电力系统串联补偿PDF电子书下载

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SVC 45

3.3.1.4 工况4：线路A、B、C补偿70％，无SVC 46

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TRV 257

8.3.3 TRV和RRRV计算 257

8.3.4 用EMTP得到的TRV和RRRV 259

8.3.5 降低由串联电容器引起的TRV 261

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