串联电路范文

湖南省电力公司衡阳祁东电力局

《城市建设》8月上单号:6014472采编：文成

摘要：本文作者分析了串联补偿装置对距离保护、工频故障分量距离保护、方向保护、纵联保护的影响，并提出了解决办法。

关键词：110KV输电系统；继电保护

1串补对距离保护的影响

110KV输电线路的距离保护，同样是通过测量电压电流比来反映故障点到保护安装处的阻抗，最终实现距离保护的。当系统安装串联补偿装置后，故障时将可能引起线路上的电压以及电流的反向、暂态低频分量等系列问题。下文将结合串补电容的补偿度、安装位置、串补电容在短路情况下是否被旁路以及距离保护的电压互感器(TV)安装位置讨论110KV串联补偿对其距离保护的影响。

在110KV输电线路中，串联补偿装置的安装位置一般在输电线路的中间或两侧。由于串联补偿装置设于线路当中，运行维护很不方便；国内串联补偿装置大多倾向于设在变电站内，也就是安装在线路的一侧。

图1串补装置置于系统中间

图2串补装置置于系统一侧

首先我们以中间位置为例分析其对距离保护的影响，其系统网络图如图1所示。当KC＜0.5(XC＜0.5ZL）时，发生在该串联补偿线路上的故障不会引起电压反向和电流反向现象。在这里，串补线路以及与之相邻的保护不受串联补偿电容是否被旁路的影响，均能够正确动作。

（1）

如果按照式1的结果进行整定，结果将是距离保护的范围将会缩短。这里我们取补偿度为45%，即有：Zse=0.8(ZL-0.45ZL)=0.44ZL保护范围不到线路的1/2。

当其串联补偿电容安装在输电线路一侧时，其系统图如图2所示。当短路发生在串补电容出口附近时，在图2的系统中，此时XC＞XK，又由于此时电压反向，保护b会拒动，而保护c则会出现误动现象。当保护装置a、d出现正向区外故障，且串联补偿电容没有被旁路时，则在AP段会发生超越动作。

阻抗继电器能够正确动作取决于电压互感器(TV)连接点与故障点之间的阻抗的性质。对图2中的保护装置b，这里假设故障时不产生电流反向现象，分两种情况分别讨论其故障对保护装置b的影响。

对保护装置b而言，若采用线路侧电压互感器(TV),短路故障时的保护范围将不受串补电容的影响，保护范围为线路全长的80%~85%。当短路故障点出现在反向区以外，即图2中S2点时，在线路的电压互感器(TV)处电压将反向，引起保护b产生误动。

当保护装置b采用母线电压互感器(TV)时，反向故障时不会出现保护误动。当为防止正向区外短路故障的超越动作而采用式1进行整定时，同样会使得当区内出现故障时其保护范围减小。出现电容出口正向故障时，保护b的电压将反向，其结果是保护拒动。

因此，对于保护装置b而言，无论是采用母线电压互感器还是线路电压互感器，都无法完全避免电压反向的影响。

2串补对工频故障分量距离保护的影响

110KV系统的工频故障分量距离是通过反应工频故障分量电压、电流而工作的距离保护。由于其具有动作速度快、方向性明确、安全可靠、无需振荡闭锁等特性，因而在110KV无串补系统中得到了广泛的应用。但是在串补系统中，由于串补电容的投入改变了输电线路阻抗线分布的均匀性，引入了低频分量等，从而可能对工频变化量距离继电器产生一定影响。

工频故障分量距离保护测量工作电压的工频变化量的幅值，其动作方程为：

（2）

（3）

（4）

式中，故障前工作电压的记忆量取为E，UP为整定门坎；Zse为保护的整定阻抗，其大小一般为正序阻抗的80%~85%。当整定值末端电压变化量UP大于故障前的工作电压U[0]K时，继电器动作，否则不动作。

图3~图5为给出了不带串联补偿装置的输电系统在不同地点发生故障时电压故障分量的分布图。由图可知，假设线路中无串联补偿电容，反向区外K1，正向区外K3短路时，UP＜U[0]K，继电器不动作；中间点K2发生故障时，UP≥U[0]K，继电器正常动作。

