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1 无功补偿1

1.1 概述1

1.2 输电线路的补偿2

1.2.1 用并联补偿控制自然功率3

1.2.2 用串联补偿控制自然功率4

1.2.3 补偿提供的无功功率5

1.2.3.1 并联补偿线路5

1.2.3.2 串联补偿线路6

1.3 加强暂态稳定性7

1.3.1 未补偿系统7

1.3.2 有并联补偿的系统9

1.3.3 串联补偿系统10

1.4 本书概要12

参考文献13

2 长距离输电线路15

2.1 概述15

2.2 传输线方程15

2.2.1 有限长线路17

2.2.2 线路终端接特性阻抗18

2.2.3 线路终端接任意负载20

2.2.4 波阻抗负载20

2.2.5 无损输电线23

2.2.6 1/4波长线路25

2.2.7 受端有功和无功功率26

2.3 离散补偿27

2.4 等值波阻抗负载28

2.5 串联补偿的极限29

2.5.1 最优传输功率29

2.5.2 经济优化33

参考文献34

3 串联补偿对稳定的影响36

3.1 概述36

3.2 暂态稳定性的提高36

3.2.1 稳定性与电抗的关系36

3.2.2 稳定测试系统37

3.2.2.1 大型发达电网的测试系统37

3.2.2.2 代表发展中国家电网的测试系统40

3.2.3 设计规范40

3.3 1号测试系统的工况研究42

3.3.1 1号测试系统的稳定试验42

3.3.1.1 工况1：无补偿1号测试系统的试验43

3.3.1.2 工况2：线路A、B、C带50％串补45

3.3.1.3 工况3：50％串补并在母线7加SVC45

3.3.1.4 工况4：线路A、B、C补偿70％，无SVC46

3.3.2 1号测试系统：从区域2向区域3输送功率47

3.3.2.1 工况5：补偿需求试验47

3.3.2.2 从区域2向区域3输送功率的结论48

3.3.3 1号测试系统：从区域3向区域2输送功率49

3.3.3.1 工况6：补偿需求试验50

3.3.3.2 从区域3向区域2输送功率的结论52

3.3.3.3 工况7：串联补偿度的影响53

3.3.4 1号测试系统的暂态电压问题55

3.3.4.1 工况8：孤立负荷的电压崩溃55

3.3.4.2 工况9：系统负担过度引起的电压崩溃58

3.3.4.3 工况10：另一种电压崩溃的工况58

3.4 2号测试系统的工况研究60

3.4.1 2号测试系统：从区域2向区域3输送功率60

3.4.2 2号测试系统：从区域3向区域2输送功率61

3.4.3 2号测试系统：暂态电压问题62

3.4.4 2号测试系统的结论63

3.5 3号测试系统的工况研究63

3.6 改善静态稳定64

3.6.1 静态稳定的定义65

3.6.2 电力系统的线性模型65

3.6.3 1号测试系统的特征值分析70

3.7 小结70

参考文献71

4 串联补偿的稳态影响72

4.1 概述72

4.2 串联电容器的位置72

4.2.1 串联电容器的有效性73

4.2.1.1 带一个串联电容器组的线路73

4.2.1.2 带两组电容器的线路74

4.2.2 并联无功补偿77

4.2.2.1 并联无功补偿容量77

4.2.2.2 并联电抗器的位置78

4.2.3 电压分布控制79

4.2.3.1 基于线路波阻抗的负载79

4.2.3.2 线路端部加电容器，母线侧加电抗器80

4.2.3.3 线路终端加串联电容器，线路侧加电抗器83

4.2.3.4 串联电容器位于线路中央83

4.2.3.5 串联电容器位于线路1/3长度处85

4.2.4 电容器位置对效率的影响86

4.2.5 电容器位置对可靠性的影响88

4.3 负荷分担控制89

4.3.1 负荷分担控制的实例89

4.3.2 最低损耗原则90

4.4 电压崩溃92

4.4.1 模分析方法93

4.4.2 1号试验系统的模分析94

4.5 不平衡线路阻抗97

4.5.1 换位98

4.5.1.1 情况（a），不换位98

4.5.1.2 情况（b），完全换位99

