保定市瑞祥電力設(shè)備有限公司

從技術(shù)原理上講無功補(bǔ)償裝置是在電網(wǎng)中呈感性或容性的元件，由于目前我國中低壓電網(wǎng)以架空線路為主且基本上帶感性負(fù)載，所以系統(tǒng)所采用的無功補(bǔ)償裝置多數(shù)呈容性，也就是說它是由電容器和相應(yīng)的附屬設(shè)施組成的。

　　由于負(fù)荷多數(shù)集中在配電網(wǎng)絡(luò)，所以多年來用于無功補(bǔ)償?shù)碾娙萜鹘M基本上安裝在電網(wǎng)的中壓側(cè)和低壓側(cè)，包括35kV、10kV和0.4kV幾個(gè)電壓等級(jí)。從運(yùn)行需要上說，無功補(bǔ)償裝置由電容器組、投切元件、檢測(cè)及保護(hù)元件組成。

　　早在20世紀(jì)70年代，徐州地區(qū)就要求用戶就地安裝400V低壓補(bǔ)償裝置，并在變電站安裝了10kV的電容器補(bǔ)償裝置。當(dāng)時(shí)的低壓無功補(bǔ)償裝置自動(dòng)化程度較低，多數(shù)電容器組是通過空氣開關(guān)由人工進(jìn)行投切的，保護(hù)措施簡(jiǎn)單粗糙，當(dāng)電容器組出現(xiàn)整組故障時(shí)才能由空氣開關(guān)的熱偶元件啟動(dòng)空氣開關(guān)跳閘，切除故障。低壓電容器的質(zhì)量也不夠可靠，密封措施不良，經(jīng)常有電解液泄漏的現(xiàn)象出現(xiàn)。當(dāng)時(shí)在變電站安裝的10kV電容器組是由單臺(tái)電容器組合而成的，或接成三角形或接成星形，體積非常大，一般要建造電容器室用來安裝;電容器的制作質(zhì)量不高，絕緣材料由紙和氯化聯(lián)苯浸劑組成，紙層均勻度不好，易形成局部擊穿，氯化聯(lián)苯有毒，對(duì)人體和環(huán)境均有影響;裝置的投切靠油斷路器完成，動(dòng)作次數(shù)受限制，不能做到頻繁投切;保護(hù)部分由電磁式繼電器和單臺(tái)熔絲組成，電磁式繼電器無法實(shí)現(xiàn)過零投切，熔絲的保護(hù)特性不好。

　　可見，老式無功補(bǔ)償裝置技術(shù)性能不好，主要表現(xiàn)為自動(dòng)化程度偏低和可靠性不高，不能在電網(wǎng)中長期安全可靠運(yùn)行，運(yùn)行壽命往往只有二三年。而補(bǔ)償裝置技術(shù)性能好壞是決定其是否能被普遍使用的關(guān)鍵。

　　眾所周知，無功功率與電壓是電力系統(tǒng)運(yùn)行管理中的重要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，無功功率的調(diào)節(jié)既影響到電網(wǎng)的損耗，也影響到電網(wǎng)的電壓甚至電網(wǎng)的安全運(yùn)行。電網(wǎng)無功功率的調(diào)節(jié)是靠無功補(bǔ)償裝置來實(shí)現(xiàn)的，因此，無功補(bǔ)償裝置是否可靠，技術(shù)條件是否能滿足電網(wǎng)的要求，技術(shù)參數(shù)是否能滿足運(yùn)行環(huán)境的要求等非常值得分析和探討。

　　隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，對(duì)電能質(zhì)量和節(jié)能降耗的要求越來越高，無功補(bǔ)償裝置在電網(wǎng)中的地位越來越重要，因此提高無功補(bǔ)償裝置的技術(shù)性能成為迫待解決的問題。幾十年來相關(guān)制造廠家和電網(wǎng)有關(guān)部門為此作了大量工作，近年來無功補(bǔ)償裝置的技術(shù)性能已有了大幅度提高。

