1引言　　采用串聯電容補償技術可提高超高壓遠距離輸電線路的輸電能力和系統穩定性，且對輸電通道上的潮流分布具有一定的調節作用。采用可控串補還可抑制系統低頻功率振蕩及優化系統潮流分布；但在系統中增加的串聯電容補償設備改變了系統之間原有的電氣距離，尤其是串補度較高時，可能引起一系列系統問題，因此在串補工程前期研究階段應對這種可能性進行認真研究，并提出解決問題的相應方案及措施。我國南方電網是以貴州、云南和天生橋電網為送端、通過天生橋至廣東的三回500kV交流輸電線路及一回500kV直流輸電線路與受端廣東電網相聯的跨省區電網，2003年6月貴州—廣東的雙回500kV交流輸電線路建成投運，南方電網形成了送端“五交一直”、受端“四交一直”的北、中、南三個西電東送大通道。隨著南方電網西電東送規模的進一步擴大，為提高這些輸電通道的輸送能力和全網的安全穩定水平及抑制系統低頻振蕩，經研究決定分別在平果與河池變電所裝設可控串補TCSC及固定串補裝置FSC。通過對南方電網平果可控串補工程及河池固定串補工程進行的系統研究工作，作者對超高壓遠距離輸電系統中，采用串聯電容補償技術可能引起的系統問題獲得了比較全面的了解，并總結了解決這些問題的措施及方案。研究結果表明，超高壓輸電線路加裝串補后所引發的系統問題主要有過電壓、潛供電流、斷路器暫態恢復電壓TRV及次同步諧振SSR等問題。2串補裝置結構及其原理　　目前在電力系統中應用的串聯電容補償裝置按其過電壓保護方式可分為單間隙保護、雙間隙保護、金屬氧化物限壓器MOV保護和帶并聯間隙的MOV保護四種串補裝置。帶并聯間隙的MOV保護方式的串補裝置具有串補再次接入時間快、減少MOV容量及提供后備保護等優勢，相對而言更有利于提高系統暫態穩定水平，因此目前在電力系統的串補工程中得到了比較廣泛的應用。其結構簡圖如圖1所示1。圖中各元件的配合關系及其工作原理如下：　　1MOV是串聯補償電容器的主保護。串補所在線路上出現較大故障電流時，串聯補償電容器上將出現較高的過電壓，MOV可利用其自身電壓–電流的強非線性特性將電容器電壓限制在設計值以下，從而確保電容器的安全運行。　　2火花間隙是MOV和串聯補償電容器的后備保護，當MOV分擔的電流超過其啟動電流整定值或MOV吸收的能量超過其啟動能耗時，控制系統會觸發間隙，旁路掉MOV及串聯補償電容器。　　3旁路斷路器是系統檢修和調度的必要裝置，串補站控制系統在觸發火花間隙的同時命令旁路斷路器合閘，為間隙滅弧及去游離提供必要條件。　　4阻尼裝置可限制電容器放電電流，防止串聯補償電容器、間隙、旁路斷路器在放電過程中被損壞。3串補裝置引起的過電壓問題　　串補裝置雖可提高線路的輸送能力，但也影響了系統及裝設串補裝置的輸電線路沿線的電壓特性。如線路電流的無功分量為感性，該電流將在線路電感上產生一定的電壓降，而在電容器上產生一定的電壓升；如線路電流的無功分量為容性，該電流將在線路電感上產生一定的電壓升，而在電容器上產生一定的電壓降。電容器在一般情況下可以改善系統的電壓分布特性；但串補度較高、線路負荷較重時，可能使沿線電壓超過額定的允許值。河池及平果串補工程的線路高抗與串補的相對位置不同時，輸電線路某些地點的運行電壓可能超過運行要求。例如，惠河線或天平線一回線故障時，如將高抗安裝在串補的線路側，則串補線路側電壓可達到561kV或560kV以上2，均超過高抗允許的長期運行電壓，因此在兩工程中均建議將線路高抗安裝在串補的母線側以避免系統運行電壓超標的問題。