無功補償裝置的技術(shù)性能與可靠性 

眾所周知，無功功率與電壓是電力系統(tǒng)運行管理中的重要技術(shù)標準，無功功率的調(diào)節(jié)既影響到電網(wǎng)的損耗，也影響到電網(wǎng)的電壓甚至電網(wǎng)的安全運行。電網(wǎng)無功功率的調(diào)節(jié)是靠無功補償裝置來實現(xiàn)的，因此，無功補償裝置是否可靠，技術(shù)條件是否能滿足電網(wǎng)的要求，技術(shù)參數(shù)是否能滿足運行環(huán)境的要求等非常值得分析和探討。

1 無功補償裝置的概況

從技術(shù)原理上講無功補償裝置是在電網(wǎng)中呈感性或容性的元件，由于目前我國中低壓電網(wǎng)以架空線路為主且基本上帶感性負載，所以系統(tǒng)所采用的無功補償裝置多數(shù)呈容性，也就是說它是由電容器和相應(yīng)的附屬設(shè)施組成的。

由于負荷多數(shù)集中在配電網(wǎng)絡(luò)，所以多年來用于無功補償?shù)碾娙萜鹘M基本上安裝在電網(wǎng)的中壓側(cè)和低壓側(cè)，包括35 kV、10 kV和0.4 kV幾個電壓等級。從運行需要上說，無功補償裝置由電容器組、投切元件、檢測及保護元件組成。

早在20世紀70年代，徐州地區(qū)就要求用戶就地安裝400 V低壓補償裝置，并在變電站安裝了10 kV的電容器補償裝置。當時的低壓無功補償裝置自動化程度較低，多數(shù)電容器組是通過空氣開關(guān)由人工進行投切的，保護措施簡單粗糙，當電容器組出現(xiàn)整組故障時才能由空氣開關(guān)的熱偶元件啟動空氣開關(guān)跳閘，切除故障。低壓電容器的質(zhì)量也不夠可靠，密封措施不良，經(jīng)常有電解液泄漏的現(xiàn)象出現(xiàn)。當時在變電站安裝的10 kV電容器組是由單臺電容器組合而成的，或接成三角形或接成星形，體積較大，一般要建造電容器室用來安裝；電容器的制作質(zhì)量不高，絕緣材料由紙和氯化聯(lián)苯浸劑組成，紙層均勻度不好，易形成局部擊穿，氯化聯(lián)苯有毒，對人體和環(huán)境均有影響；裝置的投切靠油斷路器完成，動作次數(shù)受限制，不能做到頻繁投切；保護部分由電磁式繼電器和單臺熔絲組成，電磁式繼電器無法實現(xiàn)過零投切，熔絲的保護特性不好。

可見，老式無功補償裝置技術(shù)性能不好，主要表現(xiàn)為自動化程度偏低和可靠性不高，不能在電網(wǎng)中長期安全可靠運行，運行壽命往往只有二三年。而補償裝置技術(shù)性能好壞是決定其是否能被普遍使用的關(guān)鍵。

2 無功補償裝置技術(shù)性能分析

隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，對電能質(zhì)量和節(jié)能降耗的要求越來越高，無功補償裝置在電網(wǎng)中的地位越來越重要，因此提高無功補償裝置的技術(shù)性能成為迫待解決的問題。幾十年來相關(guān)制造廠家和電網(wǎng)有關(guān)部門為此作了大量工作，近年來無功補償裝置的技術(shù)性能已有了大幅度提高。

2.1 無功補償裝置的自動化水平

早期的無功補償電容器自動化程度偏低，不能對電網(wǎng)運行參數(shù)的變化進行判斷，需要運行人員在運行過程中進行投切操作。當網(wǎng)絡(luò)變化頻次高時操作較頻繁，運行人員會感到吃力，增加了工作量。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)在的無功補償裝置成功地采用了微機模塊進行裝置的運行管理，自動化程度比較高，能及時判斷電網(wǎng)參數(shù)的變化，進行合理的自動投切，不會增加運行人員的工作量，自動化水平已達到電網(wǎng)運行的要求。