　　2.1 無功補(bǔ)償裝置的自動(dòng)化水平

　　早期的無功補(bǔ)償電容器自動(dòng)化程度偏低，不能對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)的變化進(jìn)行判斷，需要運(yùn)行人員在運(yùn)行過程中進(jìn)行投切操作。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)變化頻次高時(shí)操作較頻繁，運(yùn)行人員會(huì)感到吃力，增加了工作量。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)在的無功補(bǔ)償裝置成功地采用了微機(jī)模塊進(jìn)行裝置的運(yùn)行管理，自動(dòng)化程度比較高，能及時(shí)判斷電網(wǎng)參數(shù)的變化，進(jìn)行合理的自動(dòng)投切，不會(huì)增加運(yùn)行人員的工作量，自動(dòng)化水平已達(dá)到電網(wǎng)運(yùn)行的要求。

　　2.2無功補(bǔ)償裝置的可靠性

　　早期無功補(bǔ)償裝置的技術(shù)性能與可靠性不能滿足運(yùn)行要求，目前的產(chǎn)品已做了許多改進(jìn)和提高，從產(chǎn)品的運(yùn)行情況可以反映出這個(gè)問題，目前徐州地區(qū)許多2000年投運(yùn)的產(chǎn)品還在安全運(yùn)行，運(yùn)行壽命已超過8年。

　　無功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行可靠性也是制造廠家比較重視的問題，目前的無功補(bǔ)償裝置采取了不少技術(shù)措施進(jìn)行了完善，現(xiàn)以10kV和400V無功補(bǔ)償裝置為例，從以下三個(gè)因素著手分析。

　　2.2.1

　　2.2.3電能質(zhì)量異常的影響

　　對(duì)于電能質(zhì)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(chǎn)品也采取了保護(hù)措施，如基本上都安裝了監(jiān)測(cè)裝置，可對(duì)這些因素進(jìn)行監(jiān)測(cè);采取了過電壓保護(hù)措施和舒緩諧波、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(hào)輸入輸出端要采取保護(hù)和隔離措施，建議制造廠和有關(guān)用戶注意。

　　3 小結(jié)

　　綜上所述，隨著技術(shù)水平的不斷提高，無功補(bǔ)償裝置的技術(shù)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(dòng)化功能已健全，甚至可達(dá)到智能化的要求，不會(huì)在運(yùn)行中給工作人員帶來操作上的麻煩。對(duì)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(guān)的技術(shù)更新等。但有些問題還需進(jìn)一步改進(jìn)，如裝置電子電路元件的可靠性是較關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，影響它的因素較多，有技術(shù)性能上的，也有技術(shù)措施上的，甚至有經(jīng)濟(jì)上的(如價(jià)格)。希望制造廠選用技術(shù)參數(shù)好的元件進(jìn)行組裝，采取完善的技術(shù)措施加以保護(hù)，并對(duì)產(chǎn)品做嚴(yán)格的老化試驗(yàn)，在價(jià)格相對(duì)合理的情況下挑選信譽(yù)好的產(chǎn)品，以進(jìn)一步保證裝置的可靠性。

 

　　工作環(huán)境的影響

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

　　戶外安裝的裝置箱體直接與外界空氣環(huán)境接觸，隔熱效果差，箱體內(nèi)溫度變化劇烈，易出現(xiàn)凝露現(xiàn)象，易受外界溫度、濕度、雨水、灰塵、小動(dòng)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(chǎn)品技術(shù)參數(shù)中，環(huán)境溫度的表述有所不同，有40℃、55℃、60℃、65℃等。筆者在夏季較炎熱時(shí)曾經(jīng)做過溫度測(cè)試實(shí)驗(yàn)：在晴天氣溫為37℃時(shí)，對(duì)柱上補(bǔ)償箱測(cè)溫，箱體金屬殼體溫度可達(dá)59℃，箱體內(nèi)空氣溫度可達(dá)45℃，箱體內(nèi)固定件溫度可達(dá)48℃。顯然環(huán)境溫度參數(shù)為40℃的裝置不能滿足要求，環(huán)境溫度為55℃的裝置裕度不夠。由于裝置中受溫度影響較靈敏的元件是電子電路元器件，而作為工業(yè)用的電子器件工作溫度一般為25～75℃，所以在充分考慮環(huán)境溫度并留有一定裕度的原則下，裝置溫度參數(shù)以60℃及以上較適宜。

