10kV線路無功自動補償裝置的安全保護功能

1、 10kV線路無功自動補償裝置的安全保護功能 在農(nóng)村配電網(wǎng)中，進行無功功率補償，對提高功率因數(shù)、降損節(jié)能和提高供電質(zhì)量有著特別重要的作用和意義。近些年，10 kV線路上的無功自動補償出現(xiàn)了一些新的技術(shù)和產(chǎn)品，我局針對所屬10 kV線路的特點，積極與設(shè)備廠家合作，開展這方面的應(yīng)用。應(yīng)用中，我們特殊提出了相關(guān)的安全保護技術(shù)條款，與廠家共同探討實施方案，并收到了較滿足的效果。對此，我們有一些體會和收獲，歸納整理出來與大家探討。 1 農(nóng)電10 kV配網(wǎng)系統(tǒng)無功補償概況 對于農(nóng)網(wǎng)主要使用的10 kV配網(wǎng)系統(tǒng)，完整的無功補償應(yīng)當包括變電站集中補償、10 kV線路補償和用戶端低壓補償，再加上隨機補償，即“3

2、級補償+隨機補償”（“3+1”模式）。 目前，實際應(yīng)用相對廣泛的主要是在變電站的二次側(cè)進行集中補償，以及用戶端的低壓補償。變電站集中補償是在站內(nèi)，室內(nèi)環(huán)境，有人工值守；低壓補償雖然是戶外環(huán)境條件下工作，但技術(shù)難度相對低一些。10 kV線路的無功補償由于技術(shù)和環(huán)境等多方面的問題，只是有少量的線路實行了固定補償，或人工掌握補償。明顯，10 kV線路早期的這種補償方法存在過補或欠補、人工勞動強度大等問題。通常，這種方法補償電容器的容量只能配置線路平均無功缺額的30%左右，補償效果很不抱負。 依據(jù)線路運行狀況，自動判別并實現(xiàn)10 kV線路無功自動補償，是10 kV無功補償技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展方向。 近幾年

3、，隨著科學技術(shù)的發(fā)展和相關(guān)專業(yè)廠家的努力研發(fā)，10 kV線路自動化的無功補償裝置漸漸開頭應(yīng)用。但實際應(yīng)用中還存在著很多問題，有待提高和解決。 2 問題的提出 10 kV配電線路屬于高壓配電，其掛網(wǎng)設(shè)備的技術(shù)性和安全性要求也相對要高。無功補償裝置正是安裝于線路中的某個位置（即某號桿，單桿或雙桿架設(shè)），野外環(huán)境，長年累月掛網(wǎng)運行，同樣，可*性和安全性要求極高。 2000年，一家國外知名公司在中國展出了他們的10 kV線路無功自動補償裝置?？梢哉f，至此，10 kV線路無功補償?shù)淖詣踊O(shè)備正式亮相。盡管國內(nèi)曾有過這方面的許多嘗試，但究竟，國外的先進產(chǎn)品帶來了新的啟迪，推進了國內(nèi)廠家研發(fā)的步伐。然而，國

4、外這些產(chǎn)品并不能大范圍地直接應(yīng)用在中國的電網(wǎng)上，問題就在于缺乏安全保護措施。 發(fā)達國家的電網(wǎng)環(huán)境相對要好得多，用電戶，特殊是特別的工廠，都在與輸送電網(wǎng)之間采取了隔離措施，阻擋可能影響輸送電能質(zhì)量的各種狀況發(fā)生，使得電網(wǎng)很“潔凈”。而中國電網(wǎng)的狀況就差許多，存在很多影響電能質(zhì)量的不利因素，相當于電網(wǎng)受到了“污染”。 事實上，在后來出現(xiàn)的類似產(chǎn)品的應(yīng)用中，使得產(chǎn)品的安全保護功能顯得尤為重要。據(jù)把握的信息，以及我們自己應(yīng)用的實踐經(jīng)驗：缺乏安全保護措施，或者安全保護做的欠缺，都使得設(shè)備損壞率高，正常工作周期一兩個月，甚至更短。又由于設(shè)備工作在野外，發(fā)生故障時不易準時發(fā)覺，造成長期停運，而失去補償作用。

