摘 要： 分析了电缆充电功率对系统电压的影响，针对厦门电网运行情况，根据计算分析，提出了有效的补偿措施。

1 引言

随着经济的快速发展和城市化进程的加速，电缆在城市电网中的应用也越来越广泛。相对架空线路，电缆具有阻抗较小、结构紧凑、占地面积和空间小、不受气候和环境影响、供电安全可靠、市容整齐美观等优点；但是相对架空线路，电缆有较大的对地电容效应，在交流电压作用下产生容性无功功率。其对地电容的大小直接影响到电缆对系统的无功充电功率，电网中的充电无功功率又影响着系统的电压水平。随着电缆应用的逐步增多，为更好地利用和调节电缆线路产生的充电功率 , 有必要对电缆的充电功率及其补偿进行计算分析。

2 电缆运行对系统的影响分析

高压电网的缆化，一方面对改善电网结构、增强电网供电的安全可靠和提高输送功率起了积极作用；另一方面，高压电缆所产生的充电功率影响着电网无功潮流的分布和系统电压水平 [1] 。

2.1电缆的充电功率

电缆线路的 型等值电路如图1所示

表1 电缆特性参数表

以长度大致相同，电压等级均为220kV的两条线路为例，对比架空线及电缆在充电功率的差异，计算结果如见表2：

表2 电缆与架空线充电功率对比

由上表可见，在相同电压等级，长度大致相同的情况下，电缆的充电功率比架空线高一个数量级。

2.2电缆充电功率对系统电压的影响

由式（ 1 ）及表 1 可见， 电缆 的 电压等级越高、电缆截面越大、线路越长， 产生的 无功充电功率越大 ， 使得电缆线路两端节点电压升高， 同时 由于无功功率在电网中流动，也将 导致其 他节点 电压 发生变化 。 为更确定地分析充电功率对电网电压的影响，采用 BPA 程序，对 2009 年厦门电网运行方式的峰、平、谷三个典型负荷水平进行计算分析，对系统中 220kV 节点电压情况进行对比，结果见图 2

由图2可见，在平均负荷和高负荷时，系统电压普遍较低；当系统处于低负荷时，电压普遍较高，此时系统中电缆的充电功率又促进了节点电压的升高，甚至越限，计算结果中围里、英春2个220kV节点分别达到了236.04和235.49，均超过了+7%的上限值，因为在围里至英春线路中，有条10.7km的高压电缆，电缆高达45.23Mvar的充电功率提升了其在低负荷下的电压。通过对低负荷下的越限节点进行电压与线路导纳灵敏度分析可见，随着线路电纳的增大，该节点的电压值也随着升高，计算结果见表3，电缆对地电纳导致的充电功率是该节点电压越限的重要原因。同时，从图2可见，电缆充电功率一方面在系统低负荷时对节点电压偏高带来不利影响；另一方面，在系统高峰负荷时又有助于系统电压维持一定水平。合理的利用电缆充电功率在系统中的流动，采取有效的运行方式，将有助于系统电压的稳定。

对春围Ⅰ路线路的导纳参数进行扰动分析，将线路导纳值由 0.22033 扰动至0.03.,即由普通架空线路参数代替电缆参数，并计算系统电压对其线路导纳的灵敏度，结果见表3。

                        表3 节点电压对春围Ⅰ路线路导纳的灵敏度分析

表3中所列举的为系统各节点电压对春围Ⅰ路线路导纳灵敏度排前10的节点，由表可见，春围Ⅰ路中过大的线路导纳，正是造成部分节点在低负荷情况下电压越限的主要原因。同时，由表3可见，春围Ⅰ路两侧变电站出线的110kV站点及10kV母线电压对该线路的导纳的变化显得更加敏感。

3 充电功率的补偿

在系统低负荷时，高压电缆对系统电压影响的主要原因是高压电缆存在较大的对地电容，在高电压等级下表现出过大的充电功率，为此，补偿方法以平衡高压电缆过大充电功率为出发点，进行适当的无功补偿。

3.1并联电抗器

通常，系统的充电功率补偿可以采用调相机，高、低压并联电抗器或者静止无功补偿器（SVC）进行补偿。相比调相机，并联电抗器结构简单，易于维护，设备投资和运行维护费用都较小，具有较好的经济优势；高压电抗器则一般直接接在高压线路上，通过断路器进行投切，起到限制工频过电压及操作过电压，降低了相应设备的绝缘水平；低压电抗器一般接在变电站低压侧母线上，造价低，操作方便。但是，低压电抗器的补偿容量和投切受到了安装地点负荷侧电压变化的限制，有时稳定了高压侧的电压，而负荷侧母线电压又不合格。因此，在考虑安装前，应进行充分的计算分析，以便为日后投切补偿，留下裕度。通常应在低压电抗器投切时所产生的本母线电压波动不宜大于额定值的 2 . 5% ；静止无功补偿器（SVC）可以根据无功的变化情况，进行快速精确调节，其动态响应时间短，可实现平滑调节。相对低压电抗器，其造价较高，较多应用于对于日负荷波动较大或者缺少电压支撑的地区 [2][3] 。

3.2并联电抗器的补偿原则

通常 以 并联电抗器的补偿度 来 确定补偿量 [4] ，即：

以厦门电网2010年小方式进行计算分析，对节点电压影响较大的几条线路产生的充电功率约为115Mvar，遵循无功功率就地分层平衡的原则 [5] ，取补偿度 为0.5，即总补偿容量为55Mvar，充分考虑装设后能够灵活调度，合理调整电压及力率水平的情况下，采用低压电抗器接于相关站点母线低压侧，并对补偿情况进行计算分析，计算结果见图3及图4,由图可见，补偿后，越限节点的电压得到有效的控制，虽然部分节点电压在补偿后升高，但其波动不大于额定值的 2. 5% ，且系统整体电压水平更加趋于额定水平，可见该补偿方案可行、有效。

图3 220kV节点补偿前后电压对比

     图4 部分10kV节点补偿前后电压对比

4 结论

（1）电缆运行对电力系统电压产生影响的本质原因在于电力电缆具有较大的对地电容，在交流电压作用下电缆线路将产生很大的容性无功充电功率，直接影响着系统的电压水平，同时过高的电压给设备绝缘带来了隐患。

（2）并联电抗器的补偿方式及安装地点应充分考虑系统情况，并进行充分的计算分析，以便为日后投切补偿，留下裕度。

参考文献

[1] 谭伦农，张保会 . 输电线路无功充电功率导致损耗的分摊问题[J] . 电网技术，2003，27（4）：59－63

[2] 王非，李群炬，李伟 . 高压电缆对电网无功平衡的影响及相应措施[J] . 华北电力技术，2007，No.6:1-3

[3] 骆敏，祝达康，徐敬友等 . 电缆运行对电力系统电压的影响及其对策[J] . 供用电，2006，23（2）:7 - 10

[4] 刘乾业 . 并联电抗器在我国电网中的应用[J] . 福建电力电工，1996，16(2) :22 - 25

作者简介：张卓生，男， 1981 年生，工程师，从事无功补偿设备研究工作