(摘　要)本文介绍了近年来国外在高压输电线上装置串联电容器和静止无功补偿器的原理， 方法和应用实例。其技术效果是提高输电线的输电能力、运行稳定度， 其经济效果是节省投资，减少线损， 节约运行费．这些补偿措施对于工业企业也有借鉴价值．
　　
　　一、序言
　　近年来由于工业化进程的加快．对电力的需求不新增长。人们兴建了许多廉价的电站，例如水电站、矿口电站、核电站，这些电站都远离用电中心(特大弼沛 和工业中心)。于是长距离高压输电线路建设起来了，它把廉价的电力送往用电中心：葛洲坝的水电经过1000多公里的输电线送往上海，加拿大的水电经过300多公里的输电线送往纽约，菲尼克斯市附近的巴罗核电经过300多公里的输电线送往圣地亚哥。但是用电中心对电力的需求有增无减，另建新线以满J己这种需求不但建设周期长，而且受征用架线用地的限制。近年来，国外在输电网中装置串联电容器和隶争止无功补偿器以提高其输电能力，避免了另建新线．较好地解决了用电供需矛盾，同时也减少了输电损失．降低了输电成本。经验表明．用静止无功补偿器恰当地供给和控制输电网络的无功伏安有以下明显的经济和技术效果：(1)产生和吸收无功伏安的建设费很少；‘2)输电系统的损耗最小；L3)发电站的利用最佳．可推迟扩建工程；(4)系统的运行稳定度提高；(5)能维持适当的供电质量；(6)能控制系统的过电压。因此，目前这一新技术引起了世界各国输电工程师的极大兴趣．正在不断发展完善中。本文将对无功补偿的原理、方法和应用作一简明扼要的介绍。
　　
　　二、无功补偿的原理和方法
　　输电网络中．负载不但需求功率．而且也要无功捎耗．电网本身包含电感元件和电容元件．它要吸收或产生无功功率。功率只在电网的特定点以受控的方式产生(发电站)和消费(用户1，而无功功率在整个
　　

　　电网以可观的数量被产生和消费．并且随电网的结构和负载情况而变化．
　　电网具有显著的串联惑抗和较小的并联容抗．其电路可用一耳形网络代表．如图l所示。负载大时．输电线串联电抗x上的电压降很大．使受端电压uj偏低，降低电网运行的稳定度；负载轻或丢掉负载时。电容器的充电电流会使受端电压升高．产生过电压．损坏用电设备(图2)。输电线传输的最大功率除受导线发热限制外．还受线路串联电抗X在受电端引起压降的限
　　

　　制。容易证明，传输功率
,最大传输功率
.式中u 为送端电压，u 为受端电压．O为Us和u 电压相量之间的相角差．为了减少系统损耗和充分利用系统容量．传统的做法是在受电端建设一座发电站或同步补偿机站B．就近供给负载及电网所需的无功伏安．同时调节受端电压。运行实践证明，这种结构的电网往往运行不稳定。例如电网瞬时短路，uo．靠近故障点的发电机B的输出大减，因而其转速增加；与此同时．远离故障点的发电机A的输出减少不多，其转速增加不多。其结果是这两台发电机的电势相位差加大． 如果故障持续时间稍长，例如1秒以上，电势相位差大于9O’，系统将发生失步。
　　输电网络中装置静止无功补偿器(Static Vats Compcnsalors，简称SVC)S后(图1)，在电网电压受到扰动时．SVC能及时(~O．-Soms)提供适当韵无功伏安，保持电压基本不变．使现代继电器和断路器有足够的时间清除故障，因而提高了系统的运行稳定度。此外，在正常运行时由于SVC稳定了u ，因 而也提高了输电线的最大传输功率；由于SVC本身损耗比同步补偿机的损耗小，故有取代同步补偿机的趋势。
　　svc~,3~要元件是产生无功伏安的电容器和吸收无功伏安的电感器。由于电网无功伏安是连续变化的，所以这两种元件都是必需的．而且有一个必须是连续可调的。输电系统中第一台SVC装于I967年，l969年接着装了第二台。在7O年代，工业企业中已装置了许多SVC。1978年第一台晶闸管控制的电抗器投入输电系统中使用。此后sVC在输电系统中的应用急剧增长，一方面是电力公司面临高昂的电费，急需把输电损耗减至最少；另一方面是工业化对电能的需求不断增加而又反对建造新线，反对建线征用土地，鼓励利用现有线路传输最大可能的电力。从提高输电线传输最大可能啻g功率来说，在输电线上分段串八电容器和并联SVC都可达到目的，但是两者达到的方式是不同的。
　　把串联电容器分段串八输电线，就会改变输电线的电抗特性，因为串联容抗部分地抵消了线路的固有感抗，使线路的串联电抗x减少，线路显得短些(图3)。这样，线路的最大传输功率Pm 提高了，最大可能传输的功率也就提高了．但是，加进输电线的容
　　