在輸電線路裝設了串聯電容補償裝置后，線路斷路器出現非全相操作時，帶電相電壓將通過相間電容耦合到斷開相。河池FSC及平果TCSC工程中的惠水—河池及天生橋—平果線路上均已裝設并聯電抗器，如新增加的電容器容抗與已安裝的高壓并聯電抗器的感抗之間參數配合不當，則可能引發電氣諧振，從而在斷開相上出現較高的工頻諧振過電壓3。因此在這兩個工程的系統研究工作中對串聯電容器參數進行了多方案比選以避免工頻諧振過電壓的產生。對這兩個串補工程進行的過電壓研究表明，由于惠河線及天平線兩側均接有大系統，無論惠河線或天平線有無串補，在線路發生甩負荷故障時，河池及平果母線側工頻過電壓基本相同；僅在發生單相接地甩負荷故障時，串聯電容補償的加入使得單相接地系數增大，從而使線路側工頻過電壓略有提高，但均未超過規程的允許值，不會影響電網的安全穩定運行。4串補裝置對潛供電流的影響　　線路發生單相接地故障時，線路兩端故障相的斷路器相繼跳開后，由于健全相的靜電耦合和電磁耦合，弧道中仍將流過一定的感應電流即潛供電流4，該電流如過大，將難以自熄，從而影響斷路器的自動重合閘。在超高壓輸電線路上裝設串聯電容補償裝置后，單相接地故障過程中，如串補裝置中的旁路斷路器和火花間隙均未動作，電容器上的殘余電荷可能通過短路點及高抗組成的回路放電，從而在穩態的潛供電流上疊加一個相當大的暫態分量。該暫態分量衰減較慢，可能影響潛供電流自滅，對單相重合閘不利；單相瞬時故障消失后，恢復電壓上也將疊加電容器的殘壓，恢復電壓有所升高，影響單相重合閘的成功。根據對河池串補工程進行的研究：惠河線的惠水側單相接地時，潛供電流波形是一個低頻f≈7Hz、衰減的放電電流，電流幅值高達250-390A5見圖2。斷路器分閘0.5s后，該電流幅值仍可達200-300A，它將導致潛供電弧難以熄滅；如單相接地后旁路開關動作短接串聯電容，潛供電流中將無此低頻放電暫態分量5見圖3。5串補裝置引起的次同步諧振問題　　在超高壓遠距離輸電系統中采用串聯電容補償技術后，尤其是大型汽輪發電機組經串補特別是補償度較高時線路接入系統時，在某種運行方式或補償度的情況下，很可能在機械與電氣系統之間發生諧振，其振蕩頻率低于電網的額定頻率，稱為次同步諧振，可通過含有串聯電容補償裝置的單機對無限大線的輸電系統6見圖4簡述其原因。圖中，Ra為發電機定子電阻；XG為發電機等值電抗，XG=2πfLG，LG為發電機電感；RT為變壓器電阻；XT為變壓器電抗，XT=2πfLT，LT為變壓器電感；R1為線路電阻；Xl為線路電抗，Xl=2πfLl，Ll為線路電感；Xc為串聯電容電抗，Xc=1/2πfC，C為串聯電容器電容。由圖4可知，串聯系統的總阻抗與頻率有關，即式中L為發電機、變壓器及線路的電感之和。由于輸電線路中串聯補償度一般小于1，因此回路的電氣諧振頻率fe小于系統的額定頻率fn，因此稱之為次同步諧振。裝有串聯電容補償的輸電線路發生電氣諧振時，同步發電機在諧振條件下相當于一感應電動機。如任何沖擊或擾動引起的次諧波電流在同步發電機內建立起旋轉磁場，以2πfe－fn的相對速度圍繞轉子旋轉時，轉子將受到一頻率為fn－fe的交變力矩的作用。fn－fe等于或十分接近發電機軸系的任一自振頻率時，就可能發生電氣–機械共振現象。大型多級汽輪發電機組軸系在低于額定頻率范圍內一般有4-5個自振頻率，因此容易發生次同步諧振。次同步諧振的后果較嚴重，能在短時間內將發電機軸扭斷，即使諧振較輕，也會顯著消耗軸的機械壽命。美國MOHAVE電廠在1970年12月和1971年10月先后發生