（中国能源建设集团北京电力建设有限公司北京市100024）
摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，变电站建设越来越多。无功补偿装置在变电站得到大力推广及应用，效果显著。然而，由于系统谐波因素、操作过电压影响以及本地使用的无功补偿装置保护定值设计不当，装置损坏故障时有发生，严重影响了电网的安全运行，如果处理不当，事故范围就将进一步扩大。本文通过变电站运行过程中出现的故障问题，深入分析了无功补偿装置故障的原因并对无功补偿装置进行改进，使之能充分发挥作用，安全并可靠运行。
关键词：电力系统；无功补偿装置；谐波；过电压
引言
高压输电系统电压等级高、输电容量大、传输距离远、功率波动频繁，电压和无功是否在合理范围内直接影响到电力系统的稳定性。无功功率的调节采取分层、分区、就地平衡的原则，高压变电站内无功补偿装置正常运行及正确投切是保证电网系统及设备安全稳定运行的关键。
1无功补偿的意义
对无功功率进行补偿，可以使电网中的有功功率的比例增加，也可以减少发电和供电设备的设计容量，减少在其中的投资。一般来说，在一些新建、改扩建的工程中，都会充分考虑无功补偿，减少整个设计的容量，进而减少固定设备的投资。无功补偿可以降低线损耗，设计容量改变或无功补偿后，可以增加电网中的有功功率输送比例。在无功补偿技术发展的过程当中，它的存在意义已经获得了电力行业的认可。在电网当中比较常用的无功补偿方法主要有三种：a)集中补偿，也就是在高低压配电线路中安装并联电容器组；b)分组补偿，在配电变压器低压侧和用户的车间配电屏安装并联补偿的电容器；c)单台电动机就地补偿，在单台电动机处安装并联一个电容器。在确定无功补偿的容量时，要注意两个方面的问题：a)在轻负荷时要尽量避免过补偿情况的出现，避免倒送无功造成功率损耗出现增加；b)功率因数的确定，一般来说功率因数越高，每千伏所补偿的容量就会减少，损耗的作用也会变少，因此在功率因数确定在0.95这个合理的补偿值当中。
2无功补偿装置故障原因分析
①系统谐波的影响。220kVYQ变电站地处芜湖经济开发区，为多家汽车厂、造船厂、空调厂企业供电，非线性负载比较多。厂家启动大型整流器和电弧炉等“谐波源”时，电力系统中将含有较大的高次谐波，对电流的影响很大。这种谐波电流非常容易引起电容器击穿，引发相间短路及内部击穿。②操作过电压的影响。变电站无功补偿装置故障，断路器分闸后电弧重燃产生了操作过电压，导致电容器组整体受损，内部单元击穿。断路器在断开并联电容器组时引起的操作过电压幅值与电力系统的参数，特别是断路器特性以及关合的相角有很大关系。在某些情况下会概率引起很大的操作过电压，严重时容易造成电容器组整体受损，内部单元击穿。此外，当多组电容器并联运行时，如果其中某个电容器发生击穿，其余电容器就会通过这个电容器放电，该电容器在短时间内将产生巨大的热能使得电容器内的油分解并产生大量气体，造成壳体损坏甚至爆炸。③保护定值的影响。变电站电容器差压保护定值的整定值为6V，未按照最新版电容器差压保护定值计算方法进行核算，保护装置没有可靠动作，导致事故范围扩大。
3无功补偿装置的改进措施
3.1变电器中无功补偿设备的工作原理
现阶段应用的无功补偿设备主要包含以下几种：自饱和电抗器型（SR）、晶闸管电抗器（TCR）型以及晶闸管电抗器（TSR）型等等。笔者所参与建设的湖南省某市110kV变电站项目当中所应用的是晶闸管电抗器（TCR）型无功补偿设备，其数量和型号分别为：2×2×4008kVar。在可控制的硅全部导通状态下，电抗器吸收滤波器所产生的无功功率。这种状态对应于110kV变电站工作前的准备阶段，即此时变电站无需无功功率。等到变电站开始工作时，所需的瞬时无功功率便会随之变化。在此阶段，无功补偿设备的调节仪按照比例系数自动降低电抗器电流。换言之，电抗器吸收的无功功率是滤波器产生的无功功率和110kV变电站的无功功率差值。通过这种方式，可以使电力系统的无功功率快速达到平衡。