　　抗．使线路显得短些，它必须用火花隙和断路器保护抗不能太大，通常是固有感抗的5O一7O 。如果补偿太多，容易发生谐振，使线路运行不稳定。串联电容器补偿了部分线路感抗，从而减少了线路的无功消耗．减少了线路的电压调整率．相应地减少了并联SVC所需容量。
　　串联电容器的保护问题使它的使用复杂一些。当事故发生时，通过电容器的故障电流可以在电容器上产生破坏性的高电压，因而必须立刻短路掉。按照传统拘办法用继电接触器和断路器提供这种保护是不行的，因为它们的短路动作不够快：要用火花隙或氧化锌避雷器在断路器动作前把破坏性电压释放掉才能凑效。
　　把SVC并联接八输电线就是把长输电线分成几段短输电线，在分段点上装置SVC， 自动维持补偿沾上的电压不变。如果把sVc装在线路的中点上以维持中点的电压不变(图41，就是把长输电线分成了两段，电抗减半，允许传输的P 。 增加一倍，对应的功率角增为180‘。但是由于实际的sVc补偿延时(2o一50ms)，允许的P卅。 和临界功率角比理想情况下的豁要小些。
　　

　　目前大电流晶闸管的额定电压较低，一般是sky．最近西德生产出9kV的。售品晶闸管组件的额定电压可达40kV，是由许多相同的元件串联叠装而成 ．考虑到串联元件间的电压分布不均匀，串联晶闸管的电压只能用单只额定电压一半以下。组件串联使用时还要R-C串联网络以均衡各组件的电压。单只晶闸管的电流可达4kA．电抗器的最大电流可做成4kA，因此没有必要把晶闸管并联使用，这就避免了以前并联使用出现的闻题。
　　控制电容器接通的晶闸管还有一些特殊现象必须考虑。通过晶闸管的电容电流到零停止导通时，除非重新触发，电容器就保持它充足时峰值电压，而在半周后电源电压以相反极性 到峰值，这就在不导通的晶闸管上加双倍峰值电压。所以，控制电容器的晶闸管的数目必须增加近乎一倍。此外，电容器充电的冲击电流很大，为了避免它，选择在电源电压过最大值时(即dlu／dt=O)触发晶闸管。实际上配合不那么准确，冲击电流是难免的，所以一般在电容器组上串联一只小电感器以限制冲击电流(见图5)。电力系统的负载是不断变化的，但负载变化又是有规律的。从大型变电站的日负载曲线看出，负载的大量变化进行得很慢，一一股要经历几十分钟。正常情况下，变化很快的负载只占总负载的很小部分，它并不影响总负载曲线的形状。基于这个理由，SVC没有必要全部采用晶闸管控制(切换时间20-50ms)，可以部分采用机械开关控制，部分采用晶闸管控制，因为后者的设备费比前者的贵得多。
　　目前长距离输电的电压一般是400-500kV，北美和南美一些国家以 苏联有75okv~9线路。把SVC直接接到这些线路上，技术上是不可能的，经济上也是不合算的。SVC设计标准是通过变压器把晶闸管控制的SVC接到线路上(图5)。
　　
　　三、应用实例
　　1．马西山甫的300多公里、345kV的输电线把加拿大的水电送到纽约市地区。为了调节电压，在靠近线路中点的里兹和弗拉热尔变电站各装置了一套SV ca里兹变电站晶闸管控制的电抗器和电容器的单线图如图5所示。三台单相变压器把电压降到24kV以
　　