　　b.濕度。在近年來廠方提供的產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)中，相對(duì)濕度的表述也有不同，有的表述為“在溫度20℃時(shí)相對(duì)濕度不超過50%，在溫度40℃時(shí)相對(duì)濕度不超過90%”，有的表述為“在溫度40℃時(shí)相對(duì)濕度不超過90%”，有的表述為“相對(duì)濕度不超過80%”。根據(jù)柱上補(bǔ)償裝置作為戶外設(shè)備的情況，以上相對(duì)濕度的要求都偏低，尤其是在蘇南地區(qū)，夏季梅雨季節(jié)濕度很大，所以相對(duì)濕度的參數(shù)應(yīng)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(jié)構(gòu)與密封情況有關(guān)。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(duì)情況下，密封措施越好則防雨防塵效果越好，而防箱體內(nèi)部凝露的效果則越差，這是因?yàn)椋涸诓皇敲芊獾那闆r下，由于箱體的呼吸不暢，在溫濕度變化大時(shí)，箱體內(nèi)部的潮濕空氣不能對(duì)流，易在箱體內(nèi)部凝露。所以在裝置箱體的制作方面也應(yīng)有較高的技術(shù)要求，要恰當(dāng)?shù)匕盐蘸梅烙攴缐m和防凝露之間的關(guān)系，合理地提高箱體的防護(hù)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，使這兩個(gè)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(gòu)成新型無功補(bǔ)償裝置的主要元件有：主體元件(電力電容器)、控制保護(hù)檢測(cè)元件(CPU微機(jī)控制器及電子電路元件)、投切元件(開關(guān)等電工元件)3個(gè)部分。

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

　　b.微機(jī)控制元件及電子電路元件。隨著電子技術(shù)的飛躍發(fā)展，這些元件已有較高的可靠性及較長的壽命。根據(jù)使用環(huán)境的不同，這些元件的技術(shù)等級(jí)有明顯的區(qū)別，大致可分為軍用、工業(yè)用、民用及普通4個(gè)等級(jí)。無功補(bǔ)償裝置應(yīng)采用工業(yè)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(dǎo)體器件和電容器是影響可靠性的關(guān)鍵器件，選用時(shí)更要注意其級(jí)別。耐受電壓參數(shù)和工作溫度參數(shù)對(duì)于可靠性而言也比較重要，在具體選擇時(shí)應(yīng)注意留有余地，耐受電壓參數(shù)要提高一個(gè)檔次選用，工作溫度參數(shù)要充分考慮環(huán)境溫度的影響。

　　c.開關(guān)等電工元件。隨著制造工藝水平的大幅度提高和國家強(qiáng)制性質(zhì)量認(rèn)證體系的實(shí)施，400V無功補(bǔ)償裝置的電工元件的可靠性已能得到保證，選用時(shí)要選經(jīng)國家3C認(rèn)證的產(chǎn)品。

　　在10kV無功補(bǔ)償裝置中，以前的產(chǎn)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(guān)無油化技術(shù)的發(fā)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(jī)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(huì)出現(xiàn)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(bǔ)償裝置還是400V的無功補(bǔ)償裝置，在投切電容器時(shí)都可能出現(xiàn)涌流現(xiàn)象，這對(duì)電容器來說是不利的。現(xiàn)在的技術(shù)已經(jīng)能解決這個(gè)問題，即利用微機(jī)控制裝置對(duì)電壓和電流波形進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)“過零投切”，也就是當(dāng)電壓過零點(diǎn)時(shí)投入電容器組，當(dāng)電流過零點(diǎn)時(shí)切除電容器組。選擇無功補(bǔ)償裝置時(shí)，要注意對(duì)這項(xiàng)技術(shù)性能的選擇。