图3反向区外短路

图4区内短路

图5正向区外短路

当系统安装串联补偿电容后，如果电容在保护正方向区内并按K(Zse-Xc)整定保护范围，当反向区外K1，正向区外K3短路时，无论电容短接与否，继电器都不会动作。对区内串补电容出口处K4短路时，如果MOV（压敏电阻)触发，容抗Xc将减小，维持短路电流的感性性质，继电器正确动作；如果MOV(压敏电阻)不触发，短路电流呈容性，继电器拒动。当短路发生在区内K2位置，继电器能否正确动作取决于MOV（压敏电阻)是否触发。

如果按Zse进行整定，反向区外K1短路时，继电器不动作；当短路点出现在K3即正向区外短路时，仅当短路电流较大并且MOV被触发时，才会出现继电器不动作的情况，否则，继电器可能超越动作；当短路点出现在K4，区内短路时，不管电容的MOV是否被触发，继电器均能够正确动作。

3串补对方向保护的影响

国内目前沿用的110KV输电系统大多都采用了方向保护装置，其结构组成分为零序功率方向保护、工频故障方向保护以及负序功率方向保护三个部分。由于不受正常状态下的负荷影响，灵敏度都较高，因而在110KV输电线路的继电保护中得到广泛的应用。以下是三种方向保护的动作方程：

零序功率方向保护：

（5）

工频故障分量的方向保护：

（6）

负序功率方向保护：

（7）

其中，Zr0、Zr1、Zr2为模拟阻抗。

通过对以上方程的分析可知，系统等效电源中性点与电压互感器TV的联结点之间的电抗(即ZS或Z's)决定了方向保护是否能正确动作。在110KV输电线路中其表现为故障点到保护装置背后等值电源电抗的性质决定方向保护的动作。

由此，在无串联补偿装置的110KV系统中，上述等效电抗(Zs或Z's)呈现感性，这时继电器能够正确动作;当加入串联补偿装置后，等效电抗(Zs或Z's)表现为容性，区内出现正方向故障时，有可能出现电压的反响，保护装置拒动。

对于电压互感器(TV)的联接，这里可选择采用母线电压互感器和线路电压互感器两种形式。选择线路TV时，其正、反方向故障时继电器的动作分别取决于Zs-jXC和Z's的性质，而母线TV时其正、反方向故障时继电器的动作取决于Zs和Z's-jXC的性质。在110KV系统中，Zs和Z's均呈现感性，串补度KC在25%~75%之间，Z's-jXC呈现感性，所以采用母线TV时不会出现保护拒动；而Zs-jXC的性质是不能确定的，当其呈容性时，对于故障点出现在串补电容出口的情况，线路电压发生反向，保护装置将拒动。

4串补对纵联保护的影响

110KV输电线路的纵联保护由纵联方向保护、纵联距离保护和纵联相差保护三部分组成。

理论来讲，串联补偿装置对于纵联的方向保护和距离保护的影响与前面几个部分的分析相似，由于串补可能引起电流以及电压的反向，使得方向阻抗元件或者方向元件的方向判断出现误判。而方向元件的判断能力直接影响了纵联方向保护以及距离保护的性能。当短路发生在被保护线路的内部，且有串补电容一侧的综合阻抗成容性时，纵联相差保护拒动；当短路发生在被保护线路外部时，相差保护的性能不受串联补偿装置的影响。

但在现行的110KV系统中，用于串联补偿的电容容抗要比保护背侧的等效系统阻抗小，系统一般不会发生电流反向，因而串联补偿装置对于110KV系统纵联保护的影响有限。

5解决办法

在110KV输电系统中，一般建议采取以下方法来避免上述串补给系统继电保护带来的问题：

1.采用全电流差动纵联保护作为主保护。该保护以基本不受串补电容的影响，且对故障具有较高的灵敏度，在信号传输问题上具有高抗干扰性的特点。

2.采用纵联方向保护作为主保护。一般情况下，串补电容对零(负)序功率方向元件或故障分量方向元件的影响较小。理论上来讲，纵联方向保护可以作为串补线路的主保护，但在110KV系统中这种保护方式应用并不多见。

3.考虑采用用纵联距离保护作为主保护。纵联距离保护是目前固定串补线路中用得最多的主保护。该办法能够有效防止由于电压反向引起的区内故障拒动及区外反方向故障的误动情况。

4.采用纵联相差保护作为主保护。从理论上讲，纵联相差保护受串补电容的影响较小。

6结束语

随着社会的进步和电网的飞速发展，对电网的安全稳定运行和供电可靠性提出了越来越高的要求。在继电保护方面，要求不断提高继电保护动作的正确率，将电网故障造成的负荷损失降至最低，以最快的速度隔离故障点。

参考文献：

（1）朱声石.高压电网继电保护原理与技术[M]北京：中国电力出版社，2005.

