無功補(bǔ)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(yùn)行管理中的重要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，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(yùn)行。電網(wǎng)無功功率的調(diào)節(jié)是靠無功補(bǔ)償裝置來實(shí)現(xiàn)的，因此，無功補(bǔ)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(yùn)行環(huán)境的要求等非常值得分析和探討。

1 無功補(bǔ)償裝置的概況

從技術(shù)原理上講無功補(bǔ)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(fù)載，所以系統(tǒng)所采用的無功補(bǔ)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(fù)荷多數(shù)集中在配電網(wǎng)絡(luò)，所以多年來用于無功補(bǔ)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(yùn)行需要上說，無功補(bǔ)償裝置由電容器組、投切元件、檢測及保護(hù)元件組成。

早在20世紀(jì)70年代，徐州地區(qū)就要求用戶就地安裝400 V低壓補(bǔ)償裝置，并在變電站安裝了10 kV的電容器補(bǔ)償裝置。當(dāng)時(shí)的低壓無功補(bǔ)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(jìn)行投切的，保護(hù)措施簡單粗糙，當(dāng)電容器組出現(xiàn)整組故障時(shí)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(dāng)時(shí)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(hù)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(shí)現(xiàn)過零投切，熔絲的保護(hù)特性不好。

可見，老式無功補(bǔ)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(yùn)行，運(yùn)行壽命往往只有二三年。而補(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)償裝置在電網(wǎng)中的地位越來越重要，因此提高無功補(bǔ)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(bǔ)償裝置的技術(shù)性能已有了大幅度提高。

2.1 無功補(bǔ)償裝置的自動化水平

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

2.2 無功補(bǔ)償裝置的可靠性

早期無功補(bǔ)償裝置的技術(shù)性能與可靠性不能滿足運(yùn)行要求，目前的產(chǎn)品已做了許多改進(jìn)和提高，從產(chǎn)品的運(yùn)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(yùn)的產(chǎn)品還在安全運(yùn)行，運(yùn)行壽命已超過8年。

無功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行可靠性也是制造廠家比較重視的問題，目前的無功補(bǔ)償裝置采取了不少技術(shù)措施進(jìn)行了完善，現(xiàn)以10 kV和400 V無功補(bǔ)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(bǔ)償裝置的主要元件有：主體元件(電力電容器)、控制保護(hù)檢測元件(CPU微機(jī)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(jìn)，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(yùn)行時(shí)操作不當(dāng)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(jī)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(bǔ)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(dǎo)體器件和電容器是影響可靠性的關(guān)鍵器件，選用時(shí)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(shí)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(qiáng)制性質(zhì)量認(rèn)證體系的實(shí)施，400 V無功補(bǔ)償裝置的電工元件的可靠性已能得到保證，選用時(shí)要選經(jīng)國家3C認(rèn)證的產(chǎn)品。

在10 kV無功補(bǔ)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(jī)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(bǔ)償裝置還是400 V的無功補(bǔ)償裝置，在投切電容器時(shí)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(jī)控制裝置對電壓和電流波形進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)“過零投切”，也就是當(dāng)電壓過零點(diǎn)時(shí)投入電容器組，當(dāng)電流過零點(diǎn)時(shí)切除電容器組。選擇無功補(bǔ)償裝置時(shí)，要注意對這項(xiàng)技術(shù)性能的選擇。