4.5.1.3 情况（c），不完全换位100

4.5.2 对称分量变换100

4.5.3 串补的影响101

4.6 稳态影响小结103

参考文献103

5 串联补偿输电线路的继电保护103

5.1 概述105

5.2 输电线路保护原理105

5.2.1 过电流保护105

5.2.2 距离保护106

5.2.3 纵联保护107

5.3 串补对系统的影响109

5.3.1 故障线路的保护变量110

5.3.1.1 串联电容器装设在线路两端110

5.3.1.2 串联电容器装设在其他位置115

5.3.2 串联电容器旁路的影响116

5.3.2.1 限压器特性117

5.3.2.2 限压器基频模型117

5.3.2.3 考虑限压器影响的保护量120

5.3.3 系统参数的影响123

5.3.3.1 提高外部阻抗的影响124

5.3.3.2 提高电源阻抗的影响126

5.3.3.3 提高故障阻抗的影响126

5.4 串补引起的继电保护问题128

5.4.1 暂态现象的影响128

5.4.2 相间阻抗不平衡的影响130

5.4.3 次同步谐振的影响130

5.4.4 电压和电流反向131

5.4.4.1 位于线路中间的串补131

5.4.4.2 位于线路端部的串补136

5.4.4.3 复阻抗观察小结137

5.4.4.4 电压和电流反向对继电保护的影响138

5.4.5 低频暂态产生的问题138

5.4.6 互感带来的问题139

5.5 单元保护系统140

5.5.1 电流相位比较141

5.5.2 纵联差动保护144

5.6 非单元保护系统144

5.6.1 混合允许式系统144

5.6.2 距离保护146

5.6.2.1 距离保护的问题147

5.6.2.2 允许式欠到达系统148

5.6.2.3 允许式超到达系统149

5.6.2.4 广义故障判据150

5.6.3 方向比较行波保护151

5.6.4 方向过电流保护153

5.7 线路保护经验153

5.7.1 暂态现象对保护的影响154

5.7.2 相间阻抗不平衡的影响154

5.7.3 电压和电流方向的影响154

5.7.4 故障定位器误差的影响154

5.7.5 互感器误差的影响154

5.7.6 输电线路的自动重合闸154

5.7.7 继电保护系统研究的要求154

5.7.8 线路保护的一般经验155

参考文献155

6 次同步谐振158

6.1 概述158

6.2 SSR问题162

6.2.1 筛选研究163

6.2.2 准确研究164

6.2.3 SSR过渡性保护策略164

6.2.4 试验164

6.2.5 对策要求164

6.3 SSR分析164

6.3.1 频率扫描165

6.3.2 特征值分析166

6.3.3 EMTP分析167

6.3.3.1 系统表示方式167

6.3.3.2 电机表示方式167

6.3.3.3 扭矩放大的关键变量168

6.3.3.4 用EMTP计算疲劳寿命消耗170

6.3.4 SSR分析用的数据172

6.3.4.1 系统数据172

6.3.4.2 汽轮发电机组数据173

6.3.5 SSR分析的例子175

6.3.5.1 数据准备175

6.3.5.2 频率扫描结果176

6.3.5.3 扭矩互作用（TI）产生的负阻尼177

6.4 SSR预防措施的选择178

6.4.1 可接受风险率178

6.4.2 SSR预防措施类型179

6.4.2.1 切机型SSR预防措施179

6.4.2.2 非切机型SSR预防措施179

6.4.2.3 原理性预防措施182

6.4.3 预防措施选择导则186

6.4.3.1 一般原则186

6.4.3.2 具体导则186

6.5 继电器用作SSR预防措施188

6.5.1 可靠性189

6.5.2 继电器电路接线189

6.5.3 继电保护189

6.6 疲劳损坏及监视190

6.6.1 疲劳损坏的定义190

6.6.2 疲劳损坏的讨论191

6.6.3 轴扭矩监视191

6.7 SSR试验191

6.7.1 扭矩模频率试验191

6.7.2 模阻尼试验192

