無功補償裝置可靠性分析

從技術原理上講無功補償裝置是在電網中呈感性或容性的元件，由于目前我國中低壓電網以架空線路為主且基本上帶感性負載，所以系統所采用的無功補償裝置多數呈容性，也就是說它是由電容器和相應的附屬設施組成的。

　　由于負荷多數集中在配電網絡，所以多年來用于無功補償的電容器組基本上安裝在電網的中壓側和低壓側，包括35kV、10kV和0.4kV幾個電壓等級。從運行需要上說，無功補償裝置由電容器組、投切元件、檢測及保護元件組成。

　　早在20世紀70年代，徐州地區就要求用戶就地安裝400V低壓補償裝置，并在變電站安裝了10kV的電容器補償裝置。當時的低壓無功補償裝置自動化程度較低，多數電容器組是通過空氣開關由人工進行投切的，保護措施簡單粗糙，當電容器組出現整組故障時才能由空氣開關的熱偶元件啟動空氣開關跳閘，切除故障。低壓電容器的質量也不夠可靠，密封措施不良，經常有電解液泄漏的現象出現。當時在變電站安裝的10kV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;電容器的制作質量不高，絕緣材料由紙和氯化聯苯浸劑組成，紙層均勻度不好，易形成局部擊穿，氯化聯苯有毒，對人體和環境均有影響;裝置的投切靠油斷路器完成，動作次數受限制，不能做到頻繁投切;保護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現過零投切，熔絲的保護特性不好。

　　可見，老式無功補償裝置技術性能不好，主要表現為自動化程度偏低和可靠性不高，不能在電網中長期安全可靠運行，運行壽命往往只有二三年。而補償裝置技術性能好壞是決定其是否能被普遍使用的關鍵。

　　眾所周知，無功功率與電壓是電力系統運行管理中的重要技術標準，無功功率的調節既影響到電網的損耗，也影響到電網的電壓甚至電網的安全運行。電網無功功率的調節是靠無功補償裝置來實現的，因此，無功補償裝置是否可靠，技術條件是否能滿足電網的要求，技術參數是否能滿足運行環境的要求等非常值得分析和探討。

　　隨著電網的不斷發展，對電能質量和節能降耗的要求越來越高，無功補償裝置在電網中的地位越來越重要，因此提高無功補償裝置的技術性能成為迫待解決的問題。幾十年來相關制造廠家和電網有關部門為此作了大量工作，近年來無功補償裝置的技術性能已有了大幅度提高。

　　2.1 無功補償裝置的自動化水平

　　早期的無功補償電容器自動化程度偏低，不能對電網運行參數的變化進行判斷，需要運行人員在運行過程中進行投切操作。當網絡變化頻次高時操作較頻繁，運行人員會感到吃力，增加了工作量。隨著計算機技術的飛速發展，現在的無功補償裝置成功地采用了微機模塊進行裝置的運行管理，自動化程度比較高，能及時判斷電網參數的變化，進行合理的自動投切，不會增加運行人員的工作量，自動化水平已達到電網運行的要求。

　　2.2無功補償裝置的可靠性

　　早期無功補償裝置的技術性能與可靠性不能滿足運行要求，目前的產品已做了許多改進和提高，從產品的運行情況可以反映出這個問題，目前徐州地區許多2000年投運的產品還在安全運行，運行壽命已超過8年。

　　無功補償裝置的運行可靠性也是制造廠家比較重視的問題，目前的無功補償裝置采取了不少技術措施進行了完善，現以10kV和400V無功補償裝置為例，從以下三個因素著手分析。

　　2.2.1

　　2.2.3電能質量異常的影響

　　對于電能質量異常如過電壓、諧波、電壓閃變、波形的畸變等干擾因素，目前的產品也采取了保護措施，如基本上都安裝了監測裝置，可對這些因素進行監測;采取了過電壓保護措施和抑制諧波、閃變、波形畸變的措施。只是由于電子電路元件抗過電壓及電壓突變能力差些，所以在電子電路的電源端、信號輸入輸出端要采取保護和隔離措施，建議制造廠和有關用戶注意。

　　3 小結

　　綜上所述，隨著技術水平的不斷提高，無功補償裝置的技術性能得以不斷完善，原裝置存在的問題基本上得到解決。客觀上說，自動化功能已健全，甚至可達到智能化的要求，不會在運行中給工作人員帶來操作上的麻煩。對可靠性問題，裝置本身也有大幅度提高，如電容器制作工藝的改善、投切開關的技術更新等。但有些問題還需進一步改進，如裝置電子電路元件的可靠性是較關鍵的環節，影響它的因素較多，有技術性能上的，也有技術措施上的，甚至有經濟上的(如價格)。希望制造廠選用技術參數好的元件進行組裝，采取完善的技術措施加以保護，并對產品做嚴格的老化試驗，在價格相對合理的情況下挑選信譽好的產品，以進一步保證裝置的可靠性。

