電力網(wǎng)無(wú)功補償技術(shù)及安全運行

一、無(wú)功補償的作用：

隨著(zhù)變配電網(wǎng)絡(luò )的不斷擴展，電網(wǎng)容量持續增加，用戶(hù)對電網(wǎng)無(wú)功電源的要求與日俱增。無(wú)功電源同有功電源一樣，是保證電力系統電能質(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(mén)除了供給用戶(hù)的有功負荷之外，還要供給用戶(hù)一定量的無(wú)功負荷，有功負荷是用戶(hù)的測量和用電設備正常工作必須要消耗的電能量，無(wú)功負荷則是為了維護電源與用戶(hù)的電感、電容設備之間磁場(chǎng)和電場(chǎng)振蕩所需要的能量，而在電力系統網(wǎng)絡(luò )中，這種能量是無(wú)法避免的。同時(shí)也說(shuō)明電力網(wǎng)中，要保持有功和無(wú)功功率的平衡，否則，將會(huì )使系統電壓降低，電氣設備出力不足，網(wǎng)絡(luò )傳輸能力下降，損耗增加，嚴重時(shí)導致設備損壞，系統解列。解決好網(wǎng)絡(luò )無(wú)功補償問(wèn)題，對電網(wǎng)降損節能有著(zhù)重要的意義。

二、無(wú)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(wú)功補償的道理。目前，無(wú)功補償技術(shù)在國內得到廣泛應用，采用的補償方式一般有三種：1、集中補償。補償電容器組裝設在變電站站內母線(xiàn)上，可手動(dòng)或分組自動(dòng)補償。結合電網(wǎng)實(shí)際情況，選擇按功率因數、電壓無(wú)功、電壓無(wú)功綜合控制或電壓無(wú)功綜合控制兼濾波等不同方式進(jìn)行補償。2、動(dòng)態(tài)無(wú)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(shí)無(wú)充電電流和過(guò)電壓，但由于可控硅有自然導通電壓的特性，電容器投切是會(huì )產(chǎn)生諧波。3、供電線(xiàn)路分組自動(dòng)無(wú)功補償。一般用于廠(chǎng)礦企業(yè)、配電變壓器低壓部分就地補償。在考慮無(wú)功補償方式選擇時(shí)，為了充分發(fā)揮發(fā)、供電設備的潛力，盡量讓發(fā)電機少發(fā)無(wú)功，對于用戶(hù)所需的無(wú)功功率和電網(wǎng)中的無(wú)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(wú)功補償電容器安裝及運行中的安全問(wèn)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(wú)功電力技術(shù)導則》規定：在主變壓器最大負荷時(shí)，高壓側功率因數不低于0.95，中、低壓側功率因數不低于0.9，高壓供電的工業(yè)用戶(hù)和高壓供電裝有帶負荷調整電壓裝置的電力用戶(hù)，功率因數在0.9以上。按照規范要求我們對功率因數值進(jìn)行了統計。公司管轄范圍內，擁有變電站四所，線(xiàn)路配電變壓器159臺。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，于05年建設了一所35kv配電變電站；同時(shí)為滿(mǎn)足郊區大中型廠(chǎng)礦企業(yè)生產(chǎn)需要，新建一所110kv配電變電站。系統運行中，由于存在大量感性負載如線(xiàn)路配電變壓器、電動(dòng)機等電力設備，這些設備空載運行時(shí)均需吸收無(wú)功功率，所吸收的無(wú)功功率占滿(mǎn)載是60％以上，導致公司電網(wǎng)功率因數降低電壓下降，經(jīng)監測發(fā)現線(xiàn)路功率因數在0.72～0.78之間，給企業(yè)及居民用戶(hù)的生產(chǎn)、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(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(wú)功補償裝置，采用功率因數－電壓綜合控制方式來(lái)提高系統電壓水平。投運后，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(wú)功補償裝置電容器及實(shí)際運行中的安全問(wèn)題加以說(shuō)明，以提高大家對電容器安全使用的關(guān)注。

1、安裝接線(xiàn)應符合技術(shù)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(fēng)良好，避免日光照射。電容器組通過(guò)斷路器和電纜連接到母線(xiàn)上。同時(shí)，對于中型點(diǎn)非直接接地系統，當電容器采用星形接線(xiàn)時(shí)，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(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定使用年限的重要條件。運行溫度過(guò)高，導致介質(zhì)擊穿強度的降低，或介質(zhì)損耗的迅速增加。若溫升持續，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，游離電壓會(huì )下降。因此，不同地區電力部門(mén)根據當地氣候條件參照電容器技術(shù)規定要求選擇相應類(lèi)型，以保證運行的安全。

3、電容器的過(guò)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(huì )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(guò)流。由于電容器的無(wú)功功率與運行電壓的平方成正比，系統運行電壓升高，無(wú)功電流也增大，導致電容器溫度升高，不利于安全運行。在運行中要監視系統母線(xiàn)電壓，發(fā)現異常及時(shí)采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(guò)流。電力系統中，廠(chǎng)礦企業(yè)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(huì )使電壓的波形發(fā)生畸變，產(chǎn)生高次諧波，嚴重時(shí)會(huì )使補償電容器與線(xiàn)路中感性負載形成振蕩回路，出線(xiàn)電流諧振，導致電容器嚴重過(guò)負荷，造成熔絲屢斷，電容器組無(wú)法投運。我公司下屬110kv配電站工業(yè)用戶(hù)多為此類(lèi)性質(zhì)，技術(shù)人員對該站內運行線(xiàn)路進(jìn)行連續諧波測試，發(fā)現系統中高次諧波以5、7、11次較為嚴重，為此，我們在無(wú)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(guò)電壓危害。規程規定電容器在1.1倍的額定電壓下可長(cháng)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(guò)電壓對電容器的壽命產(chǎn)生影響，試驗發(fā)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于額定電壓時(shí)的32.7%～37.6%。因此，在實(shí)際運行中為避免產(chǎn)生過(guò)電壓，在設備選型時(shí)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(guò)大。電容器組專(zhuān)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(chǎn)生操作過(guò)電壓沖擊。

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，兩電壓相加將在回路上產(chǎn)生很大的沖擊電流，引起過(guò)熱爆炸。所以，電容器組每次重新合閘，必須在斷路器斷開(kāi)電容器組放電5分鐘后進(jìn)行。資料顯示，某變電站曾發(fā)生由于110kv電源線(xiàn)路跳閘而重合，引起接與10kv母線(xiàn)上的電容器組爆炸，損壞了19臺電容器的事故。要防止此類(lèi)事故發(fā)生，首先要安裝失壓時(shí)能自動(dòng)斷開(kāi)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(lèi)操作。第三，電容器端應并聯(lián)放電電阻，使其停電后能自動(dòng)放電，目前大多數生產(chǎn)廠(chǎng)家在設備出廠(chǎng)前已將放電電阻并聯(lián)入電容器組中。