AVC系統(tǒng)電容器投入不成功原因分析及控制措施

周杰

摘 要：電力系統(tǒng)中現(xiàn)在已實(shí)現(xiàn)地區(qū)電網(wǎng)的自動(dòng)電壓控制（AVC），對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的電容器、無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐肚羞_(dá)到電網(wǎng)的電壓合格率。文中介紹了自動(dòng)調(diào)壓控制系統(tǒng)下電容器投切的原理，對(duì)電容器投切不成功的原因進(jìn)行分析，有針對(duì)性的提出了電容器提高投切成功率的措施，可供電網(wǎng)的工程技術(shù)人員參考。

關(guān)鍵詞：電容器；自動(dòng)電壓控制；過(guò)電壓；真空斷路器

電網(wǎng)的電壓控制方法是采用無(wú)功就地平衡，分層分區(qū)控制的原則。電網(wǎng)實(shí)際的運(yùn)行中常采用自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)與人工投切相結(jié)合的原則，這樣能更好的適應(yīng)電網(wǎng)調(diào)控一體化的運(yùn)行模式[1-2]。在制定電網(wǎng)的無(wú)功策略時(shí)往往不能夠?qū)φ麄€(gè)電網(wǎng)的無(wú)功平衡考慮，只是單獨(dú)的對(duì)某一個(gè)變電站進(jìn)行無(wú)功的平衡[3-4]。AVC控制系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行電壓及功率因數(shù)的控制，以控制10kV，35kV電壓合格和主變功率因數(shù)合格為主要的綜合目標(biāo)，可調(diào)節(jié)變電站的主變檔位、對(duì)變電站及用戶(hù)發(fā)電廠的無(wú)功設(shè)備進(jìn)行投切，達(dá)到了電網(wǎng)電壓和功率因數(shù)的閉環(huán)控制，同時(shí)采用合適的算法保證主變檔位及無(wú)功裝置的投切合理。

1 地區(qū)電網(wǎng)的AVC控制

地區(qū)電網(wǎng)的AVC控制采用三級(jí)電壓控制，地區(qū)調(diào)度為一級(jí)分區(qū)，目標(biāo)策略采用全網(wǎng)的電壓和無(wú)功。二級(jí)電壓控制以縣級(jí)調(diào)度為控制手段，采用閉環(huán)控制。三級(jí)控制目標(biāo)為地區(qū)的各個(gè)變電站及電源點(diǎn)的無(wú)功控制。AVC采用以下幾點(diǎn)為主要控制策略：

（1）保證110kV、35kV、10kV電網(wǎng)的電壓不越限，保證主變的功率因數(shù)合格。

（2）保證主變調(diào)節(jié)時(shí)檔位的要求。

（3）系統(tǒng)及時(shí)更新可控制的主變及電容器的數(shù)量及無(wú)功調(diào)節(jié)裝置。

（4）設(shè)置電容器、主變分接頭、并聯(lián)電抗器的約束條件，避免單一無(wú)功裝置的頻繁投切。

（5）設(shè)置人工閉鎖自動(dòng)投切。電網(wǎng)事故下需根據(jù)人工控制完成電壓的控制。

2 電容器投切不成功分析

電網(wǎng)的AVC運(yùn)行中發(fā)生電容器投切不成功的事件，檢修人員往往采用重新做高壓試驗(yàn)及檢查保護(hù)裝置，若相關(guān)檢查及試驗(yàn)正確后投入成功后便重新進(jìn)行運(yùn)行。雖然電容器的投切不成功不會(huì)給電網(wǎng)造成失電，但若事故擴(kuò)大則造成操作過(guò)電壓引起電網(wǎng)諧振的事故。

電網(wǎng)部分變電站10kV電容器的斷路器采用真空斷路器，電容器投切不成功原因是合閘的涌流過(guò)大、操作過(guò)電壓、電容器的容量配置不合理為主要原因。

涌流過(guò)大由于回路足控的值較小，電容器投切時(shí)合閘的電流瞬時(shí)值在電壓的峰值附近時(shí)的合閘涌流最大，大的合閘涌流造成斷路器的合閘觸頭損傷。操作過(guò)電壓會(huì)產(chǎn)生兩種過(guò)電壓的清況，分閘過(guò)電壓、合閘過(guò)電壓。合閘過(guò)電壓也稱(chēng)彈跳過(guò)電壓，過(guò)電壓原理為真空開(kāi)關(guān)在合閘時(shí)，動(dòng)觸頭與靜觸頭相互碰撞，相互的作用力較大，動(dòng)觸頭被強(qiáng)大的反作用力推開(kāi)后又發(fā)生合閘，往復(fù)多次。發(fā)生的彈跳的電流不過(guò)零時(shí)的過(guò)電壓較小，而彈跳過(guò)電壓發(fā)生在電壓過(guò)零點(diǎn)時(shí)則產(chǎn)生較大的過(guò)電壓，容易引起絕緣的降低發(fā)生閃絡(luò)，影響電容器的運(yùn)行。分閘過(guò)電壓原理為操作重燃電弧過(guò)電壓。電容器退出后真空斷路器的動(dòng)、靜觸頭間的距離不夠大將造成間隙過(guò)電壓而擊穿引起電弧重燃。電弧重燃發(fā)生在單相斷路器則為單相重燃，或者兩相重燃及三相重燃。電弧的重燃后系統(tǒng)的中性點(diǎn)會(huì)發(fā)生偏移，中性點(diǎn)對(duì)地的電壓升高，重燃的電弧會(huì)引發(fā)10kV、35kV系統(tǒng)的諧振，進(jìn)一步的破壞電力系統(tǒng)。