2.2 無功補償裝置的可靠性

早期無功補償裝置的技術(shù)性能與可靠性不能滿足運行要求，目前的產(chǎn)品已做了許多改進和提高，從產(chǎn)品的運行情況可以反映出這個問題，目前徐州地區(qū)許多2000年投運的產(chǎn)品還在安全運行，運行壽命已超過8年。

無功補償裝置的運行可靠性也是制造廠家比較重視的問題，目前的無功補償裝置采取了不少技術(shù)措施進行了完善，現(xiàn)以10 kV和400 V無功補償裝置為例，從以下三個因素著手分析。

2.2.1 裝置本身元器件的可靠性

構(gòu)成新型無功補償裝置的主要元件有：主體元件(電力電容器)、控制保護檢測元件(CPU微機控制器及電子電路元件)、投切元件（開關(guān)等電工元件）3個部分。

a. 電力電容器。近年來制造廠家在產(chǎn)品原料和生產(chǎn)工藝上都做了明顯的改進，如10 kV電力電容器以全膜或膜紙介質(zhì)代替了過去的紙介質(zhì)，以去毒化十二烷基苯代替了過去的氯化聯(lián)苯，采用了抽真空密封的工藝技術(shù)等，使電力電容器的質(zhì)量和壽命有了大幅度的提高。另外還采取了集合式組裝形式，可在室外安裝使用，節(jié)約了占地面積，節(jié)省了投資。400 V電容器也采取了抽真空密封工藝，并生產(chǎn)出自愈式金屬化薄膜電容器等產(chǎn)品來提高其可靠性。但由于產(chǎn)品本身的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的原因（如電容器在絕緣結(jié)構(gòu)上要形成分層絕緣），它在絕緣方面的可靠性不能與開關(guān)、絕緣支柱等元件相比，在運行時操作不當會在電容器中產(chǎn)生涌流，從而對電容器產(chǎn)生不良影響。

b. 微機控制元件及電子電路元件。隨著電子技術(shù)的飛躍發(fā)展，這些元件已有較高的可靠性及較長的壽命。根據(jù)使用環(huán)境的不同，這些元件的技術(shù)等級有明顯的區(qū)別，大致可分為軍用、工業(yè)用、民用及普通4個等級。無功補償裝置應(yīng)采用工業(yè)用的電子電路元件。在電子電路元件中集成電路及其他半導體器件和電容器是影響可靠性的關(guān)鍵器件，選用時更要注意其級別。耐受電壓參數(shù)和工作溫度參數(shù)對于可靠性而言也比較重要，在具體選擇時應(yīng)注意留有余地，耐受電壓參數(shù)要提高一個檔次選用，工作溫度參數(shù)要充分考慮環(huán)境溫度的影響。

c. 開關(guān)等電工元件。隨著制造工藝水平的大幅度提高和國家強制性質(zhì)量認證體系的實施，400 V無功補償裝置的電工元件的可靠性已能得到保證，選用時要選經(jīng)國家3C認證的產(chǎn)品。

在10 kV無功補償裝置中，以前的產(chǎn)品是用油斷路器來投切電容器的，不能滿足頻繁投切的需要。隨著高壓開關(guān)無油化技術(shù)的發(fā)展，10 kV油斷路器已被真空斷路器和SF6斷路器替代。這兩種斷路器的電氣壽命和機械壽命長，都可以滿足頻繁投切的要求。但真空斷路器在滅弧原理上會出現(xiàn)截流過電壓的情況，影響電容器的絕緣壽命，所以以選用SF6斷路器為宜。

無論是10 kV的無功補償裝置還是400 V的無功補償裝置，在投切電容器時都可能出現(xiàn)涌流現(xiàn)象，這對電容器來說是不利的。現(xiàn)在的技術(shù)已經(jīng)能解決這個問題，即利用微機控制裝置對電壓和電流波形進行分析，實現(xiàn)“過零投切”，也就是當電壓過零點時投入電容器組，當電流過零點時切除電容器組。選擇無功補償裝置時，要注意對這項技術(shù)性能的選擇。