　　2.2.2 工作環(huán)境的影響

　　這里主要指溫度、濕度、雨水、灰塵、小動(dòng)物等外界因素的影響。無功補(bǔ)償裝置的安裝形式大體有3種，即配電房內(nèi)的補(bǔ)償柜、箱式變的補(bǔ)償設(shè)備、線路公用配變的柱上補(bǔ)償箱。其中前兩者可以看作戶內(nèi)安裝形式，公用配變的柱上補(bǔ)償箱則屬于戶外安裝形式，其工作環(huán)境較為惡劣。戶外安裝的裝置箱體直接與外界空氣環(huán)境接觸，隔熱效果差，箱體內(nèi)溫度變化劇烈，易出現(xiàn)凝露現(xiàn)象，易受外界溫度、濕度、雨水、灰塵、小動(dòng)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(chǎn)品技術(shù)參數(shù)中，環(huán)境溫度的表述有所不同，有40 ℃、55 ℃、60 ℃、65 ℃等。筆者在夏季較炎熱時(shí)曾經(jīng)做過溫度測(cè)試實(shí)驗(yàn)：在晴天氣溫為37 ℃時(shí)，對(duì)柱上補(bǔ)償箱測(cè)溫，箱體金屬殼體溫度可達(dá)59 ℃，箱體內(nèi)空氣溫度可達(dá)45 ℃，箱體內(nèi)固定件溫度可達(dá)48 ℃。顯然環(huán)境溫度參數(shù)為40 ℃的裝置不能滿足要求，環(huán)境溫度為55 ℃的裝置裕度不夠。由于裝置中受溫度影響較靈敏的元件是電子電路元器件，而作為工業(yè)用的電子器件工作溫度一般為25～75 ℃，所以在充分考慮環(huán)境溫度并留有一定裕度的原則下，裝置溫度參數(shù)以60 ℃及以上較適宜。

　　b. 濕度。在近年來廠方提供的產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)中，相對(duì)濕度的表述也有不同，有的表述為“在溫度20 ℃時(shí)相對(duì)濕度不超過50%，在溫度40 ℃時(shí)相對(duì)濕度不超過90%”，有的表述為“在溫度40 ℃時(shí)相對(duì)濕度不超過90%”，有的表述為“相對(duì)濕度不超過80%”。根據(jù)柱上補(bǔ)償裝置作為戶外設(shè)備的情況，以上相對(duì)濕度的要求都偏低，尤其是在蘇南地區(qū)，夏季梅雨季節(jié)濕度很大，所以相對(duì)濕度的參數(shù)應(yīng)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(jié)構(gòu)與密封情況有關(guān)。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(duì)情況下，密封措施越好則防雨防塵效果越好，而防箱體內(nèi)部凝露的效果則越差，這是因?yàn)椋涸诓皇敲芊獾那闆r下，由于箱體的呼吸不暢，在溫濕度變化大時(shí)，箱體內(nèi)部的潮濕空氣不能對(duì)流，易在箱體內(nèi)部凝露。所以在裝置箱體的制作方面也應(yīng)有較高的技術(shù)要求，要恰當(dāng)?shù)匕盐蘸梅烙攴缐m和防凝露之間的關(guān)系，合理地提高箱體的防護(hù)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，使這兩個(gè)問題都能得到妥善解決。

　　2.2.3 電能質(zhì)量異常的影響

　　對(duì)于電能質(zhì)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(chǎn)品也采取了保護(hù)措施，如基本上都安裝了監(jiān)測(cè)裝置，可對(duì)這些因素進(jìn)行監(jiān)測(cè);采取了過電壓保護(hù)措施和舒緩諧波、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(hào)輸入輸出端要采取保護(hù)和隔離措施，建議制造廠和有關(guān)用戶注意。

　　3小結(jié)

　　綜上所述，隨著技術(shù)水平的不斷提高，無功補(bǔ)償裝置的技術(shù)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(dòng)化功能已健全，甚至可達(dá)到智能化的要求，不會(huì)在運(yùn)行中給工作人員帶來操作上的麻煩。對(duì)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(guān)的技術(shù)更新等。但有些問題還需進(jìn)一步改進(jìn)，如裝置電子電路元件的可靠性是較關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，影響它的因素較多，有技術(shù)性能上的，也有技術(shù)措施上的，甚至有經(jīng)濟(jì)上的(如價(jià)格)。希望制造廠選用技術(shù)參數(shù)好的元件進(jìn)行組裝，采取完善的技術(shù)措施加以保護(hù)，并對(duì)產(chǎn)品做嚴(yán)格的老化試驗(yàn)，在價(jià)格相對(duì)合理的情況下挑選信譽(yù)好的產(chǎn)品，以進(jìn)一步保證裝置的可靠性。