電力網無功補償技術及安全運行

05-19

電力網無功補償技術及安全運行

一、無功補償的作用：

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

二、無功補償的方式：

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,這就是無功補償的道理。目前，無功補償技術在國內得到廣泛應用，採用的補償方式一般有三種：1、集中補償。補償電容器組裝設在變電站站內母線上，可手動或分組自動補償。結合電網實際情況，選擇按功率因數、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、動態無功補償。由可控硅控制投切電容器，這種控制方式反應速度一般在20ms，投切時無充電電流和過電壓，但由於可控硅有自然導通電壓的特性，電容器投切是會產生諧波。3、供電線路分組自動無功補償。一般用於廠礦企業、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，為了充分發揮發、供電設備的潛力，盡量讓發電機少發無功，對於用戶所需的無功功率和電網中的無功損耗優先考慮在變電端予以補償，以增加供電網路中各組成部分的允許溫升和允許電壓降下的輸電能力，減少網路中的電能損耗。

三、無功補償電容器安裝及運行中的安全問題：

根據SD325-89 《中華人民共和國能源部標準電力系統電壓和無功電力技術導則》規定：在主變壓器最大負荷時，高壓側功率因數不低於0.95，中、低壓側功率因數不低於0.9，高壓供電的工業用戶和高壓供電裝有帶負荷調整電壓裝置的電力用戶，功率因數在0.9以上。按照規範要求我們對功率因數值進行了統計。公司管轄範圍內，擁有變電站四所，線路配電變壓器159台。其中主城區由110kv樞紐站供電；配合南水北調丹江口大壩加高工程施工需要，於05年建設了一所35kv配電變電站；同時為滿足郊區大中型廠礦企業生產需要，新建一所110kv配電變電站。系統運行中，由於存在大量感性負載如線路配電變壓器、電動機等電力設備，這些設備空載運行時均需吸收無功功率，所吸收的無功功率佔滿載是60％以上，導致公司電網功率因數降低電壓下降，經監測發現線路功率因數在0.72～0.78之間，給企業及居民用戶的生產、生活造成了影響。根據提高功率因數需要確定補償容量方式，經分析計算後，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，採用功率因數－電壓綜合控制方式來提高系統電壓水平。投運後，兩站功率因數均達到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注。

1、安裝接線應符合技術要求。集中補償的電容器組，應建單獨的電容器室，室內保持通風良好，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，對於中型點非直接接地系統，當電容器採用星形接線時，為防止系統單相接地電壓升高，其外殼應與地絕緣且絕緣等級與電力網的額定電壓相符。

2、環境溫度的影響。電容器的運行溫度是運行人員重要的監視項目。溫度不超出允許範圍是保證電容器安全運和達到預定使用年限的重要條件。運行溫度過高，導致介質擊穿強度的降低，或介質損耗的迅速增加。若溫升持續，將破壞熱平衡，造成熱擊穿。而在低溫條件下，電容器內部將是負壓，遊離電壓會下降。因此，不同地區電力部門根據當地氣候條件參照電容器技術規定要求選擇相應類型，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於電容端電壓不能躍變，會產生合閘涌流，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生很大機械應力，使滅弧室受到破壞，為防止合閘涌流造成的損壞，應盡量減少投切次數，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。由於電容器的無功功率與運行電壓的平方成正比，系統運行電壓升高，無功電流也增大，導致電容器溫度升高，不利於安全運行。在運行中要監視系統母線電壓，發現異常及時採用調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。電力系統中，廠礦企業使用大功率可控硅整流器作為直流電源廣泛應用、電解工藝和變壓器鐵芯的飽和等，都會使電壓的波形發生畸變，產生高次諧波，嚴重時會使補償電容器與線路中感性負載形成振蕩迴路，出線電流諧振，導致電容器嚴重過負荷，造成熔絲屢斷，電容器組無法投運。我公司下屬110kv配電站工業用戶多為此類性質，技術人員對該站內運行線路進行連續諧波測試，發現系統中高次諧波以5、7、11次較為嚴重，為此，我們在無功補償裝置中將電容器迴路串聯電抗率為12%的電抗器，抑制3次以上諧波。

4、電容器的過電壓危害。規程規定電容器在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定的電壓允許值。運行過電壓對電容器的壽命產生影響，試驗發現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於額定電壓時的32.7%～37.6%。因此，在實際運行中為避免產生過電壓，在設備選型時優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在同一相，且三相差值不能過大。電容器組專設的斷路器應選擇合適，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，避免頻繁產生操作過電壓衝擊。

5、嚴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，兩電壓相加將在迴路上產生很大的衝擊電流，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分鐘後進行。資料顯示，某變電站曾發生由於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台電容器的事故。要防止此類事故發生，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，電容器端應並聯放電電阻，使其停電後能自動放電，目前大多數生產廠家在設備出廠前已將放電電阻並聯入電容器組中。