電力網(wǎng)無功補償技術(shù)及安全運行

隨著變配電網(wǎng)絡(luò)的不斷擴展，電網(wǎng)容量持續(xù)增加，用戶對電網(wǎng)無功電源的要求與日俱增。無功電源同有功電源一樣，是保證電力系統(tǒng)電能質(zhì)量、電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)絡(luò)損耗以及安全運行所不可缺少的部分。發(fā)、供電部門除了供給用戶的有功負(fù)荷之外，還要供給用戶一定量的無功負(fù)荷，有功負(fù)荷是用戶的測量和用電設(shè)備正常工作必須要消耗的電能量，無功負(fù)荷則是為了維護電源與用戶的電感、電容設(shè)備之間磁場和電場振蕩所需要的能量，而在電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，這種能量是無法避免的。同時也說明電力網(wǎng)中，要保持有功和無功功率的平衡，否則，將會使系統(tǒng)電壓降低，電氣設(shè)備出力不足，網(wǎng)絡(luò)傳輸能力下降，損耗增加，嚴(yán)重時導(dǎo)致設(shè)備損壞，系統(tǒng)解列。解決好網(wǎng)絡(luò)無功補償問題，對電網(wǎng)降損節(jié)能有著重要的意義。

二、無功補償?shù)姆绞剑?/strong>

在電磁元件電路中有比例地安裝電容元件,使兩者的電流相互抵消,使電流的矢量與電壓矢量之間的夾角縮小,從而提高電能作功的能力,這就是無功補償?shù)牡览?。目前?strong>無功補償技術(shù)在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，采用的補償方式一般有三種：1、集中補償。補償電容器組裝設(shè)在變電站站內(nèi)母線上，可手動或分組自動補償。結(jié)合電網(wǎng)實際情況，選擇按功率因數(shù)、電壓無功、電壓無功綜合控制或電壓無功綜合控制兼濾波等不同方式進行補償。2、動態(tài)無功補償。由可控硅控制投切電容器，這種控制方式反應(yīng)速度一般在20ms，投切時無充電電流和過電壓，但由于可控硅有自然導(dǎo)通電壓的特性，電容器投切是會產(chǎn)生諧波。3、供電線路分組自動無功補償。一般用于廠礦企業(yè)、配電變壓器低壓部分就地補償。在考慮無功補償方式選擇時，為了充分發(fā)揮發(fā)、供電設(shè)備的潛力，盡量讓發(fā)電機少發(fā)無功，對于用戶所需的無功功率和電網(wǎng)中的無功損耗優(yōu)先考慮在變電端予以補償，以增加供電網(wǎng)絡(luò)中各組成部分的允許溫升和允許電壓降下的輸電能力，減少網(wǎng)絡(luò)中的電能損耗。

三、無功補償電容器安裝及運行中的安全問題：

根據(jù)SD325-89 《中華人民共和國能源部標(biāo)準(zhǔn)電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定：在主變壓器最大負(fù)荷時，高壓側(cè)功率因數(shù)不低于0.95，中、低壓側(cè)功率因數(shù)不低于0.9，高壓供電的工業(yè)用戶和高壓供電裝有帶負(fù)荷調(diào)整電壓裝置的電力用戶，功率因數(shù)在0.9以上。按照規(guī)范要求我們對功率因數(shù)值進行了統(tǒng)計。公司管轄范圍內(nèi)，擁有變電站四所，線路配電變壓器159臺。其中主城區(qū)由110kv樞紐站供電；配合南水北調(diào)丹江口大壩加高工程施工需要，于05年建設(shè)了一所35kv配電變電站；同時為滿足郊區(qū)大中型廠礦企業(yè)生產(chǎn)需要，新建一所110kv配電變電站。系統(tǒng)運行中，由于存在大量感性負(fù)載如線路配電變壓器、電動機等電力設(shè)備，這些設(shè)備空載運行時均需吸收無功功率，所吸收的無功功率占滿載是60％以上，導(dǎo)致公司電網(wǎng)功率因數(shù)降低電壓下降，經(jīng)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)線路功率因數(shù)在0.72～0.78之間，給企業(yè)及居民用戶的生產(chǎn)、生活造成了影響。根據(jù)提高功率因數(shù)需要確定補償容量方式，經(jīng)分析計算后，在35kv和110kv配電站分別安裝了兩套容量分別為900kva和 1000 kva的無功補償裝置，采用功率因數(shù)－電壓綜合控制方式來提高系統(tǒng)電壓水平。投運后，兩站功率因數(shù)均達到0.91以上，補償效果明顯。對我們安裝無功補償裝置電容器及實際運行中的安全問題加以說明，以提高大家對電容器安全使用的關(guān)注。

