特高壓變電站低壓側無功補償裝置

李鑫

摘要：電源對于我們現在的生活是非常重要的，我們無時無刻都離不開它，不論是在生活中還是工作中，都會受到它的控制。由于電力能源的需求量在不斷的增加，我們在提倡綠色生活的同時，還要解決影響電網內部的問題。尤其是無功補償的情況，因為不論是電壓的穩定性還是線路中存在的損耗情況都會受到它影響。所以我國的電網部門非常重視無功補償的技術研究和裝置應用。

關鍵詞：特高壓;變電站;無功補償

1 前言

特高壓變電站低壓側無功補償裝置主要由兩部分構成，分別為并聯電容器與并聯電抗器。對于特高壓變電站低壓側無功補償裝置在電壓方面，進行多次的實驗證明，最終確定在110kv的等級，裝置內部的電容在系統專業性分析后也調整為210Mvar。特高壓變電站低壓側無功補償裝置在接線形式及故障保護等方面需要大量技術作為支撐，這其中有較多是我國自主研發設計的。

2 無功補償的定義及特點

2.1 無功功率本質

無功功率只存在能量的傳遞，不存在能量的消耗。

2.2 無功補償的特點

（1）結構緊湊，易于安裝維護，適用于額定電壓220/380V。（2）實現無功補償功能。（3）既可實現三相共補，也可實現分相補償。（4）兼具手動控制和自動控制功能，投切無涌流。實時指示當前電容器工作狀態和當前電網各狀態參量。（5）能夠改善電能質量，減小電壓波動，額定負載下，補償后功率因數可達0.98以上。

3 主要功能

（1）控制方式：無功功率控制，功率因數限制。（2）在額定負載時，可以將功率因數補償到0.98以上，不會產生過補。（3）具有自動控制和手動控制兩種操作方式。（4）兼具有平衡負載補償（三相補償）和不平衡負載補償（混合補償）兩種補償功能。（5）復合開關控制，無涌流。（6）程序控制投切電容器組，使電容器的工作時間基本相同，延長電容器使用壽命。（7）過零投入、過零切除，無沖擊電流，無操作過電壓。（8）具有過壓保護、欠壓保護、過流保護、缺相保護、溫度保護、諧波保護等功能。（9）顯示電容器組運行狀態、保護和告警信息等。

4 系統工作原理

控制器對電網電壓，電流進行交流采樣，實時計算電壓有效值，有功功率，無功功率，功率因素等采樣參數。以無功功率作為無功補償的投切依據，發出對各個補償電容器的投切命令，并通過光藕輸出12V電平信號到復合開關，復合開關實現過零投切。控制器對投切后的電壓電流進行交流采樣計算相關數據，判斷是否達到電網要求，并做下一步的命令動作準備。

5 特高壓變電站低壓側無功補償裝置的技術原則

5.1 電壓原則

特高壓變電站低壓側無功補償裝置在電壓的設計中原定為132kv，提出該項數據的原因是因為電壓提升，電流數據就可以適當減低，這樣裝置在實際使用中就可以使用我國向他國出口的產品。但是，我國電力系統的電壓管理中國并沒有該等級的電壓數值，想要將電壓設計為132kv就需要將配電裝置全部重新設計，我國電力系統的相關文件中要求如果配電裝置電壓進行重新設計，需要重新建立相關的管理制度及安全標準，這樣就會帶出一系列的電力問題。因此在多次研究中最終確認電壓為110kv，我國的電力系統中有110kv的電壓等級，并且在實際運行及管理方面已經有相關經驗。

5.2 容量原則

特高壓變電站低壓側無功補償裝置中的設備間使用的是分組容量形式，最開始設計的容量值為240Mvar，但是這種容量在于110kv電壓共同運行的情況下，回路電力與額定電流在相互協同運行中存在一定難度，經過科研人員多次調整計算，最終將容量調整為210Mvar，這樣容量在于電壓協同工作中就不會造成電流的不協調運行，保證特高壓變電站低壓側無功補償裝置的正常運轉。