　　工作環境的影響

　　這里主要指溫度、濕度、雨水、灰塵、小動物等外界因素的影響。無功補償裝置的安裝形式大體有3種，即配電房內的補償柜、箱式變的補償設備、線路公用配變的柱上補償箱。其中前兩者可以看作戶內安裝形式，公用配變的柱上補償箱則屬于戶外安裝形式，其工作環境最為惡劣。

　　戶外安裝的裝置箱體直接與外界空氣環境接觸，隔熱效果差，箱體內溫度變化劇烈，易出現凝露現象，易受外界溫度、濕度、雨水、灰塵、小動物的干擾，這些因素都影響到裝置的可靠性和壽命。

　　a.溫度。近年來廠方提供的產品技術參數中，環境溫度的表述有所不同，有40℃、55℃、60℃、65℃等。筆者在夏季最炎熱時曾經做過溫度測試實驗：在晴天氣溫為37℃時，對柱上補償箱測溫，箱體金屬殼體溫度可達59℃，箱體內空氣溫度可達45℃，箱體內固定件溫度可達48℃。顯然環境溫度參數為40℃的裝置不能滿足要求，環境溫度為55℃的裝置裕度不夠。由于裝置中受溫度影響最靈敏的元件是電子電路元器件，而作為工業用的電子器件工作溫度一般為25～75℃，所以在充分考慮環境溫度并留有一定裕度的原則下，裝置溫度參數以60℃及以上較適宜。

　　b.濕度。在近年來廠方提供的產品技術參數中，相對濕度的表述也有不同，有的表述為“在溫度20℃時相對濕度不超過50%，在溫度40℃時相對濕度不超過90%”，有的表述為“在溫度40℃時相對濕度不超過90%”，有的表述為“相對濕度不超過80%”。根據柱上補償裝置作為戶外設備的情況，以上相對濕度的要求都偏低，尤其是在蘇南地區，夏季梅雨季節濕度很大，所以相對濕度的參數應為95%較適宜。

　　c.防雨、防塵和防凝露。防雨、防塵和防凝露性能的好壞與箱體的結構與密封情況有關。從原理上講，解決防雨防塵的措施和解決防凝露的措施是有矛盾的。在相對情況下，密封措施越好則防雨防塵效果越好，而防箱體內部凝露的效果則越差，這是因為：在不是絕對密封的情況下，由于箱體的呼吸不暢，在溫濕度變化大時，箱體內部的潮濕空氣不能對流，易在箱體內部凝露。所以在裝置箱體的制作方面也應有較高的技術要求，要恰當地把握好防雨防塵和防凝露之間的關系，合理地提高箱體的防護等級標準，使這兩個問題都能得到妥善解決。

　　2.2.2裝置本身元器件的可靠性

　　構成新型無功補償裝置的主要元件有：主體元件(電力電容器)、控制保護檢測元件(CPU微機控制器及電子電路元件)、投切元件(開關等電工元件)3個部分。

　　a.電力電容器。近年來制造廠家在產品原料和生產工藝上都做了明顯的改進，如10kV電力電容器以全膜或膜紙介質代替了過去的紙介質，以去毒化十二烷基苯代替了過去的氯化聯苯，采用了抽真空密封的工藝技術等，使電力電容器的質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，節約了占地面積，節省了投資。400V電容器也采取了抽真空密封工藝，并生產出自愈式金屬化薄膜電容器等產品來提高其可靠性。但由于產品本身的性質和結構上的原因(如電容器在絕緣結構上要形成分層絕緣)，它在絕緣方面的可靠性不能與開關、絕緣支柱等元件相比，在運行時操作不當會在電容器中產生涌流，從而對電容器產生不良影響。

　　b.微機控制元件及電子電路元件。隨著電子技術的飛躍發展，這些元件已有較高的可靠性及較長的壽命。根據使用環境的不同，這些元件的技術等級有明顯的區別，大致可分為軍用、工業用、民用及普通4個等級。無功補償裝置應采用工業用的電子電路元件。在電子電路元件中集成電路及其他半導體器件和電容器是影響可靠性的關鍵器件，選用時更要注意其級別。耐受電壓參數和工作溫度參數對于可靠性而言也比較重要，在具體選擇時應注意留有余地，耐受電壓參數要提高一個檔次選用，工作溫度參數要充分考慮環境溫度的影響。

　　c.開關等電工元件。隨著制造工藝水平的大幅度提高和國家強制性質量認證體系的實施，400V無功補償裝置的電工元件的可靠性已能得到保證，選用時要選經國家3C認證的產品。

　　在10kV無功補償裝置中，以前的產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。隨著高壓開關無油化技術的發展，10kV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10kV的無功補償裝置還是400V的無功補償裝置，在投切電容器時都可能出現涌流現象，這對電容器來說是不利的。現在的技術已經能解決這個問題，即利用微機控制裝置對電壓和電流波形進行分析，實現“過零投切”，也就是當電壓過零點時投入電容器組，當電流過零點時切除電容器組。選擇無功補償裝置時，要注意對這項技術性能的選擇。

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