使用可控纵向容性补偿技术

在实际中，并没有采用均匀分布的容性补偿方式，因为它需要建造大量补偿装置的安装点。因此，实际上只是分布在线路一个或者2～3个点上的补偿被应用，在这些点上安装有足够大功率的电容器组，以此实现线路的串联（纵向）容性补偿。

通常安装纵向补偿装置是复杂的工程问题，它们分布在中间变电站或者开关站上。纵向补偿装置的数量、单个安装功率和布置地点，应当根据技术经济比较来确定。

补偿线路的重要特性是对线路感抗的补偿程度，补偿度是串联于线路上的总容性电抗和线路全电抗的关系：

必要的补偿度是在系统联络线稳定性、继电保护工作条件、输电线路允许的传输效率、技术经济指标等计算的基础上确定的，通常取k_к≤0.5。更高的补偿度在理论上是可行的，但是这将引起电容器上很大的电压升高。

安装一个距离线路中心点较近的纵向补偿装置，可以维持线路适当的补偿度（k_к=0.2～0.3）当k_х≥0.5时，由于电容器组端的电压升高，要合理地分散纵向补偿装置，并将其分布在两个或者更多的变电站中。可能的纵向补偿装置连接示意图如图8.8所示。

在图8.8a上显示了纵向补偿装置设置在每个分段中心的示意图。可以发现，其优

图8.8 输电线路上可能的纵向补偿装置布置示意图

a）在每一个分段的中心 b）纵向补偿装置分布于每个分段上 c）每个分段的纵向补偿装置都布置在中间变电站上 d）对输电线路的所有分段在中间变电站上装设组合纵向补偿装置 e）组合纵向补偿装置可能的接线方式

点在于整个线路的补偿度在断开任何一个分段时不变。缺点是，断开任何一个分段时，仍在工作的线路回路电流加倍，使得必须按照加倍的工作电流选择纵向补偿装置的功率，造成在额定状态下这个功率没有被充分利用。

如图8.8b、c所示的示意图具有如下缺点，必须按照双倍的工作电流选择纵向补偿装置的安装功率。这些接线方式只是在kк≥0.5、且以降低纵向补偿装置输出端电压和更加均匀地分布沿线电压为目的时，才能被合理地使用。

计算表明，当纵向补偿装置之间的距离等于1/3线路长度时，才能达到电压的最优分布和线路等值二端口网络最小的参数Bэ值（见图8.8b）。但是这需要建造按照上述距离分布的开关站，从而增加了输电线路的投资成本，然而这种方案有时候也是被使用的。与这种接线方式大致相同，伊泰普输电线路（巴西）由三回交流765kV线路构成，分段的长度分别为332km、266km和304km。

当输电线路只有一个分布在线路中心点附近的中间变电站时，可以使用如图8.8c所示的接线方式。其中，纵向补偿装置被连接到每个分段的末端，结果是其可以布置在变电站中，作为此输电线路的一部分。

当纵向补偿装置如图8.8d布置时，排除了以前接线方式所具有的缺点。此时，由传输功率所决定的电流总是流经纵向补偿装置，而不依赖于每个分段所投入的回路数量。但当阻抗xк不变时，断开任何一个分段上的一个回路，整个线路的补偿度将减小。这个缺点可以根据逐步增加xк来弥补。

图8.8e所描述的接线方式具有这种可能性，在此图上纵向补偿装置由三节组成。其中，每一节均通过本身的开关（B₁、B₂、B₃）连接到线路上。除此之外，还有分流开关ⅢВ，这是为了在事故状态下分流纵向补偿装置而安装的。通过改变所连接的节数，可以改变xк。这样的接线方式在最初的500kV输电线路中被使用过，现在采用其他方法来改变纵向补偿装置的阻抗（第9章）。

串联于线路的电容器组，补偿了线路部分的电抗，具体取决于补偿度。因此，线路的长度可以被简化为量l_к（按照电抗），其中l_к为被补偿分段的长度。但是，这个分段的横向电纳等于

其中，λ_к=β₀l_к仍旧是无补偿的。因为这个电纳是处于线路电压下的，将产生过剩的无功功率，并没有补偿线路的电抗损失，从而导致纵向补偿装置输出端的电压升高。

如果在纵向补偿装置的输出端连接有电抗器，其导纳为

那么过剩的电纳将同样可以被补偿，并且长度为λк的线路分段、当忽略电阻后正好在“电气”上消失。因此，相对于无补偿线路，相同地理长度的补偿线路波长较小，自然地具有较大的输电能力。