1、安裝接線應(yīng)符合技術(shù)要求。集中補償?shù)碾娙萜鹘M，應(yīng)建單獨的電容器室，室內(nèi)保持通風(fēng)良好，避免日光照射。電容器組通過斷路器和電纜連接到母線上。同時，對于中型點非直接接地系統(tǒng)，當(dāng)電容器采用星形接線時，為防止系統(tǒng)單相接地電壓升高，其外殼應(yīng)與地絕緣且絕緣等級與電力網(wǎng)的額定電壓相符。

2、環(huán)境溫度的影響。電容器的運行溫度是運行人員重要的監(jiān)視項目。溫度不超出允許范圍是保證電容器安全運和達到預(yù)定使用年限的重要條件。運行溫度過高，導(dǎo)致介質(zhì)擊穿強度的降低，或介質(zhì)損耗的迅速增加。若溫升持續(xù)，將破壞熱平衡，造成熱擊穿。而在低溫條件下，電容器內(nèi)部將是負(fù)壓，游離電壓會下降。因此，不同地區(qū)電力部門根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件參照電容器技術(shù)規(guī)定要求選擇相應(yīng)類型，以保證運行的安全。

3、電容器的過電流危害。① 電容器組投入瞬間由于電容端電壓不能躍變，會產(chǎn)生合閘涌流，一般合閘涌流為正常電流幅值的6～8倍。對斷路器的滅弧室產(chǎn)生很大機械應(yīng)力，使滅弧室受到破壞，為防止合閘涌流造成的損壞，應(yīng)盡量減少投切次數(shù)，或在電容器組中串入小電抗器。② 運行電壓升高使電容器過流。由于電容器的無功功率與運行電壓的平方成正比，系統(tǒng)運行電壓升高，無功電流也增大，導(dǎo)致電容器溫度升高，不利于安全運行。在運行中要監(jiān)視系統(tǒng)母線電壓，發(fā)現(xiàn)異常及時采用調(diào)檔等方法使運行電壓保持在平衡位置。③ 電源電壓波形畸變造成電容器過流。電力系統(tǒng)中，廠礦企業(yè)使用大功率可控硅整流器作為直流電源廣泛應(yīng)用、電解工藝和變壓器鐵芯的飽和等，都會使電壓的波形發(fā)生畸變，產(chǎn)生高次諧波，嚴(yán)重時會使補償電容器與線路中感性負(fù)載形成振蕩回路，出線電流諧振，導(dǎo)致電容器嚴(yán)重過負(fù)荷，造成熔絲屢斷，電容器組無法投運。我公司下屬110kv配電站工業(yè)用戶多為此類性質(zhì)，技術(shù)人員對該站內(nèi)運行線路進行連續(xù)諧波測試，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中高次諧波以5、7、11次較為嚴(yán)重，為此，我們在無功補償裝置中將電容器回路串聯(lián)電抗率為12%的電抗器，抑制3次以上諧波。

4、電容器的過電壓危害。規(guī)程規(guī)定電容器在1.1倍的額定電壓下可長期運行，但很多情況下，夜間承受的工作電壓往往高出規(guī)定的電壓允許值。運行過電壓對電容器的壽命產(chǎn)生影響，試驗發(fā)現(xiàn)電容器壽命與電壓的7至8次方成反比。如電壓增高15%，其壽命可能縮短到運行于額定電壓時的32.7%～37.6%。因此，在實際運行中為避免產(chǎn)生過電壓，在設(shè)備選型時優(yōu)先選擇具有較高額定電壓的電容器而且要求電容值差別不大的串聯(lián)在同一相，且三相差值不能過大。電容器組專設(shè)的斷路器應(yīng)選擇合適，一般選用真空、SF6斷路器等。而且操作中盡量減少電容器組投、切次數(shù)，避免頻繁產(chǎn)生操作過電壓沖擊。

5、嚴(yán)禁電容器組帶電荷合閘。如果合閘瞬間電壓極性正好和電容器上殘留電荷的極性相反，兩電壓相加將在回路上產(chǎn)生很大的沖擊電流，引起過熱爆炸。所以，電容器組每次重新合閘，必須在斷路器斷開電容器組放電5分鐘后進行。資料顯示，某變電站曾發(fā)生由于110kv電源線路跳閘而重合，引起接與10kv母線上的電容器組爆炸，損壞了19臺電容器的事故。要防止此類事故發(fā)生，首先要安裝失壓時能自動斷開斷路器的保護裝置。其次運行人員要加強安全意識，避免這類操作。第三，電容器端應(yīng)并聯(lián)放電電阻，使其停電后能自動放電，目前大多數(shù)生產(chǎn)廠家在設(shè)備出廠前已將放電電阻并聯(lián)入電容器組中。