5.3 中性點接地形式

5.3.1 直接接地形式

使用直接接地形式最大的好處就是我國已經有相當多的經驗可以進行參考。我國在110kv電壓等級建設中使用的接地形式主要就是直接接地，對于設備的絕緣性及重要參數方面都可以直接在已經設計成型的產品中選擇，并且這些產品在供貨及售后方面都可以進行保證。直接接地形式使用中也會出現一些問題，如果帶相接地放生故障時，裝置開關馬上就會發生跳閘情況，并且跳閘的次數將遠遠高于不接地方式多。無功補償裝置變壓器中具有一個特殊點就是在第3組中沒有接地點，使用連接的是變壓器，如果這個變壓器出現問題就需要重新對于裝置進行設計分析，增加了裝置設計中的成本。

5.3.2 不接地形式

使用不接地形式最大的好處就是裝置內的特殊變壓器沒有中性接點，并且在實際操作中已經具有一定經驗。不接地形式在實際設計中不需要安裝具有過渡性質的變壓器，大大降低了無功補償裝置的經濟成本，在電力系統的規定中，不接地形式的電力系統單相方面發生故障可以在兩個小時內不退出運行，這樣方便裝置維修人員對于故障的查找。不接地形式在實際使用中也存在一些問題，例如斷路器中的電流情況難以掌握。

6 特高壓變電站低壓側無功補償裝置中的并聯電容器

6.1 電容器接線方式

特高壓變電站所使用的電容器組具有容量較大、電容器單臺數較多的特點，根基安全設計第一的原則，傳統的雙星、單星、多星接線方式已經并不適用了，在多次研究后確認使用接線的方式為每相雙橋差接線形式。每相雙橋差接線方式可以提升裝置在實際運行中的安全穩定指數，保證保護動作的靈活性。每相雙橋差接線方式在我國電力系統中是第一次使用，國際中也并沒有使用記錄，因此在實際操作中并沒有經驗可以參考。使用這種接線方式是因為電容器的特殊性質。

6.2 保護形式

對于無功補償裝置中的電容器保護要求為：對于電容器中的每一個個體都應該擊穿，在電容器內電壓可承受的范內，將存在安全故障的元件停運。因此對于電容器的保護方式主要分為三種，分別為內熔絲、外熔斷器、內熔絲動作隔離。無功補償裝置中的電容器是由多個個體組成的，在實際運行只能怪需要協同工作，也需要單獨運行，因此將單個或者整體電容器故障元件擊穿也是經常發生的事情，能夠出現一個電容器的故障，但是絕對不能出現因一個電容器影響這個電容器組運行的問題，這樣會嚴重影響電容器組的運行。

7 無功補償裝置中的并聯電抗器裝置

7.1 接線方式

并聯電抗器裝置所使用的接線方式還是傳統的單星形不接地方式，這種接線方式與電壓為66kv一下的電抗器接線形式完全一樣，并沒有什么特殊性。

7.2 安裝布置

對于電抗器的安裝布置主要有兩種形式，分別為垂直疊裝和水平并放。垂直疊裝安裝方式需要在繞組間添加絕緣支撐裝置，這種裝置的缺點就是高度較高，支撐裝置需要將電抗器的重量全部承受，對于機械強度的要求較為嚴苛，增加了電抗器的經濟成本。選擇水平并放的安裝形式，對于支撐裝置的機械強度要求便沒有那么嚴苛，甚至可以取消支撐裝置，但是這種安裝方式對于場地有一定的要求，無功補償裝置中的體積需要適當增加，讓電抗器水平可以進行安裝并留有空間。

參考文獻：

[1]黃元生，崔勇，洪浩，鄧佳佳，尹璽.特高壓變電站無功裝置主斷路器合閘控制優化改進及效益評估[J].高壓電器，2013（06）：57-61.

[2]魯非，孟毅，胡丹暉.500kV變電站低壓側無功補償裝置運行分析[J].中國電力，2013（05）：51-55.