CN105262111A - 安装在架空输电线路上的串联电容补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种安装在架空输电线路上的串联电容补偿装置。本发明的目的是提供一种安装在架空输电线路上的串联电容补偿装置，以期达到实施简便、资金投入少、补偿效果优异的目的。本发明的技术方案是：该装置安装于架空交流高压输电线路上，A、B、C三相交流高压输电线的每一相均具有若干根导线，沿送电线路每隔设定距离、在每一相输电线中串联入一个电容器补偿单元，该电容器补偿单元包括该相输电线中的1～3根导线保留原状作为等电位电压的箝位导线，以及在余下的每根导线中串联入电容器组，每个电容器补偿单元的首末端通过连接导线电气连接。本发明适用于在架空输电线路的分裂导线上实施分布式串联电容补偿。<!-- 2 -->

Description

安装在架空输电线路上的串联电容补偿装置

技术领域

本发明涉及电力工程领域，具体是一种安装在架空输电线路上的串联电容补偿装置。适用于在架空输电线路的分裂导线上实施分布式串联电容补偿。

背景技术

串联补偿指串联电容补偿和可控串联电容补偿，在电网的交流输电线路中串联电容器，利用串联电容器的容性阻抗补偿输电线的部分感性阻抗，可使发电机组间电气距离缩短，同步力矩增加；改善系统稳定性，减少功率输送引起的电压降和功角差；提高电力系统稳定运行水平，扩大线路输送容量，提高网络实际输送能力。

运用串联补偿电容器是实现电力线路长距离、大容量、高效率传输的重要手段，自1950年220KV串联补偿电容器在瑞典成功投运以来，随着电容器制造技术和电力系统控制技术的进步，串联补偿电容器在高压及以上输电线路中得到了越来越广泛的应用。

普通的高压电力架空线路，只是以导线从送电端至受电端，跨越上百公里直线输送，中间除固定金具外没有其它可在线路中实现电力补偿的设施，由于输电线路平均每单根导线每公里的电抗值约为0.38～0.4Ω，若是通常以500KV输电距离为250KM，则电抗值高达100Ω，若正常线路中的电流为300A，则其无功功率高达Q＝I²·X_L＝300²×100＝9000KVAR(千伏安)，这个量值是十分大的，意味着一年约有3×1800＝约5400万元的无功损耗。

针对上述问题，人们也想到了在常规的输电线路中加装串联电容补偿装置，然而现有的串补方式是在变电所里集中安装，电容量很集中，易引起过电压和系统的低频振荡SSR事故，影响电网安全，会造成发电机事故。同时，补偿效果也极为有限，补偿度仅为35％--40％。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种安装在架空输电线路上的串联电容补偿装置，以期达到实施简便、资金投入少、补偿效果优异的目的。

本发明所采用的技术方案是：安装在架空输电线路上的串联电容补偿装置，该装置安装于架空交流高压输电线路上，A、B、C三相交流高压输电线的每一相均具有若干根导线，其特征在于：沿送电线路每隔设定距离、在每一相输电线中串联入一个电容器补偿单元，该电容器补偿单元包括该相输电线中的1～3根导线保留原状作为等电位电压的箝位导线，以及在余下的每根导线中串联入电容器组，每个电容器补偿单元的首末端通过连接导线电气连接。

所述电容器补偿单元安装在设定的两个经绝缘改装的悬垂线夹之间，各导线之间通过间隔棒隔开，导线与悬垂线夹和间隔棒的接触处均用绝缘套垫隔离绝缘。

所述设定距离为1～5公里或10～50公里。

所述电容器补偿单元有四分裂其中一根为箝位导线、六分裂其中二根为箝位导线或八分裂其中三根为箝位导线。

所述电容器补偿单元的两端以并联的方式加装过电压保护的避雷器。

所述绝缘套垫采用硅橡胶材料或氟硅橡胶材料。

本发明的有益效果是：本发明充分利用了架空输电线路中多根分裂导线的作用，将多根分裂导线中的一根单独作为等电位电压箝位导线，同时，将电容器组逐段均匀地布置在线路的全线之中，这样选择电容器的工作电压Ue值就不需要以线路的全额线电压来计算，并辅以用箝位导线来吸收由电抗与电容器发生谐振时所产生的振荡能量，经导线箝位后的电压值只有额定线电压的几十分之一。这样不仅大大降低了串联电容器的造价，而且使线路实现了高补偿度(可接近95％)，大大减少了线路的无功功率损耗，达到近乎理想的输电效能。同时，由于箝位导线的作用，使电容器及时耗散能量，可以避免线路与发电机端的共振造成的电力系统低频振荡SSR问题。

