特高压变电站低压侧无功补偿装置

李鑫

摘要：电源对于我们现在的生活是非常重要的，我们无时无刻都离不开它，不论是在生活中还是工作中，都会受到它的控制。由于电力能源的需求量在不断的增加，我们在提倡绿色生活的同时，还要解决影响电网内部的问题。尤其是无功补偿的情况，因为不论是电压的稳定性还是线路中存在的损耗情况都会受到它影响。所以我国的电网部门非常重视无功补偿的技术研究和装置应用。

关键词：特高压;变电站;无功补偿

1 前言

特高压变电站低压侧无功补偿装置主要由两部分构成，分别为并联电容器与并联电抗器。对于特高压变电站低压侧无功补偿装置在电压方面，进行多次的实验证明，最终确定在110kv的等级，装置内部的电容在系统专业性分析后也调整为210Mvar。特高压变电站低压侧无功补偿装置在接线形式及故障保护等方面需要大量技术作为支撑，这其中有较多是我国自主研发设计的。

2 无功补偿的定义及特点

2.1 无功功率本质

无功功率只存在能量的传递，不存在能量的消耗。

2.2 无功补偿的特点

（1）结构紧凑，易于安装维护，适用于额定电压220/380V。（2）实现无功补偿功能。（3）既可实现三相共补，也可实现分相补偿。（4）兼具手动控制和自动控制功能，投切无涌流。实时指示当前电容器工作状态和当前电网各状态参量。（5）能够改善电能质量，减小电压波动，额定负载下，补偿后功率因数可达0.98以上。

3 主要功能

（1）控制方式：无功功率控制，功率因数限制。（2）在额定负载时，可以将功率因数补偿到0.98以上，不会产生过补。（3）具有自动控制和手动控制两种操作方式。（4）兼具有平衡负载补偿（三相补偿）和不平衡负载补偿（混合补偿）两种补偿功能。（5）复合开关控制，无涌流。（6）程序控制投切电容器组，使电容器的工作时间基本相同，延长电容器使用寿命。（7）过零投入、过零切除，无冲击电流，无操作过电压。（8）具有过压保护、欠压保护、过流保护、缺相保护、温度保护、谐波保护等功能。（9）显示电容器组运行状态、保护和告警信息等。

4 系统工作原理

控制器对电网电压，电流进行交流采样，实时计算电压有效值，有功功率，无功功率，功率因素等采样参数。以无功功率作为无功补偿的投切依据，发出对各个补偿电容器的投切命令，并通过光藕输出12V电平信号到复合开关，复合开关实现过零投切。控制器对投切后的电压电流进行交流采样计算相关数据，判断是否达到电网要求，并做下一步的命令动作准备。

5 特高压变电站低压侧无功补偿装置的技术原则

5.1 电压原则

特高压变电站低压侧无功补偿装置在电压的设计中原定为132kv，提出该项数据的原因是因为电压提升，电流数据就可以适当减低，这样装置在实际使用中就可以使用我国向他国出口的产品。但是，我国电力系统的电压管理中国并没有该等级的电压数值，想要将电压设计为132kv就需要将配电装置全部重新设计，我国电力系统的相关文件中要求如果配电装置电压进行重新设计，需要重新建立相关的管理制度及安全标准，这样就会带出一系列的电力问题。因此在多次研究中最终确认电压为110kv，我国的电力系统中有110kv的电压等级，并且在实际运行及管理方面已经有相关经验。

5.2 容量原则

特高压变电站低压侧无功补偿装置中的设备间使用的是分组容量形式，最开始设计的容量值为240Mvar，但是这种容量在于110kv电压共同运行的情况下，回路电力与额定电流在相互协同运行中存在一定难度，经过科研人员多次调整计算，最终将容量调整为210Mvar，这样容量在于电压协同工作中就不会造成电流的不协调运行，保证特高压变电站低压侧无功补偿装置的正常运转。

5.3 中性点接地形式

5.3.1 直接接地形式

使用直接接地形式最大的好处就是我国已经有相当多的经验可以进行参考。我国在110kv电压等级建设中使用的接地形式主要就是直接接地，对于设备的绝缘性及重要参数方面都可以直接在已经设计成型的产品中选择，并且这些产品在供货及售后方面都可以进行保证。直接接地形式使用中也会出现一些问题，如果带相接地放生故障时，装置开关马上就会发生跳闸情况，并且跳闸的次数将远远高于不接地方式多。无功补偿装置变压器中具有一个特殊点就是在第3组中没有接地点，使用连接的是变压器，如果这个变压器出现问题就需要重新对于装置进行设计分析，增加了装置设计中的成本。

5.3.2 不接地形式

使用不接地形式最大的好处就是装置内的特殊变压器没有中性接点，并且在实际操作中已经具有一定经验。不接地形式在实际设计中不需要安装具有过渡性质的变压器，大大降低了无功补偿装置的经济成本，在电力系统的规定中，不接地形式的电力系统单相方面发生故障可以在两个小时内不退出运行，这样方便装置维修人员对于故障的查找。不接地形式在实际使用中也存在一些问题，例如断路器中的电流情况难以掌握。

6 特高压变电站低压侧无功补偿装置中的并联电容器

6.1 电容器接线方式

特高压变电站所使用的電容器组具有容量较大、电容器单台数较多的特点，根基安全设计第一的原则，传统的双星、单星、多星接线方式已经并不适用了，在多次研究后确认使用接线的方式为每相双桥差接线形式。每相双桥差接线方式可以提升装置在实际运行中的安全稳定指数，保证保护动作的灵活性。每相双桥差接线方式在我国电力系统中是第一次使用，国际中也并没有使用记录，因此在实际操作中并没有经验可以参考。使用这种接线方式是因为电容器的特殊性质。

6.2 保护形式

对于无功补偿装置中的电容器保护要求为：对于电容器中的每一个个体都应该击穿，在电容器内电压可承受的范内，将存在安全故障的元件停运。因此对于电容器的保护方式主要分为三种，分别为内熔丝、外熔断器、内熔丝动作隔离。无功补偿装置中的电容器是由多个个体组成的，在实际运行只能怪需要协同工作，也需要单独运行，因此将单个或者整体电容器故障元件击穿也是经常发生的事情，能够出现一个电容器的故障，但是绝对不能出现因一个电容器影响这个电容器组运行的问题，这样会严重影响电容器组的运行。

7 无功补偿装置中的并联电抗器装置

7.1 接线方式

并联电抗器装置所使用的接线方式还是传统的单星形不接地方式，这种接线方式与电压为66kv一下的电抗器接线形式完全一样，并没有什么特殊性。

7.2 安装布置

对于电抗器的安装布置主要有两种形式，分别为垂直叠装和水平并放。垂直叠装安装方式需要在绕组间添加绝缘支撑装置，这种装置的缺点就是高度较高，支撑装置需要将电抗器的重量全部承受，对于机械强度的要求较为严苛，增加了电抗器的经济成本。选择水平并放的安装形式，对于支撑装置的机械强度要求便没有那么严苛，甚至可以取消支撑装置，但是这种安装方式对于场地有一定的要求，无功补偿装置中的体积需要适当增加，让电抗器水平可以进行安装并留有空间。

参考文献：

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[2]鲁非，孟毅，胡丹晖.500kV变电站低压侧无功补偿装置运行分析[J].中国电力，2013（05）：51-55.