变化迅速的工业负荷，往往导致线路末端电压低、电压跌落严重。此外，南方地区部分配电线路有较多小水电站分布，往往存在丰水期时线路电压过高的问题。
关键词：配网；电压质量；固定串补技术
1 固定串补技术改善配网电压质量的基本原理
1.1 固定串补技术的基本原理
固定串补技术在国内外超高压输电网络中得到了广泛的应用，发挥着连续调节电流分配、提高电网稳定极限和增强电网输送能力的重要作用。配网电压质量是判断输电和供电质量的是否标准的关键性指标，直接关系着用电设备的安全稳定运行，尤其是随着整体用电量的大幅度增加，对配网电压质量提出了更高的要求。然而，我国配电网络基础设施薄弱，输电线路老化，线路构造复杂，配电变压器超负荷运转，往往导致供电终端电压不足，严重影响供电质量。固定串补技术是指利用现代化自动电子设施，在输电线路上加装串补装置，一般是将电容器组串联于交流输电线路中，对交流输电线路进行串联补偿，这种技术有效地减少了远距离输电线路的架设。
1.2 固定串补技术的应用范围
串补技术是一项新兴的电力电子技术，具有造价低、性能好、应用范围广等特点。在辐射性输电线路中，线路设计单位依据发电情况与用户感性负荷用电，计算出电功率因数和线路两端电压差，串联补偿提供的无功补偿容量与线路电流的平方成正比，这就是自适应电压调节的基本原理。固定串补技术主要起着改善配电线路沿线电压分布的作用，并且具有负荷实时响应的优势，被广泛应用于偏远山区和大型电动机负荷线路，充分发挥自适应电压调节特点。
2 D-FSC装置的结构图
D-FSC装置串于配电线路中两个分接点（配变支路与主线的连接点）之间，通常架于后一分接点的电力杆上，其主要由电容器组、电容器保护设备、阻尼设备和控制器组成。
1）D-FSC装置的投入过程为（此时隔离开关1为闭合状态）：断开线路断路器，合上隔离开关2、3，断开隔离开关1，合上线路断路器。而退出过程则相反：断开线路断路器，合上隔离开关1，断开隔离开关2、3，合上线路断路器。2）电容器组是D-FSC的主体部分，其安装位置和容量需通过原始线路潮流分析来确定。3）D-FSC装置的保护设备用于保护串联电容器，其具体构成可见文中第5小节。4）阻尼设备用于抑制谐振电流，其中Rb、Xb分别为阻尼电阻和电抗，早期的串联补偿装置多数只采用阻尼电阻。阻尼设备可永久或暂时性投入，前者不需配置阻尼开关和控制，但会产生较大的功耗，后者则需要增加一台断路器的成本，并由控制器检测谐振电流来控制其投切。工程实践中可经过谐振仿真分析来决定是否配置该阻尼设备。5）串补控制器主要有两个功能：检测故障和谐振，自动控制开关动作进行保护；监测D-FSC装置状态并发送至主控室，接受主控室信号并执行命令。
3 配网固定串联电容器的保护
3.1电容器过压保护
在辐射状配电线路（不接地系统）中安装D-FSC后，当D-FSC下游支路发生两相短路、两相接地短路以及三相短路时，其短路电流会使得电容器两端电压急剧加大，若选择电容器额定电压为短路时其两端承受的电压，这是很不经济的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆通常使用的保护措施是将电容器旁路，常用的旁路设备（按保护速度从小到大排序）有：普通间隙、火花触发间隙、金属氧化物压敏电阻（MetalOxideVaristors,MOV）等，其中MOV能够在电容器两端电压超过规定限值时瞬间动作。注意，若装置仅采用MOV/间隙保护，则会导致MOV的容量过大、成本过高，以及间隙动作时间过长、老化迅速，因此需配置旁路开关作为这些快速保护设备的保护，以减少MOV的容量和间隙的动作时间。旁路开关的动作时间为30~100ms，在其完全闭合之前则由MOV/间隙进行保护。为描述方便，将串联电容器的保护设备根据不同的动作时间分为一、二、三等级。在高压输电网中，串联电容器通常配置MOV作为一级保护以满足电容器的快速过压保护，火花触发间隙作为二级保护以进一步减小MOV的容量，以及旁路开关作为三级保护。考虑到配电网系统容量小以及投资成本的约束，辐射状配电线路的串联电容器通常只配备间隙保护或MOV作为一级保护，以及旁路开关作为二级保护。
