摘要：电容器并联补偿是目前配电系统中较为传统的一种调压方式，通过在负荷侧进行无功负荷补偿，来减少配电线路上流过的无功功率，但是在负荷波动较大时常造成负荷侧电压严重越限，且运行操作麻烦，具有较大的弊端。而串联电容补偿，通过在配电线路中串入电容，补偿配电线路中的电抗来减少在配电线路阻抗上的电压损耗，其具有较强的动态调压能力。电容串联补偿提高了输电网的传输功率极限，对提高静态稳定性具有较为明显的作用。然而，串联电容补偿在配电系统中的应用目前还研究甚少，通过研究分析可知，串联电容补偿具有较好的电压动态调节性能，可以在配电系统的电压调节中发挥重要的作用。本文分析了电容补偿在配电网电压调节中的应用。
关键词：电容补偿；配电网电压；应用
目前辐射配电长线路出现电压过低时，通常采用电容并联补偿调压，由于其通过补偿负荷侧的无功功率来降低输电线路的压降以提高电压，且电容补偿功率与负荷侧电压平方成正比，因而，在用电高峰期负荷侧电压偏低，需要补偿的无功负荷较大时，并联补偿电容补偿容量却受负荷侧电压限制，只能先通过增加并联电容补偿量，使负荷侧电压达到目标值之后，再切除过补偿的电容器组，并且当负荷侧电压下降时，并联电容器的无功补偿也相应减少，使电压进一步降低，从而导致运行操作复杂。
一、概述
对于配网上的大量感应电动机来说，当电压降低时，转矩显著减小，设备起动困难，如果所带的机械负载不变，则转差率增大，定子电流随之增大，温度上升，严重时会因电磁转矩太小而停转，烧毁电动机。这样，不但影响设备的安全运行，而且直接影响油田、煤矿企业的生产效益。因此，提升配电线路末端电压、抑制电压波动十分必要。通过在配电线路中串联电容器，补偿配电线路中的电抗来减少在配电线路阻抗上的电压损耗，是一种改善电压质量和提高送电容量的有效措施。由于线路上冲击负荷导致电网电压剧烈波动时，某些常用的分档调压设备不能有效抑制这类电压波动，对于快速变化的负荷，补偿速度是影响补偿效果的关键因素，因此不需要变压器降压的直接补偿具有这方面的独特优势，串联电容器作为一种无迟延的连续调压设备，能随负荷变化自动连续调节配电网电压，可以有效消除电压波动，并且投资低廉、维护费用低。但是，采用串联电容补偿装置也带来一些特殊问题。在中低压线路中，当串联电容补偿度很大时，可能会发生线路受电端感应电动机自激现象。在发生自激时，电流和电压剧烈振荡，电机转速显著降低，还可能出现串联电容器的保护间隙连续击穿的现象。因此，在发生自激时，必须采取相应的措施来平息振荡，保证负载的正常运行，并使电机不因过电流发热而受到损坏。目前，串联电容补偿装置在高压、特高压输电网中主要起到提高稳定极限，增强输送能力和调节潮流分配等作用，得到了广泛的应用；在中压配电网中主要用来补偿线路的感性压降，调整配电网电压；而为了改善电动机的运行性能和机端电压质量，同时还可实现节能而直接对电动机进行串联电容补偿，尚无相关的研究。
二、电容补偿在配电网电压调节中的应用
1.平衡补偿一般理论。首先假设配电网线电流和电压可测，三相电流不对称，存在负序和零序电流。补偿后电压对称，补偿后各相功率因数为1。补偿负荷和系统负载都由接线与接线组成，有功和无功由这两部分联合产生，但各自的比例不确定。与传统共补分补相比，全电容补偿可以实现分级投切，且比传统共补分补补偿更精确，能实现部分相间投切不同电容量，因此全电容补偿是一种高效的配电网三相不平衡补偿方式。其利用磁保持继电器和固态继电器合力控制电容器通断，采用零点投切，具有无电弧、无涌流、响应快等特点。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆同时既可控制三相角接电容器，也可控制三组单相电容器。，补偿前三相电流差距明显，电流不平衡度较大，补偿后三相电流差距明显缩小，电流不平衡度得到明显改善。通过试验论证了该全电容三相电流不平衡补偿装置可以解决配电网三相不平衡问题。
2.串联容抗。相同负载精确补偿的串联电容容抗都比简化得到的容抗大，并且随负载增加的差值增大，可知：随负载增加，横向分量对计算结果的影响也逐渐增大。串联电容的容抗随容量的增加，容抗的增加幅度减小，其原因是串联电容的补偿量是同电流的平方成正比，负载增加，电流也随之增加，电容的补偿量也增加；但在接近最大负载时，精确计算得到的串联容抗值增大幅度明显加大，而由简化计算得到的容抗仍按原趋势增加，则说明靠近配电线路最大输送容量时，横向压降所需补偿量增加较快，因此，在设定线路输送容量时应尽量避免太接近最大输送容量。由于该补偿理论在满足末端电压质量的同时，增加了线路的输送容量，对于远离变电站区域的中压配电网规划提供一种新的规划思路。
3.恒定负载情况下不同安装位置。对于配电变压器低压侧直接带电动机负载的情况，串补装置安装位置不同对电动机电压的调节性能是否相近需要作具体分析。一是当电容器的电容值为无穷大时，此时相当于短路。二是当电容器的电容值逐渐减小时，电机定子侧电压峰值也随之上升。三是当电容器的电容值电机定子侧电压峰值，如果电机定子侧电压峰值小于此值，电机将无法满载运行，并且提升能力较大。严格地说，自激是一种机电参数共振现象，但当电机的惯性常数较大时，也可近似地认为是一种电磁参数共振现象。在起动过程中，当感应电动机的转差率为负值时，其等值电阻为负值，在这种条件下，电路的总电阻有可能为零，构成产生等幅振荡的条件，并形成感应电动机自激现象。在实际应用中可以采用在电容器两端并联阻抗、在感应电动机机端串联阻抗或待电机起动到正常转速后再投入串补装置等措施来有效消除自激现象。
4.合理安装位置的确定。通过仿真结果比较，对于配电变压器低压侧直接带电动机负载的情况，将串联电容补偿装置就近安装在配电变压器高压侧系统中比配电变压器低压侧系统中具有较强的提升电压能力，这是由于配电线路中安装了配电变压器，有利于克服电机发生自激，改善调压性能。但是从实际应用角度考虑，低压侧安装串补装置成本较低，维护相对容易，更有利于实施。如果是高度过补偿情况，电压变化范围较大，可以在最大负荷时工作于额定状态，但在负荷较小时，系统受电端会出现严重的过电压应该避免此类现象发生；如果是低度过补偿情况，电压波动很小，而且可以在任意负荷时工作于额定状态；而不采用串联电容时，电压波动同样很小，但负载无法工作于额定状态。经过理论分析和仿真验证，配电线路宜采用低度过补偿方式进行调压，同时可以减缓电压波动。
将串联电容补偿装置安装在配电变压器高压侧，即中压等级的配电网中，并且采用低度过补偿方式，可以在避免感应电动机自激的情况下，在较大的范围内提升线路末端电压，消除由于波动性负荷引起的电压波动，从而为配电网中改善电动机的运行性能和机端电压质量提供了一条新的思路。
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论文作者:叶浩东
论文发表刊物:《基层建设》2018年第12期
论文发表时间:2018/6/25
标签：电压论文; 电容论文; 负荷论文; 电容器论文; 线路论文; 负载论文; 电动机论文; 《基层建设》2018年第12期论文;