变电站无功补偿设备运行维护

2023-12-03宋义

科学与信息化 2023年20期

宋义

内蒙古电力（集团）有限责任公司包头供电分公司内蒙古包头 014030

引言

在电网负载发生变化时，无功补偿设备能够自动调整无功功率的输出，让电力系统的电压和频率保持稳定，让电网的运行免受外界因素影响，有效减少电力系统故障的发生频率。基于此设备变电站能够实时监测电力系统的无功功率，并根据实际需求进行调节，迅速响应电网中的无功功率波动，保持电网的功率因数在合理范围内，并实时感知电网的无功功率变化，迅速调整补偿装置的容量和功率因数，这种快速响应的特点使得无功补偿设备能够有效地控制电网的功率因数，能显著提高电能的传输效率。

1 无功补偿技术

无功补偿是一种电力系统中常用的技术手段，用于提高电力系统的功率因数并改善系统的稳定性和效率。

在电力传输和分配过程中，无功功率的存在会导致电流波形失真、电压波动以及电网损耗的增加，为了保持电网的稳定运行和提高能源利用效率，无功补偿技术应运而生，其主要目标是使功率因数接近1，提高电力系统的功率因数。通过引入无功补偿装置补偿电路中的无功功率，并将其纳入有功功率范畴内，这样一来，电力系统中的无功功率得以降低，功率因数得到改善，电流和电压的波形质量得到提高。无功补偿技术有助于优化电力系统的运行效果，它可以减少电压波动，提高电压稳定性，降低电流的谐波含量，并减少传输线路的损耗，还可以改善电网的电压调节能力，提高电能质量减少线路的电磁干扰，保护电力设备的正常运行[1]。

2 变电站无功补偿设备运行方式

2.1 静态无功补偿装置

该装置由静态无功补偿器、控制装置和保护装置组成，静态无功补偿器是关键组件，它通过电容器和电感器的组合来产生和吸收无功功率，以实现对系统功率因数的调整。当电力系统中存在较大的无功功率时，静态无功补偿装置会根据预设的功率因数设定值进行监测，如果系统的功率因数低于设定值，控制装置将启动静态无功补偿器。补偿器根据系统的需求，通过控制电容器和电感器的接入或断开，产生或吸收无功功率，通过这种方式装置能够实现对电力系统无功功率的补偿，提高系统的功率因数。

2.2 静态同步补偿装置

静态无功发生器（SVC）是一种能够在毫秒级响应时间内调节无功功率的设备，它由电容器和电感器组成，通过对电容器和电感器的合理组合来实现无功功率的补偿，当电网的功率因数下降或电压相位偏移时，SVC能够快速响应并向电网注入或吸收无功功率，对电网电压、电流和功率因数等参数进行实时监测和分析，可以确定所需的无功补偿量，并通过控制SVC中的电容器和电感器来实现补偿，还可以根据电网的运行情况，采取自动或手动调节的方式，使无功补偿装置保持良好的工作状态[2]。

2.3 滤波器和电容器

滤波器是一种用于减少谐波和其他电力质量问题的装置，基于选择性地通过或阻塞特定频率的电流来实现滤波，由电感和电容组成并形成一个谐振回路。当系统中存在谐波时，滤波器的电感将阻断谐波电流，而电容则提供一个低阻抗路径，以便将谐波电流引导到地，合理地调整电感和电容的数值，滤波器可以选择性地滤除特定频率的谐波，而电容器通过储存和释放电能来提供无功功率，以补偿电力系统中的无功负荷，当电力系统需要额外的无功功率时，电容器会将储存的电能释放到系统中提供补偿，可以以手动控制或自动控制两种方式运行：在手动控制模式下，操作员根据系统的要求手动调节电容器的连接或断开；而在自动控制模式下，电容器的连接和断开是由控制系统根据系统功率因数的变化进行调节的，这种自动控制模式能够实时响应系统需求，确保功率因数维持在所需范围内。

2.4 串联电容补偿装置

串联电容补偿装置是一种常见的变电站无功补偿设备，它通过连接并串联在电力系统中，改善电力质量和提高系统的功率因数，该装置的运行方式主要包括三个步骤：首先，串联电容补偿装置通过检测电网中的电压信号来监控系统的功率因数，一旦检测到功率因数低于设定值，装置将启动并进行下一步操作[3]；其次，装置根据检测到的功率因数情况，计算出所需的补偿电容量，并自动调节并连接相应的电容器；最后，装置连接适当的电容量后，它会监测电力系统的运行状态并不断调整补偿电容器的连接和断开，如果系统的功率因数保持在设定值附近，装置将维持当前的连接状态，如果系统的功率因数再次偏离设定值，装置将根据需求启动或停止连接电容器。

2.5 并联电抗器补偿装置

当变电站无功功率因数较低时，通过并联电抗器补偿装置的运行，可以有效提高电网的功率因数，在运行过程中，变电站的负荷电流流过并联电抗器补偿装置，使电抗器在电网中形成一个并联分支。这样，电抗器的无功功率可以与变电站的负荷无功功率相抵消，从而实现无功功率的平衡，并联电抗器补偿装置通过调节电抗器的接入或退出来控制无功功率的补偿程度，让变电站的功率因数达到所需的标准。