串联电路范文

Abstract:Inthepowersystem,parallelcompensationdevicecancompensatethereactivepowerinthesystem,reducenetworklossesandimprovepowerfactorandvoltagequality.Theparallelcapacitordeviceisthemostcommonparallelcompensationdevicesinpowersystem.TheseriesconnectionofcapacitorsandreactorsisLCseriescircuit.Capacitorsareusedtoinductivereactiveinthecompensationsystem,usuallyconnectedwithloadsideofthesysteminparallelform,andinordertoreducetheinrushcurrentmultiplesofcapacitorintheprocessofclosingthebrakeandpowerstation,restrainthewaveformdistortionofthenetworkvoltageandcontroltheharmoniccomponentsthatflowingthroughthecapacitor,stillneedtousethereactortosupportthecapacitorseries.ThispaperdiscussedtheLCseriescircuit,thenproposedmethodtoselectthereactorreactanceratetosupporttheuseofthecapacitor.

关键词：LC串联电路；并联补偿装置；并联电容器；串联电抗器

Keywords:LCseriescircuit；parallelcompensationdevices；parallelcapacitor；seriesreactor

中图分类号：TM7文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）34-0034-02

0引言

在电力系统中不可避免地存在着大量的无功负荷，这些无功负荷来自电力线路、电力变压器以及用户的用电设备。由于电力线路、电力变压器和用户的用电设备主要是电感性的元件，其产生的电感性无功功率，不但会造成电能损耗、电压质量下降，而且还会占用变压器及线路容量。所以在电力系统中为了降低线路损耗，提高功率因数和电压质量，通常要在电力系统中并联连接电容器用以提供电容性无功功率，补偿系统无功的不足。并联电容器装置就是并联连接于电力系统中，用于补偿系统无功的一种无功补偿装置。其主要设备是电容器（C）和电抗器（L）。电容器主要用来向电力系统提供电容性无功功率，电抗器主要与电容器串联构成LC串联电路，用以降低并联电容器合闸投运过程中的涌流倍数，以及抑制电网电压波形畸变和控制流过电容器的谐波分量。

1LC串联电路

补偿用并联电容器在合闸并入电力系统投运的瞬间，将会产生幅值很大、频率很高的冲击合闸涌流。涌流过大将会造成断路器损坏，涌流产生的电动力会给回路的设备以很大的冲击，还可能造成电容器绝缘的损伤，并使其他相连接的电气设备产生严重的过电压而损坏。另外，在电力系统中，很多负荷都是高次谐波源，如整流装置、电弧炉、电气机车、大功率晶闸管及磁饱和的变压器等。这些高次谐波源对电力系统产生谐波，将引起系统运行电压波形的畸变，污染电网，是电气设备的一种公害。谐波电压施加于电容器，其危害性更大。为降低并联电容器合闸投运过程中的涌流倍数，以及抑制电网电压波形畸变和控制流过电容器的谐波分量，并联电容器装置还需要配套选用串联电抗器（L），将其与电容器在装置内部串联组成LC串联电路，如图1所示。其中L表示电抗器的电感，C表示用于无功补偿用电容器的电容。

LC串联电路中，电抗器额定电抗对相串联的并联电容器额定容抗的百分比值，叫做额定电抗率，用K表示。电抗率的选取将直接影响着LC串联电路的作用。

1.1降低合闸涌流时LC串联电路中电抗率的选取当电力系统中谐波含量甚少，装设串联电抗器的目的仅为限制合闸涌流时，电抗率可选得比较小，可按断路器等设备所允许的涌流值进行选择。电容器抗涌流能力在高电压并联电容器相关国家标准中有所规定：用不重击穿的开关投运电容器时可能发生第一个峰值不大于2倍施加电压（方均根值），持续时间不大于1/2周波的过渡过电压；相应的过渡过电流的峰值可能达到100IN；在这种情况下允许每年操作1000次。电容器投运合闸时产生的合闸涌流一般分两种情况。第一种是单组电容器投运时的合闸涌流，此时的涌流计算等值电路图如图2所示。图2中，L0表示线路的等效电感，L表示电抗器的电感，C表示电容器的电容，u表示电源上的电压，Um表示电源电压幅值，uc表示电容器上的电压，ic表示电容器上的电流；DL为断路器。

