电网的无功补偿

三 、电力系统中的谐波

数据中心离不开电，没有电能数据中心的任何设备都无法运转，而且数据中心对电能的需求是巨大的，一个中型数据中心运行一天 就要消耗掉十几万度的电。很多人只关注数据中心的高能耗问题，想方设法减少数据中心电的使用量，但是都忽略了一个问题，就是电的质 量。

我国还是一个发展中国家，经济的大发展需要大量的电力供应，工业负荷也不断大量增加，如：大型电力电子应用装置、 变频设备、电气化铁道、炼钢电弧炉、冶金化工设备、高速铁路、电梯、起重机等，这些工业负荷对整个城市的电网质量都带来大量的谐波 干扰，随着这些非线性、冲击性负荷的大量使用，使得电能质量变得更加突出。这些年在城市里很少遇到大面积的停电，但是电压的波动就 时有发生了，比如家里的灯泡突然变得忽明忽暗，尤其是到了夏天用电高峰期，总感觉家里的灯泡不是那么亮，实际上这时电网的电压运行 在较低的水平，在输出电流不变的情况下，灯泡的功率就低了，看起来也就不会那么亮了。数据中心里有不少的精密仪器，对电网运行质量 较敏感，设备长期在这种供电环境下运行，会大大缩短设备的使用寿命，增加数据中心设备故障率，有时供电的波动也会造成设备无法正常 运行，造成业务中断。

电网的无功补偿

电网除了电压上的变化，还有不少其它 的影响，这些都对数据中心设备电源的运行造成了干扰。归结起来电能质量对数据中心的影响主要有以下7种情况：

3. 频率偏移。一般是由发电机不稳定，区域性电网故障导致。造成频率偏移主要是由于过负荷和发生谐振。频率质量是电 能质量的一个重要指标，国家电力工业技术管理法规规定，大容量电力系统的频率偏差不得超过正负0.2Hz，而国外都要求不得超过正负 0.1Hz。当频率降低时，无功功率负荷将增大，这将促使电压水平的下降。频率过低失，会造成大面积停电。当频率发生大幅度偏移时，将会 影响数据中心设备的正常工作。

5.浪涌。一般来自雷电、用电负载突然增加或减 少、变压器抽头不恰当等。浪涌一般是指电压向上波动，突然升高。就我国目前的电网质量，这种情况几乎无法避免，浪涌随时都可能发生 ，所以只能从设备上想办法来应对浪涌，提升设备对浪涌的冲击能力。

以上介绍的这些电网 质量问题都会对数据中心设备运行造成不良影响，有些是致命的，会给数据中心带来灾难性的后果。既然数据中心无法改变电网的质量，那 就要从自身入手，减少电网质量对设备的伤害。首先，数据中心的设备一定要接地，使设备上滤波电路能有效的滤除电网干扰。其次，数据 中心设备要远离载有大电流的导体，产生强电磁场的设备，和一些大功率的非线性负载设备隔开。再次，数据中心设备要增加前级配电保护 装置，增加电能净化设备，比如调压器、滤波器、电涌抑制器、UPS不间断电源。通过这些电能净化设备消除电网质量对数据中心设备的损害 。电网质量对设备的影响往往是潜移默化的，平时很难观察到，往往都是在设备已经发生了故障后才注意到，所以一定要增加防护措施，让 数据中心设备用上安全的电。

答：由于特高压输电线路电压等级高，其无功功率的一个显著特点就是线路电容产生的无功功 率很大，对于100公里的特高压线路，在额定电压为1000千伏以及最高运行电压为1100千伏的条件下，发出的无功功率可以达到40万千乏～50 万千乏，约为500千伏线路的5倍。同时，在特高压电网不同的发展时期，特高压输电线路传输的功率有较大分别，因此无功功率的变化也很 不一样。特高压电网在建设初期,主要是实现点对点的电能输送，受系统阻抗特性及稳定极限的限制，输送功率将小于线路的自然功率，线路 发出的容性无功功率过剩；随着特高压电网的进一步建设，特高压电网将实现各区域电网的互联，电网的输送功率将有很大提高，而且为了 充分利用各区域电网的发电资源，实现水火电互济和更大范围内的资源优化配置，特高压电网的输送功率将随时变化，因而输电线路的无功 功率也将频繁变化。