5、故障嚴重時，還可能殃及其它設(shè)備。 因此，保證設(shè)備自身的高可*運行和安全保護是非常重要的，也是產(chǎn)品設(shè)計很重要的一個方面，是我們使用方必需要求的指標。 從哪些方面考慮和增加安全保護措施呢？要考慮四周環(huán)境，如凹凸溫、潮濕、雷雨，以及空氣污染、廢氣鹽霧等等客觀條件，也要考慮電網(wǎng)自身狀況，如電壓凹凸、三相電流平衡、諧波、浪涌沖擊，以及用電高峰低谷，甚至特別的異常現(xiàn)象等等。 設(shè)備應(yīng)當具備相當?shù)淖R別技術(shù)和保護措施，除了具備智能化掌握外，還應(yīng)具備如飛機“黑匣子”一樣的功能，記錄線路運行的參數(shù)和動作記錄，為整個線路運行供應(yīng)相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)和參考資料。 3 10 kV線路無功自動補償裝置安全保護綜述 作為應(yīng)用方，我

6、們從應(yīng)用的實踐經(jīng)驗和體會，介紹各項安全保護措施，至于各項措施的技術(shù)原理和設(shè)計指標不是本文的重點。 3.1 安全掛網(wǎng)方式 10 kV線路無功自動補償裝置是一臺（套）電力設(shè)備，但從安裝施工、配套設(shè)施來說，每一個補償點都是一個系統(tǒng)。應(yīng)當考慮的是： 3.1.1 裝置的重量以及單、雙桿架設(shè) 早期簡潔的分裝式（無箱體）補償裝置是單桿架設(shè)，安裝在桿的上部；后來隨著功能完善，設(shè)備配套件增多和防塵防雨的需要，發(fā)展了箱體式，采用雙桿架設(shè)，安裝在電桿中部，最低端距地面至少2.5 m。桿上架設(shè)設(shè)備的重量國家有規(guī)定可供參考。 3.1.2 A、B、C三相向裝置引線的安全配套件 三相電接入裝置前應(yīng)當有跌落開關(guān)保護、避雷器保

7、護，以及配套的橫擔、高壓瓷絕緣子等。 3.1.3 接地系統(tǒng) 應(yīng)根據(jù)國家相關(guān)的標準規(guī)范埋設(shè)安全的接地系統(tǒng)，保證雷擊電流和短路電流的瞬間對地導通，以免燒壞裝置。 3.1.4 設(shè)備箱體外要有安全警示，施工完畢應(yīng)掛上標準的安全警示牌。 3.2 補償電容器組的自保能力 同樣是滿意10 kV高壓規(guī)格的補償電容器，但不同廠家和型號的電容器在是否有自身保護的特點上存在差別。建議考察廠家配套的補償電容器是否具備內(nèi)部熔絲和自放電電阻，它具備并增加了整機的自保能力。 3.3 補償電容器三相外接保險 雖然裝置與外接電網(wǎng)之間裝有跌落開關(guān)對裝置進行過流保護，但考慮到線路可能存在的復雜惡劣因素，以及跌落開關(guān)可能出現(xiàn)故障，就

8、有必要在每臺電力電容器組再增加一級保險。有的設(shè)備生產(chǎn)廠家在每臺電容器組上加裝了噴逐式高壓熔斷器，有斜拉式、立式等等，以此達到短路保護及對地短路保護。當某個電力電容器組發(fā)生故障時，其高壓熔斷器將會熔斷，即該電力電容器組退出運行，而不會影響整個系統(tǒng)的安全工作。 3.4 抑制電網(wǎng)干擾的安全保護配置 電網(wǎng)中可能會有一些特別的負荷帶來有害干擾，如軋鋼廠的中頻爐可能帶來諧波干擾，采石場的大型碎石機可能帶來浪涌沖擊干擾等等，因此，應(yīng)當考查補償裝置是否具備了抑制這些干擾的措施?；痉椒ㄊ羌友b電抗器，可抑制10 kV線路上的低次諧波影響，既保護了補償設(shè)備的安全性，又有利于線路輸送電能的質(zhì)量；加裝浪涌脈沖汲取器，

9、可抑制線路上的浪涌電流和瞬間電流對電容器組的危害，進而也保護了二次設(shè)備的正常運行。 3.5 無損采集10 kV線路電流值 這里首先說明一下采集電流的作用：作為自動掌握無功補償裝置，這里有一個掌握模式的問題：假如采用電壓掌握模式，即依據(jù)電壓的凹凸作為判據(jù)進行掌握，則無需采集電流信號，僅采集電壓信號即可，但它不能完全反映線路無功的缺額，會出現(xiàn)過補和欠補的現(xiàn)象；假如采用無功掌握模式，即依據(jù)無功缺額量的多少作為判據(jù)進行跟蹤掌握，則除了采集電壓信號外，還必需采集電流信號，即可通過掌握器的計算機計算出無功量，跟蹤無功缺額大小來實施掌握，就不會出現(xiàn)過補和欠補的現(xiàn)象。 采集電流信號較為成熟的是利用穿芯式電流互