附图说明

图1是沿输电线安装本发明的结构示意图。

图2是单个电容器补偿单元的安装示意图。

图3是本发明的电气连接示意图。

图4是本发明中电容器组的内部结构图。

具体实施方式

如图1、图3所示，本发明补偿装置安装在220KV、500KV的架空输电线路中。本实施例的串联电容补偿装置用于A、B、C三相交流电，由于电流在300A以上的线路，大部分高压输电线由多根导线组成一相输电线(行业中称为分裂导线)，一般有四分裂、六分裂或八分裂，本例以四分裂来举例说明。沿送电线路(从送电端到受电端)每隔设定距离(如1～5公里或10～50公里)、在每一相输电线中均串联入一个电容器补偿单元，所述电容器补偿单元取该相输电线中的1～3根导线保留原状作为等电位电压的箝位导线1(四分裂的取一根为箝位导线1、六分裂的取二根为箝位导线1，八分裂的取三根为箝位导线1)，剩下的导线每根均剪断后串联入电容器组2。最后将每个电容器补偿单元的首末端通过连接导线4电气连接。

如图2所示，所述电容器补偿单元安装在相邻两个悬垂线夹7之间，各导线之间通过间隔棒5隔开，导线与悬垂线夹7和间隔棒5的接触处均用绝缘套垫3隔离绝缘。由于本例是四分裂的导线，故间隔棒5呈空心的四方形，四个角分别与四根导线连接。所述绝缘套垫3采用硅橡胶材料或氟硅橡胶材料，应具备耐候性。

为防止雷击损坏，在每个电容器补偿单元的两端以并联的方式加装过电压保护的避雷器6，避雷器选用氧化锌ZnO型。也可同时加装火花间隙保护器。

如图4所示，所述电容器组2为由高压电容器2-1通过串、并联，并在电容器的外面加装绝缘外套管2-2而成，高压电容器的容量值和耐压值按一个电容器补偿单元的线路长度选配。电容器组2通过绝缘子8安装于导线上。

安装串补电容器组2后，线路的输送功率为：

$P=\frac{U1U2}{XL-Xc}Sin\mathrm{\&delta;}=PmSin\mathrm{\&delta;}$

式中：U1和U2为线路首末端电压；X_L为线路电抗；Xc为线路的容抗；Pm为线路极限输送功率；δ为线路首末端电压相角差，即功角。

下面将通过实例来进一步介绍本发明的实施方法。

实施方案一、

若以每2.5KM长度串入一个电容器补偿单元，每相输电线有四分裂导线，其中一根导线为箝位导线1，其余3根导线均串入电容器组2。已知导线每公里的电抗值X_L≈0.38Ω，在设计中以单位长度中的容抗值Xc等于电抗X_L为平衡原则。

X_LΣ＝2.5KM×0.38Ω＝0.95Ω，由于Xc＝1/2πfc,取Xc＝XL_Σ＝0.95Ω则电容量 即若用31484UF电容器，可在2.5KM长单根导线实现电抗XL和容抗Xc的抵消平衡。

以此方案可以使电容器在线路均匀分布。若以四分裂导线的每根导线电流600A计算，每根每公里上导线产生的电压为300V/1KM,求取电容器上耐压值，若单只耐压值为110V，2.5KM(线路长度)×300×2(可靠系数)＝1500V(伏)电压值，已知单只电容器的交流耐压值为110V，为满足1500V，需串联的数量为1500V/110V＝13.6只，取14只电容器串联，选用黑金刚品牌型号NIPPOn-450V/6800UF的薄膜电容器，6800UF串联14只后形成的电容量为：6800/14＝485UF,3184/485＝6.5只，若以7只并联，单根线使用数14×7＝98只，为防止运行在L、C的谐振点附近，取6只并联，C＝2910UF(微法)。共计电容器14×6＝84只，以三相每相三根计算3×3×84＝756只，设备费756×200元＝15.2万元。以每2.5KM为1单元的重量：0.9Kg×756＝700Kg重量。造价为每公里约6万元。在实际工程实施中，由于14串联的电容器柱子长度0.2M×14＝2.8M，宜将其分成二段式安装，即以6只并联后，再7只串联，为一个小单元CD7，再以二个CD7串联起来，而形成在单根导线上串入2914UF(微法)，实际串补度2914/3352＝87％的水平。

