一、引言 　　隨著我國(guó)電力供求量的快速增長(zhǎng)，提高電能質(zhì)量、降低輸變電損耗的要求也日益迫切。利用電容器電抗器投切實(shí)現(xiàn)無(wú)功就地平衡是提高電能質(zhì)量、降低線損的主要手段，尤其是110kv、35kv變電站作為電網(wǎng)系統(tǒng)中的末端變電站，承擔(dān)著直接向用戶負(fù)載提供電壓穩(wěn)定無(wú)功平衡的高質(zhì)量電能的任務(wù)，無(wú)功補(bǔ)償裝置顯得更為重要。目前大多數(shù)110kv、35kv變電站的無(wú)功補(bǔ)償均不夠理想，特別是農(nóng)網(wǎng)站雖然原來(lái)設(shè)計(jì)有并聯(lián)電容器裝置,但多數(shù)由于不能適應(yīng)負(fù)荷的變化達(dá)不到理想的補(bǔ)償效果，負(fù)荷高峰時(shí)有的變電站10kv母線功率因數(shù)低到0.7以下。研制適用于110kv、35kv變電站自動(dòng)跟蹤負(fù)荷變化進(jìn)行補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)又能自動(dòng)調(diào)壓的新一代高可靠10kv無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置十分重要。 二、自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償?shù)谋匾? 　　1、負(fù)荷的變化需要自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償 　　以下是一個(gè)典型的變電站日負(fù)荷變化曲線圖： 　　這是濟(jì)南地區(qū)章丘市的110kv龍山變電站的日負(fù)荷變化曲線圖。大多數(shù)110kv、35kv變電站都是類似的負(fù)荷變化，該站原來(lái)安裝有單組電容器人工投切裝置，投切開(kāi)關(guān)采用傳統(tǒng)斷路器安裝在開(kāi)關(guān)室內(nèi)（也叫電容出線開(kāi)關(guān)），通過(guò)電纜聯(lián)接到電容器室的電容器上。從這個(gè)變電站的日負(fù)荷變化曲線圖上看，每晝夜24小時(shí)負(fù)荷變化為兩個(gè)高峰循環(huán)，單組電容器顯然無(wú)法跟蹤負(fù)載變化，只能根據(jù)負(fù)荷情況人工投切，但是傳統(tǒng)斷路器作為電容器投切開(kāi)關(guān)不能滿足頻繁操作的要求，每天幾次的頻繁動(dòng)作很快就出現(xiàn)故障，時(shí)間一長(zhǎng)運(yùn)行人員懶得去頻繁操作，使這個(gè)站長(zhǎng)期處于無(wú)補(bǔ)償狀態(tài)。 　　2、變電站實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守電容器裝置需要改為自動(dòng)補(bǔ)償 　　目前國(guó)內(nèi)多數(shù)變電站安裝了綜合自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守，變電站實(shí)現(xiàn)了綜合自動(dòng)化無(wú)人值守，并聯(lián)電容器裝置也勢(shì)必要改成自動(dòng)補(bǔ)償裝置。 　　上述的110kv龍山變電站于2002年安裝了綜合自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守，同時(shí)將原來(lái)人工投切操作的單組電容器裝置，通過(guò)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)投切電容器，投切開(kāi)關(guān)還是原來(lái)的電容出線開(kāi)關(guān),利用電容出線開(kāi)關(guān)柜上的的綜合自動(dòng)化保護(hù)單元作為控制元件，利用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功率因數(shù)作為投切電容器的判據(jù)，實(shí)現(xiàn)了單組電容器自動(dòng)投切。顯然負(fù)荷的變化還是不能跟蹤，電容器出線開(kāi)關(guān)經(jīng)常處于故障狀態(tài)，運(yùn)行一直不能正常。從實(shí)際情況來(lái)看僅利用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償也不夠理想。 三、實(shí)現(xiàn)無(wú)功自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備要求 　　1、 投資成本要求 　　實(shí)現(xiàn)無(wú)功自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償就是根據(jù)負(fù)荷大小投入電容器多少，把總補(bǔ)償容量的電容器分為多組根據(jù)負(fù)荷大小變化投切電容器組數(shù)，盡可能的達(dá)到無(wú)功平衡。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，但是設(shè)備投資成本越大,占地空間越大，設(shè)備的可靠性要求越高。