王常沛

摘要：近年来，电力系统中出现了多种新型的无功静止补偿装置，它们与传统的无功静止补偿装置存在一些共同点，同时它们也具有自身的特性。从技术经济角度出发，对新型晶体管串联调压电容无功补偿装置(改进型CK-Y)与传统机械开关投切电容器组(MSC)进行分析比较。

关键词：机械开关投切电容器组(MSC)晶体管串联调压电容无功补偿装置(改进型CKY)技术经济性能比较

0引言

随着社会的进步和科学发展，用户和电力系统自身在提出稳定运行要求的同时，对电能的频率、电压和波形也提出了越来越高的质量要求。从技术经济的角度考虑，电力系统通常在线路末端并列无功静止补偿设备，以保证线路末端电压的质量。

各种无功静止补偿装置的作用都是通过改变自身阻抗的大小，与系统的阻抗相匹配，达到调节进线无功、接入点电压和维持功率因素的目的。同时，它还对电力系统的稳定状态和过滤过程发生作用，但其本身并不具备生产、传输和分配电能的功能。现在电力系统中有两种比较典型的无功静止补偿装置：一种是广泛使用的机械开关投切电容器组，简称MSC；另一种是近年来新型的晶体管串联调压电容无功补偿装置，简称改进型CKY。

1机械开关投切电容器组(MSC)的工作原理

机械开关投切电容器组是通过控制机械开关的合分投切电容器组，原理如图1。

Qc-电容器组的无功功率；QF-机械开关(每一组电容器用—个机械开关来控制其投切)；U-IO千伏母线或35千伏母线的电压；X0一电容器组的电抗；

Qc=U²/Xc……公式1

根据公式1可知，通过改变投入电力系统电容器组的数目，而改变电容器组的电抗Xc，使电容器组的无功功率发生变化，达到调节无功功率的目的，使被控母线的电压控制在规定范围内。当负荷增加时，系统电压降低，低于规定范围的下限值时，可以通过合上机械开关，增加电容器组的投入量，使电容器组的电抗Xc减小，使电容器输出的无功功率Qc增加，使被控母线的电压升高至规定范围内；反之，当负荷减少时，系统电压升高，高于规定范围的上限值时，可以通过断开机械开关，减少电容器组的投入量，使电容器组的电抗×。增加，使电容器输出的无功功率Qc减少，使被控母线的电压降低至规定范围内。

2晶体管串联调压电容无功补偿装置(改进型CKY)的工作原理

电容器安装在辅助变压器的副边绕组，它与晶体管开关组合是串联关系，原理如图2。

QF—高压开关；1—8：均为晶体管开关，如图3；U—辅助变压器原边绕组电压，也是110千伏(或220千伏)母线电压；Uc—电容器电压；E—辅助变压器副边绕组电势；W₃—辅助变压器副边固定绕组：W₃、W₃一辅助变压器副边调节绕组；K—辅助变压器副边绕组与原边绕组的匝数之比，小于1：

Uc=U-E=U-KU=U(1-K)……公式2

Qc=Uc²/Xc=U^2*(1-K)²/Xc……公式3

根据公式3可知，通过改变K来改变电容器上的电压Uc，从而达到调节无功的Qc目的。K的改变是通过晶体管开关组合来实现的，它可使辅助变压器副边调节绕组W₂、w₁正接、反接或不接入电路，使辅助变压器副边绕组的等效匝数改变，从而达到改变K。当负荷增加时，系统电压降低，低于规定范围的下限值时，可以减少辅助变压器副边绕组等效匝数，使K变小，使电容器输出的无功功率Qc增加，使被控母线的电压升高至规定范围内；反之，当负荷减少时，系统电压升高，高于规定范围的上限值时，可以增加辅助变压器副边绕组等效匝数，使K变大，使电容器输出的无功功率Qc降低，使被控母线的电压降低至规定范围内。

3改进型CKY与MSC的比较

机械开关投切电容器组(MSC)与晶体管串联调压电容无功补偿装置(改进型CKY)都属于无功静止补偿装置，都只能发出无功，而不能吸收无功，它们在技术经济方面都有自身的特点。

3.1改进型CKY与MSC的技术性能比较

3.1.1MSC的分级少，一组为一级，一般情况一个变电站下只有6—8组，所以它的单级容量大，不能满足调压精度要求，主变需要采用有载分接头开关与它配合调压，才能满足调压要求；改进型CKY辅助变压器副边调节绕组W₂、W₁可以正接、反接或不接入电路，它们与辅助变压器副边固定绕组w₃有多种组合方式，每一种组合方式都对应一个级，所以改进型CKY的分级多，它的单级容量小，能满足调压精度要求，主变可取消有载分接头开关，采用无载分接头开关代替。

3.1.2MSC切除后，不能立即再投入，因为电容器没有放电，若立刻投入可能引起很大的冲击电流，所以不具备调压快速性；MSC采用真空开关，一般是1年检修一次，开断1000次就需要检修，即真空开关平均每天只能开断3—5次，固不可频繁调节：改进CKY的晶体管开关可以频繁断合，并且它的换级时间很短，所以它可以快速频繁调节电压。

3.1.3事故后，MSC不具备调压快速性，它不能及时的投入足够的组数，所以它防止电压崩溃的能力差；改进型CKY具备调压快速性，它能在很短的时间内(1秒内)，换级完成，发出足够的无功，保证电压在额定电压的0.8倍及以上，可以可靠的防止电压崩溃。

3.2改进型CKY与MSC的经济性能比较

3.2.1MSC的构成简单，每一组只包括一套低压真空开关和一套电容器组，但它对变电站主变的要求较高，要求主变选用有载分接头开关，并且它只能安装在低压侧10千伏或35千伏母线上，所以要求主变第三绕组的容量大。

3.2.2改进型CKY的构成较复杂，每一套包括一套110千伏高压开关及电流互感器、一台辅助变压器、一套晶体管开关组合和一套电容器组，但它对变电站主变的要求相对较低，只要求选用无载分接头开关、第三绕组的容量小的主变。

无载分接头的变压器比有载分接头的变压器节约投资20％；主变第三绕组容量的减少，可以大大降低投资，绕组的造价一般占该变压器造价的50％。下面，对同一变电站的无功补偿装置设计两种方案：方案一只含改进型CKY，方案二只含MSC。假设这变电站的主变容量为300兆伏安，电容器容量为200兆乏，改进型CKY与MSC的经济性能比较如表1：

根据表1可知，方案二的价格略低于方案一。

4结束语

通过对机械开关投切电容器组(MSC)与晶体管串联调压电容无功补偿装置(改进型CKY)在技术经济性能方面比较，得出以下结论：近年来新型的改进型CKY虽然在价格方面略高于传统的MSC，但改进型CKY的技术性能远远高于MSC。在电力系统无功补偿装置发展中，改进型CKY将是未来的一个发展方向。