摘要：在電網(wǎng)中，無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備有并聯(lián)電容器、靜止補(bǔ)償器、多相調(diào)相機(jī)、發(fā)電機(jī)等，多分組電容器，其中分組投切電容器組有良好的調(diào)節(jié)性能；本文主要介紹運(yùn)用多個(gè)電容器分組進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒霸谶@種方法中容易出現(xiàn)的問題及解決方法。

關(guān)鍵詞：電容器 多分組 投切

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，電網(wǎng)電壓質(zhì)量成為重要指標(biāo)。電容器無(wú)功補(bǔ)償在此方面有明顯的優(yōu)勢(shì)，它作為解決此類問題的設(shè)備逐漸發(fā)展起來(lái)。變電站無(wú)功補(bǔ)償采用集中補(bǔ)償?shù)恼级鄶?shù)，電容器組采用框架分層、分相組裝，并多組同時(shí)運(yùn)行，大部分變電站電容器無(wú)功補(bǔ)償逐漸向密集型發(fā)展。電容器組已成為無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹髁髁α?。本文介紹了運(yùn)用多個(gè)電容器分組進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒霸谶@種方法中容易出現(xiàn)的問題及解決方法。然后對(duì)多分組電容器的投切作了詳細(xì)的分析，推導(dǎo)出在一組或多組電容器投退后，最優(yōu)化補(bǔ)償?shù)挠?jì)算公式，最后給出了實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化電壓控制的投切方案。

1 多分組電容器原理

電容器在電力系統(tǒng)中是最主要的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，并以電介質(zhì)為工作介質(zhì)的一種設(shè)備，根據(jù)變電站現(xiàn)場(chǎng)的使用條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，在額定電壓下介質(zhì)中的電場(chǎng)強(qiáng)度很高。最初的補(bǔ)償設(shè)備是單組電容器進(jìn)行補(bǔ)償，此時(shí)Q=ωU2，Q正比于U2，當(dāng)電壓大于額定值過負(fù)荷時(shí)，運(yùn)行電壓分別上升到額定電壓的120%或130%，無(wú)功功率增加了20%或40%；如運(yùn)行電壓為額定電壓的80%時(shí)，無(wú)功功率降低15%，而電容器運(yùn)行電壓比額定值低，則降低了無(wú)功出力，使容量沒有充分利用顯然是不合適的。根據(jù)此情況我們運(yùn)用多分組的方式將多個(gè)單組電容器進(jìn)行合理的組合，再找出最優(yōu)化的投切方法，原理如圖1所示。

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圖1 多分組電容器工作原理

當(dāng)運(yùn)行電壓升高時(shí)，電容器溫度增加，此時(shí)電容器的有功功率損耗P=ωCU2tgδ，由公式可以看出隨著U平方的變化，有功功率損耗P變化，并且呈線性關(guān)系。轉(zhuǎn)換為熱量散發(fā)出去，運(yùn)行電壓升高，發(fā)熱量逐漸增加。電流增大，電壓越高，電流越大甚至擊穿電容器，造成熱損壞。在這種情況下，電容器的壽命隨電壓的升高而縮短，因此電容器運(yùn)行電壓原則上應(yīng)等于額定電壓，為保證電容器的安全運(yùn)行，我們要控制電壓在能許范圍以內(nèi)。多分組自動(dòng)投切電容器組的無(wú)功補(bǔ)償方式為，利用原有電容投切斷路器和原有自動(dòng)化控制裝置作為控制元件，電容器出線開關(guān)故障少，運(yùn)行正常，利用自動(dòng)控制系統(tǒng)的功率因數(shù)使用其作為判據(jù)進(jìn)行電容器投切，實(shí)現(xiàn)多分組電容器的自動(dòng)投切，適應(yīng)無(wú)功補(bǔ)償容量的需求，達(dá)到最理想的補(bǔ)償效果?！蹲冸娬具\(yùn)行規(guī)程》中規(guī)定“電容器長(zhǎng)期運(yùn)行中的工作電壓不能超過電容器額定電壓的1.05倍。”在運(yùn)行中對(duì)電容器電壓進(jìn)行監(jiān)視，注意高電壓，過電流等參數(shù)變化，超過規(guī)定電壓時(shí)退出電容器組的運(yùn)行。

變電站無(wú)功補(bǔ)償工程中，單組電容器安裝時(shí)要注意電容器的過電壓，根據(jù)系統(tǒng)電壓選用合適的額定電壓的補(bǔ)償電容器，每段母線理論上要安裝至少3組獨(dú)立單組電容器組，用于控制系統(tǒng)控制，每相的電容器長(zhǎng)時(shí)間處于過電壓狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，要進(jìn)行智能控制。

2 案例分析

在山東某工程中安裝3套10kV單組投切電容器，補(bǔ)償總?cè)萘繛?500kvar，單組容量為2500kvar。3組電容器支路均采用DAM22/3-400-2W型電容器四單元串并聯(lián)，單組電容器單元內(nèi)部為20并5串。

此時(shí)M1=3，M2=3，N=2，m1=m2=20，n1=n2=2，在3個(gè)組都投入運(yùn)行時(shí)，合閘涌流及分閘過電壓關(guān)系計(jì)算，由式(2)~(4)可計(jì)算處切除元件個(gè)數(shù)k與過電壓倍數(shù)的關(guān)系，見圖2。

圖2元件個(gè)數(shù)k與過電壓倍數(shù)的關(guān)系

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由圖2可以看出，單組電容器中，投切且采用共用中性點(diǎn)的方式時(shí)，分組投切電容器組的補(bǔ)償效果及過電壓倍數(shù)都不能滿足要求，補(bǔ)償效果不理想。當(dāng)按照本文推薦的多分組投切方法進(jìn)行運(yùn)行時(shí)，由于組合算法的存在，但是對(duì)單組中的電容器組內(nèi)部3個(gè)及3個(gè)以上的電容器單元的控制能達(dá)到最優(yōu)，并且可以將電容等效簡(jiǎn)化成C2進(jìn)行計(jì)算；把多組電容器組等容量分組時(shí)，即當(dāng)N=1時(shí)，電容器支路中的電容器可看作完全并聯(lián)，補(bǔ)償效果最好；當(dāng)N>1時(shí)，需按照本文推薦的公式進(jìn)行分析計(jì)算。

3 結(jié)語(yǔ)

在多分組投切電容器組補(bǔ)償方式中，補(bǔ)償精度與電容器組數(shù)成正比，電容器分的組數(shù)越多，補(bǔ)償精度越高，通常110kV變電站電容器分5組，35kV變電站電容器分3組或5組。但是設(shè)備投資成本大，對(duì)設(shè)備的可靠性要求高。電容器分組投切方式最好選擇循環(huán)投切方式，即先投入的那組電容器組在切除時(shí)就要先切除，每個(gè)分組電容器要平均投入、切除，避免某一組設(shè)備因頻繁使用而提前損壞。主要問題總結(jié)如下：①分組投切電容器組時(shí)合閘涌流和分閘過電壓是最主要的問題；②在分組電容器組中要串聯(lián)限流電抗器，以限制合閘涌流；③真空斷路器增加節(jié)點(diǎn)，并聯(lián)電阻，可作為理想的投切設(shè)備。

變電站無(wú)功補(bǔ)償裝置在應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)分組等容自動(dòng)投切的變電站數(shù)量逐年上升，但是目前國(guó)家還沒有專門的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，來(lái)規(guī)定這方面的指標(biāo)。但隨著政策的逐漸完善，相信其應(yīng)用前景也將更加廣闊。

參考文獻(xiàn)：

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