要提高補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償精度，實(shí)現(xiàn)分組跟蹤補(bǔ)償，利用傳統(tǒng)的設(shè)備由于投資成本和占地空間限制很難推廣使用。 　　2、 電容器投切開(kāi)關(guān)的要求 　　跟蹤負(fù)荷的變化自動(dòng)投切電容器，投切開(kāi)關(guān)是最主要的問(wèn)題。投切電容器開(kāi)關(guān)和普通負(fù)載的開(kāi)關(guān)有很大的區(qū)別。投電容時(shí)開(kāi)關(guān)觸頭要承受的電流（涌流）是額定電流的幾倍或幾十倍，切電容時(shí)開(kāi)關(guān)觸頭承受的電壓是額定電壓的兩倍以上。普通負(fù)載的開(kāi)關(guān)合閘分閘時(shí)沒(méi)有以上現(xiàn)象。所以投切電容的開(kāi)關(guān)要求①觸頭的承受電流要盡量大，觸頭壓力不能太小，以承受合閘涌流的沖擊減小觸頭燒損；②觸頭間隙不能太小，以承受分閘時(shí)的過(guò)電壓避免重燃：③適合頻繁動(dòng)作，自動(dòng)補(bǔ)償裝置中的高壓開(kāi)關(guān)，根據(jù)負(fù)荷的變化每天幾次甚至十幾次動(dòng)作分合電容器，遠(yuǎn)比普通負(fù)載用的高壓開(kāi)關(guān)動(dòng)作頻繁。從以上分析看，常規(guī)的斷路器開(kāi)關(guān)因不適于頻繁動(dòng)作不能使用。接觸器雖然適于頻繁動(dòng)作但是因?yàn)橛|頭壓力僅為斷路器的1/10或更小，承受電流沖擊能力差，觸頭燒損嚴(yán)重；觸頭間隙小切電容時(shí)易重燃，所以盡量不用。投切電容的開(kāi)關(guān)最好選用適合頻繁動(dòng)作、重燃幾率小的斷路器或電容器投切專用開(kāi)關(guān)。 　　3、電容器電抗器要求 　　自動(dòng)補(bǔ)償裝置中的電容器沒(méi)有特殊要求，主要是適合根據(jù)容量進(jìn)行分組。 自動(dòng)補(bǔ)償裝置中的電抗器主要是抑制涌流和抑制諧波，為了減小整套設(shè)備的體積宜選用干式鐵心電抗器。 四、ds3型10kv無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置介紹 ds3型10kv無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置，是在一面普通開(kāi)關(guān)柜殼體內(nèi)裝入多臺(tái)開(kāi)關(guān)，把電容器分為多組自動(dòng)跟蹤負(fù)荷變化投切電容器組，實(shí)現(xiàn)理想的無(wú)功補(bǔ)償就地隨時(shí)平衡，同時(shí)根據(jù)10kv母線電壓的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)變壓器有載調(diào)壓分接頭進(jìn)行自動(dòng)調(diào)壓。本裝置適用于35kv～220kv變電站，占地面積小、安裝施工簡(jiǎn)單。裝置顯著特點(diǎn)如下： 　　1、 占地面積小、安裝施工簡(jiǎn)單 　　把電容器分成多組，減小整套裝置的占地面積是一個(gè)大問(wèn)題，用傳統(tǒng)的設(shè)備和方式不能解決。本產(chǎn)品采用緊湊形結(jié)構(gòu)在一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)高壓開(kāi)關(guān)柜殼體內(nèi)裝5臺(tái)專用真空斷路器開(kāi)關(guān)，5路微機(jī)保護(hù)，15只放電線圈及vqc綜合控制器等等，除電容器電抗器以外的全部一次二次電器設(shè)備，都裝在裝置柜里面如圖。補(bǔ)償容量10000kvar時(shí)分5組投切，整套裝置占地僅6×1.2平米。安裝時(shí)僅接入一次進(jìn)線和所要采集的二次信號(hào)即可。 　　2.模塊式電容器投切專用真空開(kāi)關(guān) 　　電容器投切專用開(kāi)關(guān)采用模塊式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì), 體積小可任意組合，能在1.2×1.2平米的柜底安裝5臺(tái)，開(kāi)關(guān)的滅弧室采用真空斷路器滅弧室，能長(zhǎng)期承受投電容器時(shí)涌流的沖擊，大觸頭開(kāi)距切電容器時(shí)能避免重燃。專門設(shè)計(jì)可頻繁動(dòng)作操作機(jī)構(gòu)，可靠動(dòng)作壽命3萬(wàn)次。 　　3．每組電容都有微機(jī)保護(hù) 　　對(duì)各分組電容器都裝有過(guò)電壓、過(guò)電流和三相不平衡電壓的微機(jī)保護(hù)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電容器的內(nèi)部故障，有效防止電容器內(nèi)部故障的擴(kuò)大，杜絕電容器由內(nèi)部故障狀態(tài)發(fā)展到事故狀態(tài)，保證電容器組的安全運(yùn)行。