当断路器关合时的电路方程为：u=Usin（ωt+）（1）

（L+L）C+uc=Usin（ωt+）（2）

根据工程实际，假设：①高压断路器关合前电容器上有残余电压U0；②因线路有电感，电流不能突变，即t=0时，ic=0；③ω（L+L）＜＜，ω=。

解方程则可得下式：u=（U-U）cosωt+Ucosωt，则i=C=-UωCsinωt+（U-U）ωCsinωt，一般有ω＞＞ω；电容器组都接有放电电路，这时U0=0；在这种情况下，合闸瞬间可能出现的最大涌流值为：I=I1+其中：IN为单组电容器额定电流；XC为单组电容器每相容抗；X′L为网络感抗XL0（ωL0）与电容器装置串联感抗XL()的综合值；由I=I1+100IN可得：XL′/XC′>0.02%。此种合闸情况下，通常在只计及网络感抗（ωL0，线路电感可按1μH/m考虑）影响后，XL′/XC′就已经大于0.02%了，故一般不采取限制涌流措施。

电容器组投入时，一般是顺序投入，投入一组电容器后再投入一组或多组时，已带电的电容器将向其后投入的电容器充电，此时也会产生涌流，即产生合闸涌流的第二中情况，此时产生的涌流比单组电容器投入运行时产生的涌流大的多。

设有m组电容器，最后一组（即第m组）在电源电压为最大值Um时投入，且电源产生的涌流不计，此时的等值计算电路如图3。

此时电路的微分方程为：L′C′+u=U

式中，L′=L+L=L，C′=C+C=C

此时合闸瞬间涌流的最大值I为：I=I

其中：m为电容器分组数（m=2，3，4…）；当计及电源产的涌流，忽略网络感抗（ωL0），则由叠加原理可得：I=I1+。由I=I1+100IN可得：XL′/XC′>0.08%。此种合闸情况下，电抗率的选取只要满足上述条件就可将合闸涌流限制到允许范围。

应注意，当采用串联电抗器后，由此会引起电容器端电压升高；还考虑到串入电抗器经济效益，因此多组电容器投入运行时，要限制涌流，电抗率的一般可在0.1%~1%的范围内选取。

1.2抑制高次谐波时LC串联电路中电抗率的选取在电力系统中，安装并联电容器组是为了补偿无功功率，提高电压水平，但同时电容器组会改变系统的频率特性，当电力系统中存在的谐波不可忽视时，系统就可能发生谐振。此时可以考虑利用串联电抗器抑制谐波，此时电抗率配置应使电容器接入处综合谐波阻抗呈感性。当系统中含有谐波分量时，并联电容器组的等效电路如图4所示，其中n为谐波次数。

由电路图可知，系统的谐波阻抗为：Z=

当谐波阻抗的分子的数值等于零时，表示并联电容器装置与串联电抗器构成的串联回路在第n次谐波发生串联谐振，可得电容支路的串联谐振点为：n==1/。因此要避免系统发生串联谐振，且避免系统过补偿应满足：K>1/n2当谐波阻抗的分母的数值等于零时，表示电容器装置与电网在第n次谐波发生并联谐振，即nXS+nXL=XC/n，此时电抗率为：K=-。为避免系统发生并联谐振，则电抗率应满足：K＞-。

由于XS/XC比值很小，所以避免发生串联谐振与避免发生并联谐振的电抗率K的取值非常接近，因此在实际工程中并联电容器装置的电抗率K应满足K＞1/n2取值，且留有一定裕度。为了确定合理的电抗率，应先查明电力系统中背景谐波含量。电力系统中通常存在一个或两个主谐波，且多为低次数谐波，当电容器回路的综合阻抗对被限制的谐波呈感性时，可避免容性阻抗的高次谐波放大现象。对于n=5次谐波有XL>0.04XC；对于n=3次谐波有XL>0.04XC。因此，在实际应用中，若主要为了限制5次及以上的谐波时，常选用电抗率为5%~6%的串联电抗器；而若主要为了限制3次及以上谐波时，常选用电抗率为12%~13%的串联电抗器。