实施方案二、

如以每间隔30公里，为一个单元接线，该线路的计算电抗为X_L＝0.38Ω×30＝11.4Ω,仍以导线电抗XL和电容器容抗Xc为抵消平衡，即X_L＝Xc为计算原则，该电容器组的额定电压为300V×2×30公里＝18000V(伏)，额定电流为600A，实际工程中将电容器安装在线路铁塔中，设置一个由绝缘子组成的安装平台，分A、B、C三相的三根导线分别串联接入，同时将等电位的箝位导线1衔接于每单元的首尾端(如图2所示)，经这样跨接后使电容器组承受的电压就大大降低，即可以不按线路上相间的线电压的电压等级设计电容器组的耐电压值了。这样使用箝位导线的安装连接方法，可以大大节省安装串联补偿电容器所需要投资。

具体实施例的经济分析：以输送100万千瓦电力能量计算，由四分裂导线送电，至100公里以外的地方，由导线电抗X_L所产生的无功损耗电量计算：由线路产生的电抗为每公里0.38Ω,则100公里为X_L＝38Ω，

每相电流：每根导线上流过电流I₁＝1154/4＝288A

无功损耗功率：S＝I²X_L＝288²×38Ω＝3151KVAR

无功损耗电量值Q＝ST＝3151×5000小时＝1575万度(VAR)电量，以无功电量0.3元计算，无功电费W＝1575×0.3＝472万元

若是三相，4根线，一年损耗电量为3×4×472＝5670万元，损耗值十分惊人。

本发明在实施中，要求电容器组耐压值18KV，电容器容量为280UF(微法)，选用电容器组型号：BFM12/2KV-500KVAR-1W户外型每单台耐压为6KV，该单台电容器容抗为单台电容器容量值为 电力电容器制造厂家为西安电力电容器厂，或者是桂林电力电容器厂。单只电容器先串联3只后，可满足耐压值6KV×3＝18KV，三只电容器串联后的电容量为44/3＝14.7UF，280UF/14.7＝19只，再并联19只，共计57只/1根导线上串联形成基本单元的电容器组2，再在电容器组2两端并联一个过电压氧化锌避雷器6。3根导线三相共计3×3×57＝513只，造价：单只电容器价格600元，513只×6000元＝3078万元，每公里造价307.8/30＝10万元/每公里。作为电容器过电压时的安全保护，避雷器先用磁吹式或者压敏电阻，型号为：FCD-20KV。

本方案设计中以电容器容抗Xc等值于线路电抗X_L设计，但在实际工程中为避免谐振因素，取Xc＝0.95X_L而设定的量值。

本发明通过串联电容器组并设箝位导线的方法，不但节约了投资，且补偿度可高达85％～95％，接近了无损输电的目标，同时该等电位方式的箝位导线可以吸收无功电压的能量，抑制过电压的危险。

由于考虑了全线电容器的均匀分布，尽量缩短电容器安装分布，若以1～5公里或10～50公里间隔，使由导线电流所产生的二次感生磁势所引起的，线路中的寄生电流的损耗值得以减少，增加了输电效率。

考虑到常规电容器的寿命在10～15年，可能在运行15年后，电容器需要更换，但其节约的经费已经足够了。本发明串补电容器造价约为10万元人民币/1公里，以500公里计算，造价5000万元，比现有技术的集中串补约5亿元的投资相比，本发明大大节约的成本，且送电功率会更大。

Claims (6)

1.一种安装在架空输电线路上的串联电容补偿装置，该装置安装于架空交流高压输电线路上，A、B、C三相交流高压输电线的每一相均具有若干根导线，其特征在于：沿送电线路每隔设定距离、在每一相输电线中串联入一个电容器补偿单元，该电容器补偿单元包括该相输电线中的1～3根导线保留原状作为等电位电压的箝位导线(1)，以及在余下的每根导线中串联入电容器组(2)，每个电容器补偿单元的首末端通过连接导线(4)电气连接。

2.根据权利要求1所述的串联电容补偿装置，其特征在于：所述电容器补偿单元安装在设定的两个经绝缘改装的悬垂线夹(7)之间，各导线之间通过间隔棒(5)隔开，导线与悬垂线夹(7)和间隔棒(5)的接触处均用绝缘套垫(3)隔离绝缘。

3.根据权利要求2所述的串联电容补偿装置，其特征在于：所述设定距离为1～5公里或10～50公里。

4.根据权利要求2所述的串联电容补偿装置，其特征在于：所述电容器补偿单元有四分裂其中一根为箝位导线(1)、六分裂其中二根为箝位导线(1)或八分裂其中三根为箝位导线(1)。

5.根据权利要求1或2所述的串联电容补偿装置，其特征在于：所述电容器补偿单元的两端以并联的方式加装过电压保护的避雷器(6)。

6.根据权利要求2所述的串联电容补偿装置，其特征在于：所述绝缘套垫(3)采用硅橡胶材料或氟硅橡胶材料。