任一組電容器發(fā)生故障時(shí)微機(jī)保護(hù)動(dòng)作切除該電容器組，其它電容組正常運(yùn)行，不影響整套裝置運(yùn)行。 　　5．“四遙”功能，任意連接通信 　　具有rs-232，rs-485通信接口，可接入變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)或調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“四遙”功能。 　　4．跟蹤負(fù)荷變化、隨時(shí)就地平衡 　　把電容器分為5組，連續(xù)遞增或遞減循環(huán)投切電容器，能使功率因數(shù)穩(wěn)定在定值范圍內(nèi)，并且投切電容時(shí)對(duì)電網(wǎng)沖擊小。 　　上述的濟(jì)南地區(qū)章丘市的110kv龍山變電站，電容器總?cè)萘繛?500qkavr共分為5組，每組1500kavr，功率因數(shù)整定值下限為0.94上限為0.98，無(wú)功功率整定值為1550kavr，以下是晝夜24小時(shí)本產(chǎn)品裝置的電容器投切情況： 　　裝置跟蹤負(fù)荷的變化投切電容器組，使功率因數(shù)穩(wěn)定在0.93—0.98的范圍內(nèi)，補(bǔ)償效果較為理想。 　　5、電容器的故障保護(hù)和事故保護(hù) 　　電容器是高場(chǎng)強(qiáng)的高壓設(shè)備，電容器頻繁投切容易發(fā)生擊穿故障，一旦發(fā)生擊穿故障有可能引起電容器爆炸著火。10kv無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置運(yùn)行的可靠性、安全性，杜絕爆炸著火事故的發(fā)生一直是一個(gè)棘手的問(wèn)題。 　　在設(shè)備安全運(yùn)行上如何及時(shí)發(fā)現(xiàn)電容器的早期故障，發(fā)現(xiàn)故障后盡快的把故障電容器切掉，是保證高壓無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備安全運(yùn)行、避免爆炸事件發(fā)生的根本條件。而電容器早期故障的發(fā)現(xiàn)，用常規(guī)的電流保護(hù)不容易解決，原因是單只高壓電力電容器內(nèi)部是由多個(gè)小單元電容器串聯(lián)而成，額定電壓就分配在幾個(gè)單元電容器上，電容器損壞時(shí)，首先是內(nèi)部一個(gè)單元電容發(fā)生擊穿損壞，這時(shí)電流變化很小，用常規(guī)的電流保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。一個(gè)單元電容發(fā)生擊穿損壞后使剩下的單元電容運(yùn)行電壓升高，電容器繼續(xù)運(yùn)行很快就會(huì)又出現(xiàn)第二個(gè)單元電容擊穿損壞，剩下單元電容運(yùn)行電壓又被提高，此時(shí)電容器有可能已經(jīng)出現(xiàn)鼓肚，重者出現(xiàn)鼓裂、漏油。繼續(xù)運(yùn)行很可能會(huì)造成這只電容器由鼓肚、鼓裂、漏油到爆炸起火。 　　ds3型10kv無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)有故障和事故有兩種保護(hù)如圖所示。故障保護(hù)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電容器的早期擊穿故障，避免由故障發(fā)展到事故狀態(tài)。事故保護(hù)能避免事故擴(kuò)大向上一級(jí)蔓延。故障保護(hù)設(shè)計(jì)有三個(gè)保護(hù)層面，第一層電壓不平衡保護(hù)，第二層1段過(guò)流保護(hù)，第三層2段過(guò)流保護(hù)。 　　電容器內(nèi)部某個(gè)小單元電容發(fā)生擊穿短路（或斷路）時(shí)，電流雖然變化很小但零序電壓變化卻很明顯，每組電容器的零序電壓是由并聯(lián)在每相電容器上的pt構(gòu)成開(kāi)口三角檢出的，不受任何外界及電源不平衡的影響，只有電容器組三相容量發(fā)生不平衡時(shí)才會(huì)出現(xiàn)，所以這種保護(hù)能準(zhǔn)確及時(shí)的發(fā)現(xiàn)電容器的早期故障，盡快的把故障電容器切除掉，避免爆炸事件的發(fā)生。1段過(guò)流保護(hù)和2段過(guò)流保護(hù)過(guò)電流的整定值整定在額定電流的1.25-1.55倍，并與時(shí)間定值配合使故障保護(hù)更加可靠，保證設(shè)備安全運(yùn)行，使電容器有故障發(fā)生時(shí)及時(shí)切除，不會(huì)發(fā)生爆炸著火事故。 　　ds3型10kv無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置是經(jīng)過(guò)了若干年的運(yùn)行，歷經(jīng)無(wú)數(shù)次改進(jìn)，研制出的新一代無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置，幾年的運(yùn)行證明補(bǔ)償精度高、性能穩(wěn)定、保護(hù)可靠，現(xiàn)已在運(yùn)行的近400個(gè)變電站。