但是，具有如上所述电纳的电抗器投入并没有避免纵向补偿装置输出端电压升高的问题。这是因为纵向补偿装置的电容器组在线路电流的作用下产生的无功功率

Q_УПК=3I²x_к （8.21）可能是非常大的。

当纵向补偿装置布置在线路的中心点时，这个无功功率由纵向补偿装置沿线路向不同的方向、以不同的份额流动，从而引起了纵向补偿装置输出端电压的额外升高。这就迫使增加电抗器的导纳，以使得纵向补偿装置的电压不超过允许值。由于并联电抗器的投入，导致了线路的等值二端口网络参数B_э增加，以及线路的输电能力降低。为了保证给定的补偿度，必须改变x_к值。

在保持给定补偿度的同时，纵向补偿装置输出端电抗器功率的选择要单独进行，并且是非常复杂的问题，只能针对具体的输电线路近似解决。在解决这个问题时，必须考虑很多因素：纵向补偿装置的装设地点、邻接系统的等值阻抗、导线的电阻等。(www.xing528.com)

在具有纵向补偿装置时线路的输电能力提高，可以以纵向补偿装置输出端电压相位的反向突变来解释。有功功率经过电抗传输只能是由超前电压相量流向滞后的电压相量，而经过电纳传输时是由滞后的电压相量向超前的电压相量流动。纵向补偿装置上电压相位的突变如图8.9所示。这个突变的结果是，线路两端电压和之间的相角差减小到Δδ。因此，按照互联系统稳定性、允许的传输效率或者其他条件要求，传输功率可以一直增加到最大允许值。

图8.9 具有纵向补偿装置的线路相量图

a）线路示意图 b）线路的电压相量图 c）纵向补偿装置电压和电流相量图

纵向补偿装置的结构。作为纵向补偿装置值成部分的电容器组，是由单个电容器组合而成的，其数量和接线方式取决于线路长期的相电流以及给定的电纳值xк。

图8.10 纵向补偿装置电容器连接图

通常对于纵向补偿装置，使用的是专门制造的电容器组，其具有较高的电流和电压过载能力。单个电容器具有额定电流I_конд，阻抗x_конд和电压U_конд。因为单个电容器的电流比线路的长期相电流小，而其电压和阻抗比需要值小很多，那么就应该采用电容器串并联的方式。每相的电容器组由几个并联的串联电容器链组成（见图8.10）。

回路数m和每个回路中的串联电容器数n取决于下列关系式：

m=I_ф/I_конд

x_ц=nx_конд

x_к=x_ц/m

n=m （x_к/x_конд） （8.22）

其中 x_ц——单个电容器回路的电抗；

x_к——纵向补偿装置的总电抗。

在工作状态下单个电容器上的电压，不应该比电容器的额定电压高，可以由下式得到

对于整个三相纵向补偿装置，电容器组的安装功率为

Q_уст=3mnQ_конд （8.24）

并联分支的数量和串联电容器的数量取决于所使用的电容器参数。在俄罗斯，纵向补偿装置的建造实际表明，每相每个回路的并联分支数量可能是10～20，而串联电容器的数量是80～140，这与补偿度、传输功率和线路的长度有关。500kV双回输电线路纵向补偿装置电容器的总数可以达到8～10千个。

电容器应该与大地绝缘，并且保证相间绝缘。在此可以使用两种形式的绝缘：支撑式的和悬挂式的。在使用支撑绝缘子时，装设电容器的金属平台被安装在相应电压等级的支撑绝缘子上，而相间绝缘根据相间的空气间距来保证。在国外，在建造所有电压等级（765kV以下的）的纵向补偿装置时均使用支撑绝缘子。在俄罗斯，500kV线路使用的是悬挂式绝缘子。此时，带绝缘子的电容器平台被悬挂在双柱式的绝缘子串上。

为了防止线路短路时的过电压和操作过电压，电容器保护是必须要考虑的。以此为目的，平台上的电容器同样被安装在支撑绝缘子上。除此之外，整个纵向补偿装置和各个电容器组都应装设避雷器和过电压限制器。

对于双回线路，整个纵向补偿装置的外形尺寸很大。例如，500kV布拉茨克—伊尔库茨克线路纵向补偿装置占地面积为170m×170m。

上面分析了直接与线路有关的提高输电能力的方法：提高额定电压、改变线路结构、采用补偿装置。需要特别指出，提高线路输电能力的方法，还包括采用现代的同步发电机励磁系统和自动励磁控制系统（АРВ），以及使用现代的继电保护装置和预防事故的自动装置等。它们能够提高电力系统的稳定性，也能提高线路的输电能力。但这些都是独立的课题，超出了本教材的范围。