6.7.3 预防措施试验194

6.8 小结194

参考文献195

7 辐射状线路的串联补偿199

7.1 概述199

7.2 辐射状线路分析199

7.2.1 串联电容器额定值202

7.2.2 补偿线路的电压分布205

7.2.3 辐射状线路上串联电容器的位置206

7.2.4 补偿造成的故障电流加大207

7.3 灯光闪变208

7.3.1 闪变感受测量208

7.3.2 闪变强度估价210

7.3.3 闪变幅值的分析估计211

7.3.3.1 规律性变化的负荷211

7.3.3.2 电弧炉负荷212

7.3.3.3 模拟法212

7.3.3.4 近似法212

7.3.4 闪变论述的小结213

7.4 辐射状补偿的应用213

7.4.1 电动机负荷214

7.4.1.1 电动机启动214

7.4.1.2 电动机循环负荷216

7.4.2 电焊机216

7.4.2.1 电阻焊216

7.4.2.2 电弧焊216

7.4.2.3 电焊机电源217

7.4.2.4 电焊机的闪变测量217

7.4.3 矿山负荷218

7.4.4 其他应用情况218

7.4.4.1 破碎机电动机218

7.4.4.2 轧制机218

7.4.4.3 锯木厂219

7.4.4.4 农村线路219

7.5 运行中的问题219

7.5.1 感应电机自激219

7.5.2 电动机摆动222

7.5.3 变压器铁磁谐振224

7.6 串联电容器组设备225

7.6.1 电容器组227

7.6.1.1 失掉一个单元的情况228

7.6.1.2 一组失去两个单元229

7.6.1.3 失去的两个单元不在同一组230

7.6.1.4 关于单元失效的结论231

7.6.1.5 对电容器组设计的说明232

7.6.2 旁路设备232

7.6.3 旁路开关233

7.6.4 放电电流限制装置233

7.6.5 涌流旁路装置234

7.6.6 主控制234

7.6.7 串联电容器设备的结论234

7.7 电缆回路234

7.8 电业部门的经验235

参考文献236

8 串联电容器的研究、试验及维护8.1 概述239

8.2 系统研究239

8.2.1 每相容抗（XN）240

8.2.2 串联电容器位置241

8.2.3 串联电容器额定电流（IN）241

8.2.4 最大事故电流（IEM）242

8.2.5 短时补偿243

8.2.5.1 短时并联电容器243

8.2.5.2 短时串联补偿243

8.2.6 最大暂态电流（ITR）244

8.2.7 最大故障电流245

8.2.8 保护水平（ULIM）246

8.2.9 限压器通流能力要求251

8.2.9.1 内部故障的正常切除——无旁路动作251

8.2.9.2 外部故障的正常清除253

8.2.9.3 其他问题254

8.3 暂态恢复电压255

8.3.1 TRV简述255

8.3.2 带串联电容器时的TRV257

8.3.3 TRV和RRRV计算257

8.3.4 用EMTP得到的TRV和RRRV259

8.3.5 降低由串联电容器引起的TRV261

8.3.5.1 分闸电阻261

8.3.5.2 用限压器旁路电容器作为TRV对策261

8.3.5.3 旁路串联电容器作为TRV对策261

8.3.5.4 限压器作为TRV对策262

8.3.6 延时过零262

8.3.7 串联电容器对TRV影响的小结262

8.4 串联电容器试验263

8.4.1 厂家试验263

8.4.2 现场试验263

8.4.2.1 充电前试验263

8.4.2.2 带电后试验264

8.4.2.3 现场试验的准确性和安全265

8.4.2.4 通信设备要求266

8.4.2.5 仪器设备267

8.4.2.6 试验控制267

8.4.2.7 缆线267

8.4.2.8 系统条件概述267

8.4.2.9 初始要求268

8.4.2.10 试验文件268

8.4.3 现场试验测量268

8.4.3.1 典型现场试验布置268

8.4.3.2 典型现场试验仪器268

8.4.3.3 典型现场试验测量268