　　减少晶闸管的费用。电容器组中串联了小电感器以抑制切换时的暂态电流。两台滤波器用来补偿晶闸管产生的谐波，同时提供3O兆乏的固定补偿。总的补偿范围是从一33O E乏(感性)到+270Jr乏(容性)。图中未画出控制电路和触发电路。因为在不同的时间可能出现欠电压和过电压，所以串联电容器不能提供所需的控制。
　　2．1985年1O月以来，美国圣地亚哥天然气及电力公司在西南电力公司的500kV的联网站上已经运行了两台串联电容器组。该联网站把亚里桑那州菲尼克斯市附近的巴罗核电送往圣地亚哥市地区，全长300多公里。每台额定容量为l5O E乏的两台串联电容器目前只提供5O％的线路补偿，留有空地准备再装串联电容器把补偿提高N7o％。最终目标是把现有线路的输电能力从原来的700兆瓦提高到1000~瓦，提高输电能力43％。
　　这是一个通过无功补偿提高现有输电线输电能力的好例子。串联电容器由瑞典ABB电力系统设备公司提供，从签定合同到投入运行只花了14个月的时间，说明建设速度很快。过电压保护已用氧化锌变阻器代替了火花隙。
　　3.在堪萨斯州韦奇托地区的138kV电网上装置了500兆乏 SVC，使该地区的电力得到可靠供应。韦奇托地区的电力是由两百公里以外的狼溪核电站和其他大型发电站供应的。有一路345kV供电线突然断电时，SVC保证了韦奇托地区的电压稳定。svc~9使用效果，使得堪萨斯天然气及电力公司关闭了当地的天然气发电和燃油发电。 ．
　　注意在本例中，虽然牵涉到高压长输电线，但是用串联电容器不能解决问题。因为如有一路345kV线路断电，电力就由其他的输电线路送到韦奇托，而这些线路是不能预定的，也可能不属于堪萨斯天然气及电力公司的线路。这样一来就需要在许多线路上装串联电容器组，要确定最佳的装置位置是困难的，不可能的。
　　在1986年装~tsvc以前．堪萨斯天然气及电力公司被迫在韦奇托运转大型燃气发电机，为的是供应无功伏安以稳定发生事故时的电压，装了SVC后，仅矿物燃料的节约在两年内就可偿付SVC的装置费。在许多应用中，同步补偿机(无功发电机)巳被sVc所取代，因为同步补偿机与SVC相比有下列一些缺点：响应速度较低，典型的是0•2S； 运行损耗大，运行费高；它有惯性，能引起小振荡或丧失稳定度；维护费高；投资大；建设周期长等。因为供电线路多，发生事故的地点多，所以堪萨斯天然气及电力公司把5oo~t伏安的SVC分成两纽，200兆乏的一组装在韦奇托西南的吉尔变电所，300~t乏的一组装在韦奇托西北的埃凡斯变电所。该设备是由ABB电力系统设备公司提供的。
　　4．SVC在欧洲各国也在推广使用。例如跨越英吉利海峡~2000MW高压直流输电线英国端连接400kV交流电网的连接站上就装了SVC以稳定400kV交流电压，并改善波形。我国三峡电站拟议中要把6000MW的电力送往华东，拟选用590kV交流输电， 串联电容器补偿。
　　目前这一技术正在大量推广并日益完善。改善电容器本身质量是一个方面，改善其附属设备的性能是另一个方面。据文献报导，这两方面都取得了可喜的成就。