電容器的配置在設(shè)計(jì)變電站時(shí)已經(jīng)經(jīng)過(guò)審核，更換變電站的主變后電容器需要重新配置。目前的電容器容量一般為6000kvar-12000kvar不等，電容器的容量與過(guò)電壓的倍數(shù)成正比，當(dāng)電網(wǎng)的無(wú)功容量缺乏與電容容器的容量不相匹配時(shí)，造成欠補(bǔ)償與過(guò)補(bǔ)償，過(guò)補(bǔ)償造成母線(xiàn)電壓過(guò)高，合閘的涌流過(guò)大的危害，不利于系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定。

3 提高電容器投切成功率

根據(jù)上述的分析，需要有針對(duì)性的采取措施進(jìn)行電容器的投切控制來(lái)避免投切不成功的現(xiàn)象發(fā)生。主要從AVC控制策略和電網(wǎng)運(yùn)行兩方面對(duì)電容器的投切成功率進(jìn)行控制。

優(yōu)化AVC控制策略方面：

（1）當(dāng)變電站的多臺(tái)電容器始終有部分電容器運(yùn)行時(shí)，為了避免頻繁投切，在AVC控制策略上設(shè)置固定投入的電容器并定期跟換，達(dá)到綜合有效利用無(wú)功裝置的目的。

（2）若電容器的投入無(wú)功補(bǔ)償裝置經(jīng)常性退出時(shí)，設(shè)置AVC的策略為調(diào)節(jié)模式，不定期的根據(jù)系統(tǒng)的電壓進(jìn)行系統(tǒng)的電壓及無(wú)功的調(diào)節(jié)。

（3）根據(jù)變電站的電容器特性進(jìn)行退出與投入設(shè)置，先投入電抗率高的電容器。

（4）對(duì)電容器的投切設(shè)置頻率，在投切固定時(shí)間后延時(shí)進(jìn)行下一次投切，對(duì)故障的電容器設(shè)置閉鎖。

（5）AVC控制策略引入專(zhuān)家控制，投切過(guò)程發(fā)生彈簧未儲(chǔ)能信號(hào)后要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整閉鎖。

電網(wǎng)的運(yùn)行維護(hù)方面：

（1）針對(duì)變電站的主變的大小及負(fù)荷的預(yù)測(cè)進(jìn)行配置電容器的容量，設(shè)置多臺(tái)分組投切電容器，根據(jù)負(fù)荷進(jìn)行容量的調(diào)整。盡量限制整組投切的容量，最大不超過(guò)10000kvar可有效抑制涌流。

（2）選用避雷器安裝在電容的并聯(lián)開(kāi)關(guān)柜措施，避免產(chǎn)生過(guò)電壓后損壞設(shè)備。

（3）及時(shí)進(jìn)行10kV系統(tǒng)的諧波測(cè)試，減小操作過(guò)程的電容器組的電抗率。

（4）變電站整條母線(xiàn)檢修時(shí)進(jìn)行真空斷路器開(kāi)關(guān)機(jī)械特性及耐壓試驗(yàn)的檢查工作，改善斷路器的工作環(huán)境，提高可靠性。

4 結(jié)語(yǔ)

文中分析了AVC控制系統(tǒng)下電容器投切不成功的原因，對(duì)涌流及操作過(guò)電壓進(jìn)行了詳細(xì)分析。提出了改進(jìn)電容器投切成功的措施，對(duì)電網(wǎng)提高電壓合格率，優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，保證電網(wǎng)的安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行有積極的推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]Andrea Mengo，Philippe Picot，崔國(guó)順.合閘彈跳時(shí)間對(duì)真空斷路器性能的影響[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010，30（36）：1-6.

[2]陳柏富，楊言孝.并聯(lián)電容器裝置在變壓器空載時(shí)投入引發(fā)串聯(lián)諧振[J].電力電容器無(wú)功補(bǔ)償，2017，38（6）：7-11.

[3]舒勝文，阮江軍，黃道春.真空斷路器瞬態(tài)恢復(fù)電壓與弧后電流相互作用仿真研究[J].高電壓技術(shù)，2014，40（1）：309-316.

[4]王永生，姜秀華.真空斷路器投切電容器時(shí)的重燃過(guò)電壓分析及預(yù)防措施[J].河北電力技術(shù)，2010，29（2）：37-39.

[5]吉亞民，周志成，馬勇，等.真空斷路器投切并聯(lián)電抗器過(guò)電壓故障分析[J].江蘇電機(jī)工程，2014，33（2）：12-14.