3.2串联电抗器
经过分析计算后，发现采用基波感抗为容抗的12%的电抗器串联时，可有效抑制3次谐波电流。采用基波感抗为容抗的4.5%～6%的电抗器串联时，可有效抑制5次以上的谐波电流。当3次以上谐波含量较大时，选择12%与4.5%～6%的混合电抗器串联可有效抑制高次谐波电流。经过研究分析，220kVYQ变更换无功补偿装置时，将损坏的电容器组电抗器由原来的5%电抗率更换为12%电抗率，取得了良好的效果，有效地抑制了3次谐波电流。
3.3无功补偿装置的操作规定
110kv低压无功补偿装置切换应遵循“先切后投”的原则，低容或抵抗应依次轮流投入，应均衡投切，禁止低容、低抗同时投运，投切前后应关注母线电压不超过规定值。
3.4降低断路器开断重燃率
质量较好的断路器可以避免断路器出现触头抖动或分闸电弧重燃现象，可以有效地降低投退电容器组时产生的操作过电压。目前，无论是国产品牌，还是进口施耐德、ABB等品牌真空断路器，都会出现分闸重燃的现象。因此，解决该问题最好的办法，是选用灭弧效果更好、重燃率极低的SF6断路器。
3.5对无功补偿设备进行选型
①滤波电抗器。滤波电抗器一般选取为单相干式空芯电抗器，饼型框架，电感量可以逐渐调节。该类型的电抗器质量优异，性能良好。②滤波电容器。滤波电容器一般选取为全膜电容器，立式结构，通过外熔丝进行保护。根据在实际项目当中的经验表明，该类产品质量过关，技术稳定，受损率较低。③其他辅助仪器。其他辅助仪器（包括避雷器、电压传感器、电流传感器以及熔断器等）都需要使用知名厂家生产的，从而确保110kV变电站质量以及工作的可靠性。
3.6提高功率因数，提高输变电设备的利用率
提高功率因数是采用补偿无功的方式来提高的，补偿电网的无功就是降低电网内的无功，电网内的无功降低了，电网内的无功消耗的电流就降低了，因此电网的视在功率电流就降低了，电容器投入后，我们看到的降低的电流就是降低的无功电流，因为电气设备做功在负荷和电压一定的情况下所需要的有功是一定的，所需要的有功电流也是一定的。电网内的功率（也叫视在功率S）有两部分:有功功率P、无功功率Q，因此说当电网的无功减少的情况下，电网内的可转换的有功就增加，对一台变压器来说，就相当于增加了变压器的容量，或者说是变压器转换为有功的效率提高了，对一台单体设备来说，它所吸收的无功就有电容柜来提供，不再因提供无功而增加变压器的负荷，对该单体设备来说，所消耗的电能转变成机械能所需要的有功是不变的，我们计量所算出的电量就是这部分有功电量。由于功率因数提高后，同样的变压器容量和输电线路就可以向用户输送更多的有功功率。也就是说提高功率因数后，节约的是所投入电容柜前一级供电设备的电功率。根据可知，当cosφ提高后，对一台变压器来说，它的运行电流降低了，就可以再增加它的负荷，以增加它的供电能力。总而言之，提高功率因数就是提高输变电设备的利用率，特别是有利于提高变压器的有功功率的输出，有利于增加设备的负荷需求。
3.7其他措施
1）确保并联电容器组的质量。投入运行前，对电容器组进行严格的检测试验，及时发现缺陷并进行处理，严防劣质电容器组投入运行。2）采用可调串联电抗器，限制无功补偿电容器组的合闸涌流和短路电流，降低操作过电压并有效抑制高次谐波。3）采用定值合适的电容器护装置及其他保护措施，有效限制电容器组的过电压和过电流。
结语
综上所述，变电站由于传输无功功率也将造成电能损失和电压损失，设备利用率也相应降低，而且由无功造成的网损也很大，因此变电站电力系统在不可能增加投资的情况下必须采取行之有效的电容器无功补偿，来提高功率因数，对保证电压质量、实现降损节能、增加设备有功容量、稳压，都有很重要的意义。
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