2结语

随着电力工业的迅速发展，为节约能源，改善供电品质，提高无功补偿水平，采用LC串联电路是一种行之有效的好办法。LC串联电路在提高电力系统功率因数的同时，可以起到抑制电网电压波形畸变和控制流过电容器的谐波分量、及限制电容器组合闸涌流的作用。而电抗率是LC串联电路中的重要参数，电抗率大小直接影响着它对电力系统的作用。所以LC串联电路在电力系统所需补偿容量一定时，关键是电抗率的确定：当仅用于限制涌流时，电抗率宜取0.1%~1%；当用于抑制5次及以上谐波时，电抗率宜取5%~6%；当用于抑制3次及以上谐波时，电抗率宜取12%~13%。

参考文献：

[1]张禹芳，王培龙.高压并联电容器组的合闸涌流计算方法[J].电网技术，2006，30（17）：84-87.

[2]陈伯胜.串联电抗器抑制谐波的作用及电抗率的选择[J].电网技术，2003，27（12）:92-95.

串联电路范文篇3

一、定义法

根据串联、并联电路的定义直接判断。串联电路是用电器首尾相连，然后接到电路中；并联电路是用电器的两端分别连在一起，然后接到电路中。此法适用于较简单的电路。

例1：如图所示，当开关S2闭合，S1、S3断开，两灯泡联；当S2断开，S1、S3闭合，两灯泡联。

解析：当开关S2闭合，S1、S3断开，在教学时我要求学生用铅笔将S2连接上，S1、S3部分用小硬纸片遮住，这时候只看剩余部分电路，再去分析电路。根据定义很容易判断出两灯泡串联。

当开关S2，断开S1、S3闭合，在教学时我要求学生用铅笔将S1、S3连接上，S2部分用小硬纸片遮住，这时候只看剩余部分电路，再去分析电路。现在根据定义很容易判断出两灯泡并联。

二、电流流向法

该方法是：当闭合开关后，让电流从电源的正极出发（在电路图中电流方向用箭头标出），沿电路向前移动，电路无分叉，即电流只沿一条路径，通过所有元件或用电器到达电源负极，这些用电器即为串联；如果电路出现分支，即电流的路径有两条或两条以上，每条支路上只有一个用电器，则这几个用电器为并联，且可找到“分流点”和“合流点”。

例2：试判断图1与图2中灯的连接方式。

解析：图1中电流从正极流向负极只有一条通路，如图1所示，故甲、乙两灯为串联。在图2中，电流从电源正极流向负极有两条路径，A为分流点，B为合流点，故丙、丁两灯为并联。

三、断路观察法

该方法是：在多个用电器组成的电路中，把其中一个用电器断路（如去掉该用电器），如果其他用电器都不能正常（如电灯不发光了）则这个电路是串联的。如果其他用电器仍能工作，则这个电路是并联的。该方法的依据是：串联电路各元件间相互影响，相互干扰；并联电路各元件相互独立，互不影响。

例3：试判断图中三只灯的连接方法。

解析：如图3所示电路，用“断路观察法”来判断，可以发现有“断二通一”或“断一通二”的特点，即在L1、L2、L3中任意断开两个（或一个），其他一个（或两个）能构成通路。故知L1、L2、L3为并联。

四、去表法

如果电路中有电流表或电压表，则可以去掉它们。去掉的方法为：电压表所在位置视为断路（因电压表内阻很大，几乎无电流通过）；电流表所在位置用导线连接起来（因电流表内阻很小，电阻可视为零）。此法适合于有电表的电路。

例4：所示判断两灯的连接方式。

解析：图4电路中电压表所在位置视为断路，可以用小硬纸片将电压表位置盖住；电流表所在位置用导线连接起来。这时可以清晰地看出电路中两灯泡为串联。图5电路中电压表所在位置视为断路，可以用小硬纸片将电压表位置盖住；电流表所在位置用导线连接起来。这时可以清晰地看出电路中两灯泡为并联。

五、节点跟踪法

“节点法”即在识别电路时，不论导线有多长，只要其间没有电源、用电器等，导线两端均可看成一点，从而找出各用电器连接的共同点，以识别电路的连接方式。

例5：判断如图6所示的三盏灯的连接方式。

解析：在图6中定义点，把共线（线中没有任何用电器）的点用同一字母表示，图中交点虽多，但实际上可看成只有两个节点a和b，且a为“＋”，b为“－”。

将图6该画成与之相应的电路图，如图7所示，可知L1、L2和L3的连接方式是并联。