3 变电站无功补偿设备维护策略

3.1 对电流、温度及电压严格的监测

监测系统可以实时获取电流数据，并进行实时分析和记录，及时发现过载或电流波动等异常情况，在第一时间采取相应的措施进行修复或调整。应安装温度传感器或红外热像仪等设备，对无功补偿设备的关键部件进行监测，温度传感器可以实时测量关键部件的温度，并将数据传输到监测系统中进行分析，对温度的监测可以及时发现温度异常或过高的情况，避免设备过热引发故障。同时利用电压传感器或电压监测装置对变电站的电压进行监测，实时监测主电源和无功补偿设备的电压情况，并进行数据记录和分析，及时发现电压波动、电压不平衡等问题。

3.2 温度监测和散热管理

为了实现温度监测，可以安装温度传感器在电容器和电力电子装置等关键部位，持续地监测设备的温度，并将数据传输给监控系统，实时显示温度数据，并发出警报以指示是否出现过热问题。高温会对无功补偿设备造成损害，因此必须采取措施有效地降低温度，并设计良好的通风系统保证空气流通帮助散热，合理的设备布局和散热片的使用也是提高散热效果的关键因素，通过这些措施，可以降低设备的温度，并确保其在正常范围内运行。

3.3 无功补偿装置的谐波保护

它会监测电网中的电流波形，通过比较实际电流与额定电流之间的差异，识别并记录谐波电流的存在，当检测到谐波电流超过预设阈值时，无功补偿装置将采取相应的措施来保护自身。而在谐波电流增加时，装置会快速作出反应，尽量减少谐波电流对设备的影响，调整自身的无功补偿容量，并通过控制元件的开关状态来实现对谐波的补偿消除谐波电流，保护系统的正常运行。它采用滤波器来过滤电网中的谐波成分，将它们从电网中分离出来，滤波器能够根据谐波电流的频率进行调整，让无功补偿装置保护自身免受谐波电流的影响，同时保持对无功功率的补偿。

3.4 电容器健康状态监测

定期对电容器进行巡检，仔细查看其外观状态，确认是否有外部损坏、漏油或异味等异常情况，利用专业的测试设备，对电容器的电压、电流、功率因数和电容值等电气参数进行测量，与设备的额定值进行比较，判断电容器是否正常工作，还可以进行电容器的绝缘电阻测试，以评估绝缘性能是否符合要求。除了定期的外观检查和电气参数测试，还需使用先进的无线传感技术进行在线监测，实时采集电容器的温度、振动、湿度等数据，并将其传输到监测系统进行分析和评估，提前发现电容器的异常状态，并通过警报系统及时通知维护人员，以便采取相应的维修措施。

3.5 电气连接检查

操作人员要检查设备的电源连接情况，查看主电源接线柜的接线是否牢固可靠，并紧固好螺丝。接下来，检查设备内部的各种接线端子和插头连接，仔细查看每个连接点，确保没有松动或腐蚀现象，并通过紧固螺丝或清理接点来修复存在问题。并查看控制面板上的继电器、开关和传感器等元件，确保它们与设备主体之间的连接正确无误，对设备的接地系统进行全面测试，确保接地电阻符合安全要求[4]。

3.6 异常报警和故障诊断

异常报警系统应该安装在无功补偿设备上，并与预设的阈值进行比对，当参数超过或低于阈值，系统将立即发出报警信号，以提醒运维人员注意设备异常情况。维护人员要使用专业的检测仪器和设备，对设备的电气参数进行测量和分析，比如使用电流钳表检测电流波形，使用红外热像仪检测设备的热量分布等。通过这些手段及时发现设备存在的故障或潜在问题，并及时进行维修或更换受损部件。除了定期的检查和测试，还应建立完善的记录和档案系统，记录无功补偿设备的维护历史、故障信息、维修记录等，以便日后的维护和故障排查，定期进行设备的清洁和维护保养工作，确保设备的正常运行并延长其寿命。

3.7 备品备件管理

备品备件是指用于维护和修理设备的零部件、工具和材料，对于变电站无功补偿设备的维护来说，备品备件管理是非常重要的环节，要进行有效的备品备件管理，首先需要建立一个详细的备件清单，将备件的名称、规格、型号、数量和供应商等信息一一登记在案。在设备维护过程中，要及时记录备件领用、归还、报废等情况，并实时更新备件库存，同时定期进行备件质量检查和存储条件的监控。

3.8 无功设备运行维护的常规工作要点

巡视的目的是检查设备的运行状态，发现问题并及时采取措施，以确保设备的正常运行和性能稳定

3.8.1 常规巡视。巡视周期应当按照一定的规律进行，对下列几点进行详细查验：检查电容器、电抗器、放电线圈、支架和外壳的外表情况；仔细倾听无功设备有没有发出异样的声音；在常规的夜晚巡检时，需仔细检查绝缘子和套管等部件，以观察其有没有放电现象的异常情况。

3.8.2 特殊巡视。特殊巡视的目的是对设备进行深入、全面的检查，以发现可能存在的潜在问题，应建立温度监测记录，对温度变化进行跟踪和分析，如果发现环境温度异常偏高或偏低，要及时采取增加通风、降低室内温度等相应的调控措施，还可以采用温度保护装置，当温度超出设定范围时，及时发出警报并采取自动保护措施，以防止温度过高导致设备损坏。还要在特殊的雷电、大雾等天气对放电装置的绝缘情况进行突击检查。当发现有其他隐患问题，且无法及时解决时，就应当加大巡查的力度。