8.5 串联电容器运行269

8.5.1 串联电容器装置接入269

8.5.2 串联电容器装置退出271

8.5.3 串联电容器正常运行271

8.6 串联电容器维护272

8.6.1 维护核查单272

8.6.2 得到报警后应采取的行动272

8.6.3 定期维护272

8.6.3.1 主回路和平台273

8.6.3.2 电容器273

8.6.3.3 火花间隙回路273

8.6.3.4 限流阻尼设备273

8.6.3.5 限压器273

8.6.3.6 旁路开关273

8.6.3.7 隔离开关和接地开关273

8.6.3.8 信号联络线273

8.6.3.9 仪用互感器／变换器273

8.6.3.10 继电保护和控制设备273

8.6.3.11 交流和直流辅助电源设备274

8.6.3.12 控制楼274

8.6.3.13 库房和场地274

8.6.4 带电设备的外观检查274

8.6.5 安全要求274

8.6.6 维护小评274

参考文献275

9 串联电容器组设计276

9.1 概述276

9.1.1 电业部门的任务278

9.1.2 厂家的任务278

9.2 串联电容器组的设计参数278

9.2.1 串联电容器组电抗值278

9.2.2 串联电容器组额定电流280

9.2.3 串联电容器组的电压额定值281

9.2.3.1 间隙过电压保护装置282

9.2.3.2 限压器过电压保护装置283

9.2.4 限压器通流要求283

9.2.5 绝缘要求284

9.2.5.1 相间和相对地过电压284

9.2.5.2 端子间过电压284

9.2.6 其他参数284

9.2.7 设计参数小结285

9.3 串联电容器旁路系统285

9.3.1 串联电容器旁路系统的要求285

9.3.1.1 过电压保护285

9.3.1.2 限压器容量限制286

9.3.1.3 串联电容器的投切需要287

9.3.1.4 放电电流的限制和阻尼287

9.3.1.5 旁路隔离开关287

9.3.1.6 间隙旁路系统的定义288

9.3.2 电容器旁路系统的说明288

9.3.2.1 火花间隙旁路系统289

9.3.2.2 限压器旁路系统289

9.3.2.3 可控串联电容器旁路系统290

9.3.3 旁路系统比较290

9.3.3.1 火花间隙旁路系统290

9.3.3.2 限压器旁路系统290

9.3.4 再接入要求291

9.4 电容器保护和控制292

9.4.1 基本保护292

9.4.1.1 电容器不平衡保护292

9.4.1.2 对平台闪络保护294

9.4.1.3 旁路间隙保护294

9.4.1.4 旁路开关失效保护294

9.4.1.5 线路电流监视294

9.4.2 限压器装置的其他保护294

9.4.2.1 限压器过载保护294

9.4.2.2 限压器失效保护294

9.4.3 可选项保护294

9.4.3.1 电容器过载保护294

9.4.3.2 次谐波保护294

9.5 平台通信及供电295

9.5.1 通信需求295

9.5.2 通信方法295

9.5.2.1 机械通信295

9.5.2.2 气动通信295

9.5.2.3 磁性通信295

9.5.2.4 光电通信295

9.5.3 平台电源的替代形式296

9.6 串联电容器过载能力296

9.6.1 过载定义296

9.6.2 电流过载能力297

9.6.3 串联电容器过载保护297

9.7 串联电容器位置298

9.7.1 几种可能的位置298

9.7.2 污秽影响299

9.7.3 高海拔影响299

9.7.4 对串联电容器设计的影响299

9.7.5 对辅助电源的影响299

9.8 机械设计和布局299

9.8.1 串联电容器的机械设计299

9.8.2 抗震要求300

9.8.2.1 抗震能力分析300

9.8.2.2 抗震能力试验300

9.8.2.3 地震频谱301

9.8.3 典型电容器组布局的面积要求302

9.9 电容器组设计实例304

9.9.1 电业部门提供的设计资料304

9.9.2 初步设计计算304