3.2电容器谐振保护
3.2.1铁磁谐振
由于变压器铁芯饱和的非线性，当变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复时会产生很大的励磁电流，在最不利的情形下，可达到正常励磁电流的上百倍，即可达到变压器额定电流的8~10倍，则称该励磁电流为励磁涌流。这个变化快速的大电流是串联电容器所支持的，它能迅速对电容器进行充电，并在其两侧产生很大的电压升，从而加大变压器铁心饱和程度，并使得变压器电感值继续变化，当该电感和串联电容器达成谐振条件时，则产生持续的谐振电流，使得变压器电压和电流畸变严重，这种现象便称为“铁磁谐振”。铁磁谐振条件是由周边变压器充电的励磁涌流激发的。其振荡频率是串联电容器阻抗的函数，如串补度较高，则可能产生基频铁磁谐振。为防止铁磁谐振，通常采取以下措施：1）避免辐射状配电线路的串联电容器出现过补偿，即串补度k%应避免大于1。2）在确定D-FSC的位置和容量时，应避免安装后其下游线路各分接点的电压超过线路额定电压的105%。3）为使得全线电压均满足电压质量要求而无法避免过补偿，则可配置旁路阻尼电阻并联于串联电容器，在变压器充电前投入阻尼电阻，也可通过控制器检测到谐振电流时合上旁路开关并保持15s，其中后者更为经济。
3.2.2感应电动机自激
若装有串联电容器的线路上有较多异步电动机，当机电参数配合不当，有可能引起交流电机自激，在工程、矿山和农用配电线路中，往往是几十台或上百台异步电动机并联运行，应用串联电容器后可能使异步电机机群发生自激，电网发生振荡，导致保护跳闸无法运行。对于大型电动机，在启动时，发生自激的可能性更大。当发生自激时，电动机可能被锁定在次同步振荡频率上，并持续以由次同步频率的速度旋转，使得电动机滑差减小，从而产生次同步大电流，导致电机过热，振动过度，并最终造成电机损坏。为防止感应电机自激振荡，通常采取以下措施：1）电动机启动时将串联电容器暂时旁路。但是如果串联电容器主要用于改善电动机的启动条件和电压，这一方法则不可行。2）在串联电容器上永久或暂时并联阻尼电阻或阻尼阻抗，但是前者造成的功耗较大。阻尼电阻或阻尼阻抗的大小通常选择串联电容器电抗值的5~10倍，针对具体工程需要单独模拟。
4 D-FSC控制器功能
D-FSC控制器的自动保护功能包括：线路停电或故障断电时D-FSC旁路保护，从而避免线路投运或重合闸时多台变压器的励磁涌流对电容器造成损害；线路充电或重合闸时D-FSC延时投运；线路故障时D-FSC过电压保护；以及谐振检测和保护。由于一个市局配网中配电线路众多，安装D-FSC装置的个数可达到几十甚至上百个，因此建立D-FSC和主控室之间的通信是有必要的。D-FSC控制器的通信功能包括：发送状态信息和告警信号；接受人工命令。
5 结论
固定串联补偿装置的结构紧凑，且控制简单，从经济性和推广应用角度考虑，该装置易于产品化，不仅投资低，效益回收快，而且随着配网改造新技术的推广和使用，尤其电气设备新材料新产品不断开拓，具有诸多优良性能和具备市场竞争能力的配网串补装置具有良好的应用前景。
参考文献：
[1]卓谷颖.改善配网电压质量的固定串补技术研究[D].浙江大学,2013.
[2]任艳杰.高压配电网无功串补技术的研究[D].沈阳农业大学,2011.
论文作者:高鸽,胡健民
论文发表刊物:《电力设备管理》2017年第3期
论文发表时间:2017/4/11
标签：电容器论文; 电压论文; 线路论文; 谐振论文; 阻尼论文; 旁路论文; 电流论文; 《电力设备管理》2017年第3期论文;