答：由于特高压输电线路电压等级高，其无功功率的一个显著特点就是线路电容产生的无功功 率很大，对于100公里的特高压线路，在额定电压为1000千伏以及最高运行电压为1100千伏的条件下，发出的无功功率可以达到40万千乏～50 万千乏，约为500千伏线路的5倍。同时，在特高压电网不同的发展时期，特高压输电线路传输的功率有较大分别，因此无功功率的变化也很 不一样。特高压电网在建设初期,主要是实现点对点的电能输送，受系统阻抗特性及稳定极限的限制，输送功率将小于线路的自然功率，线路 发出的容性无功功率过剩；随着特高压电网的进一步建设，特高压电网将实现各区域电网的互联，电网的输送功率将有很大提高，而且为了 充分利用各区域电网的发电资源，实现水火电互济和更大范围内的资源优化配置，特高压电网的输送功率将随时变化，因而输电线路的无功 功率也将频繁变化。

答：在交流特高压输电线路输送功率较小时，并联电容产生的无功功率大于串联电抗消耗的无功功率，电网无功 过剩较大，电压上升，危及设备和系统的安全；在线路末端三相开断或故障后非全相开断时，线路上将产生工频过电压，同样危及设备和系 统的安全。为了保持输电线路的无功平衡，特别是为了限制轻载负荷引起的电压升高和线路开断时引起的工频过电压，通常需要在线路送端 和受端或其中一端装设固定高压并联电抗器来进行无功补偿。高压并联电抗器可以在线路带轻载负荷的情况下吸收线路并联电容发出的无功 功率，减少过剩的无功功率，限制工频过电压。但是加装固定高压并联电抗器后，在输电线路带重载负荷的情况下，线路电抗需要吸收的无 功功率将大于电容发出的无功功率，线路还需要从送端、受端吸收大量的无功功率。为保证正常的功率输送，通常还采用低压无功补偿设备 。低压无功补偿设备一般安装在特高压变压器低压侧绕组，分为容性补偿设备和感性无功补偿设备，根据线路传输功率的变化分组投切。

电网的无功补偿

答：晋东南－南阳－荆门交流特高压试验示范工程中为例，晋东南 －南阳线路长度为363公里，荆门－南阳线路长度为291公里，设计拟采用的高抗配置为：晋东南侧高抗配置容量为96万千乏；晋东南－南阳 线路南阳侧高抗与南阳－荆门线路南阳侧高抗容量相同，均为72万千乏；荆门侧按60万千乏配置。设计拟采用的低压无功补偿配置方案为： 晋东南和荆门站配置低压无功补偿装置，低压电容器组单组容量为24万千乏，低压电抗器单组容量为24万千乏，两站各配置3组低压电容和2 组低压电抗。

答：为限制工频过电压，特高 压输电线路上安装了大容量的固定高抗，会产生一些负面影响：轻载负荷运行情况下线路的电压偏高或重载负荷运行情况下线路电压偏低。 在变压器的低压侧安装低压无功补偿装置，一方面增加了无功补偿的投资，另一方面，由于受变压器低压侧绕组容量的限制，低压无功补偿 可能不完全满足要求。特高压输电线路的无功补偿仅依靠固定高压并联电抗器加低压无功补偿设备的模式不够灵活方便。如果用可控电抗补 偿代替固定电抗补偿，则能兼顾工频过电压限制和无功功率的调节。可控电抗的调节方式是：线路输送功率小时，电抗补偿容量处于最大值 ，限制线路电压的升高；随着线路输送功率的增加平滑或分级减少电抗的补偿容量，使线路串联电抗吸收的无功主要由并联电容产生的无功 功率来平衡；当三相跳闸甩负荷时，快速反应增大电抗补偿容量来限制工频过电压。前苏联曾在500千伏和750千伏系统采用带火花间隙投入 的并联电抗器，在线路重载时，用断路器退出并联电抗器，维持线路电压；当线路甩负荷出现的工频过电压超过火花间隙放电电压时，火花 间隙击穿，快速投入并联电抗器以限制过电压。带火花间隙投入并联电抗器方式比较复杂，而且火花间隙的放电电压的分散性较大，可靠性 不高。俄罗斯和印度研制并采用了可控高压电抗器，其类型包括磁饱和式可控电抗器（MCSR）（又称磁阀式可控电抗器）和变压器式可控电 抗器（TCSR）两种。至今，俄罗斯有500千伏磁饱和式可控电抗器在试运行，在印度有400千伏变压器式可控电抗器（根据俄罗斯技术制造） 投入运行。在国内的可控电抗研究方面，国内厂家已与国内外有经验的大学和研究所合作，在研制500千伏可控电抗器的同时研制1000千伏特 高压可控电抗器，计划通过500千伏样机的挂网试运行，积累经验，争取可控高抗早日在特高压工程中应用。