9.9.3 旁路系统设计选项306

9.9.4 限压器设计数据307

9.9.5 最终设计计算307

9.9.5.1 电容器设计参数308

9.9.5.2 限压器设计参数309

9.9.6 小结309

9.10 串联补偿的可靠性309

9.10.1 失效模式及影响分析310

9.10.2 故障树定性分析311

9.10.2.1 定义及边界条件312

9.10.2.2 故障树建立312

9.10.2.3 确认最小割集314

9.10.2.4 定性分析316

9.10.3 元件数据316

9.10.4 故障树定量分析316

9.10.4.1 最小割集分析317

9.10.4.2 不确定度分析317

9.10.4.3 重要性和敏感度分析317

9.10.4.4 与时间相关可靠性分析318

9.10.4.5 应用实例——小结与讨论320

9.10.5 电容器位置对可靠性的影响320

参考文献321

10 结论和将来发展趋势324

10.1 概述324

10.2 串补的效益324

10.2.1 系统运行效益325

10.2.1.1 优化输送功率325

10.2.1.2 改善稳定性325

10.2.1.3 实现长距离输电325

10.2.1.4 控制地磁感应电流326

10.2.2 经济效益326

10.2.3 串补的问题326

10.3 串联电容器装置327

10.3.1 装置统计327

10.3.2 运行经验328

10.3.2.1 串联补偿的可靠性328

10.3.2.2 串联补偿的发展历史329

10.4 输电的未来趋势329

10.4.1 改进系统控制330

10.4.1.1 机械投切串联电容器（MSSC）330

10.4.1.2 晶闸管投切串联电容器（TSSC）331

10.4.1.3 晶闸管控制串联电容器（TCSC）331

10.4.1.4 其他方案332

10.4.2 串联电容器控制的结论333

10.4.2.1 串联电容器控制的优越性333

10.4.2.2 纵向控制的挑战333

10.4.2.3 改进控制的性能效益334

10.4.2.4 改进控制的经济效益335

10.5 辐射状线路的发展趋势336

10.6 电力电子技术的发展趋势336

参考文献336

附录341

附录A 典型500kV输电线路341

A.1 线路串联阻抗341

A.2 线路对地导纳345

A.3 500kV“标准”线路347

A.3.1 杆塔设计347

A.3.2 正序电气特性参数347

A.3.2.1 正序总阻抗和总导纳348

A.3.2.2 正序标称Ⅱ形电路348

A.3.2.3 正序ABCD参数348

A.3.2.4 正序等值П形电路350

A.3.2.5 使用标称П形电路值的误差352

A.3.2.6 波阻抗负载352

A.3.2.7 双曲函数恒等式352

A.3.2.8 规格化353

A.3.3 零序电气特性参数353

A.3.4 线路额定值和运行极限353

A.4 相互耦合的线路354

A.4.1 自阻抗和互阻抗355

A.4.2 自导纳和互导纳356

参考文献357

附录B 测试系统数据358

B.1 1号和2号测试系统358

B.1.1 同步电机数据359

B.1.2 励磁系统数据360

B.1.3 汽轮机和调速器模型362

B.1.4 SVC模型363

B.1.5 1号和2号测试系统的网络数据364

B.2 3号测试系统364

B.2.1 3号测试系统支路数据365

B.2.2 3号测试系统负荷数据365

B.2.3 3号测试系统发电机数据366

B.2.4 3号测试系统励磁系统数据366

B.2.5 3号测试系统汽轮机调速器数据367

参考文献367

附录C 测试系统的故障等值数据368

C.1 1号测试系统368

C.2 2号测试系统369

附录D 用于SSR分析的系统数据371

D.1 发电机数据371

D.2 汽轮机—发电机轴系模型372

D.3 线路和串联电容器数据373

D.4 输电线路并联设备数据374

D.5 变压器数据375

D.6 负荷数据375

参考文献376

附录E 输电线路典型布置377