10、感器，但必需剪線，而且，剪線串接會增加線電阻，簡單出現(xiàn)結(jié)點故障，又鋪張電能，因此，應(yīng)用方大都不情愿剪線，特殊是新改造的線路，而且，它的施工也較為復雜。由于電子和傳感器技術(shù)的發(fā)展，有些廠家研制出了非接入式電流互感器，只需要將相線平行固定在互感器瓷絕緣子的凹槽里即可感應(yīng)得到電流信號。因此，假如選擇了以無功掌握模式的無功補償裝置，又不期望剪線，就應(yīng)當慎重考查配套的電流互感器。 這種非接入式電流互感器的高精度、高靈敏度已經(jīng)能夠滿意要求，它的應(yīng)用保證了高壓線路的完整性。 3.6 執(zhí)行開關(guān)的掉電保護 裝置的掌握器掌握投切開關(guān)將電容器并入或退出電網(wǎng)，其投切開關(guān)有多種形式，不同設(shè)備廠家選型也不一樣。目前，應(yīng)用

11、較為成熟的是真空類開關(guān)。對各類開關(guān)的技術(shù)指標要求是必需的，但其是否具備掉電自動分閘功能是特別重要的。假如電網(wǎng)突然停電，恰好開關(guān)合閘使得電容器正并在電網(wǎng)上，而開關(guān)不能夠因掉電而自動分閘，當再次來電時電容器就是直接掛在網(wǎng)上，這就很危急。因此，建議采用電保持式的真空接觸器。 3.7 掌握器抗干擾保護 掌握器是在低壓條件下工作，特殊是大量的計算機、數(shù)據(jù)芯片和集成電路，在直流電壓下工作。除了較高的電源技術(shù)保證外，還應(yīng)有防雷擊浪涌和濾波器等保護功能。 3.8 掌握器軟件實現(xiàn)智能化識別、保護措施 利用傳感器、感應(yīng)裝置、執(zhí)行元件，結(jié)合先進的計算機技術(shù)和豐富的掌握軟件，對設(shè)備和電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)進行采集、分析，實現(xiàn)智

12、能化的掌握和保護，是目前較為先進、全面、完善、最精確的識別、保護措施。 3.8.1 三相不平衡電流保護 三相電流不平衡可能會對電容器造成損壞，或縮短其壽命。安全保護功能相對完善的產(chǎn)品對此也做了細心的設(shè)計，對進入柜體的A、B、C三相一次線電流進行采樣，再將采集的三相電流信號送入掌握器，經(jīng)計算機計算分析，假如三相不平衡電流超過警戒值，則屏蔽投切開關(guān)的指令，不允許電容器并入電網(wǎng)。運行中檢測到不平衡現(xiàn)象，應(yīng)馬上切除開關(guān)，退出運行。 3.8.2 欠電壓保護功能 通常，啟動投切開關(guān)動作是*電壓互感器感應(yīng)的電壓信號。比如，10 kV經(jīng)過電壓互感器后得到230 V，以此作為掌握其電源外，還作為啟動像真空接觸器

13、這樣的投切開關(guān)。假如電壓過低，真空接觸器將不能正常動作，會損壞開關(guān)和電容器組。掌握器會設(shè)定一個欠電壓門限值，電壓低至門限值時，使開關(guān)分閘，電容器組退出電網(wǎng)，并禁止合閘操作。當電壓恢復正常后，掌握器重新判定、重新起動掌握投切開關(guān)動作。 3.8.3 過電壓保護功能 電網(wǎng)電壓過高，假如電容器被并入電網(wǎng)，電容器組的使用壽命將會降低。過壓保護功能是在電壓高于上限設(shè)定值時，掌握器指令投切開關(guān)馬上分閘，使電容器組退出電網(wǎng)，并禁止合閘操作。當電壓恢復正常后，掌握器重新判定、重新起動掌握投切開關(guān)動作。 3.8.4 防沖擊抗干擾功能 掌握器應(yīng)具有防沖擊抗干擾功能，系統(tǒng)有濾除低次諧波和抗浪涌汲取瞬間脈沖干擾措施，在

14、電壓、電流信號有沖擊或干擾時，掌握器應(yīng)能夠正常運行，并不馬上輸出分/合閘信號，而是經(jīng)過一定的時間延遲，確定是否真正需要分/合閘時，再進行動作。 3.8.5 斷電保護 掌握器是整個系統(tǒng)的核心，高一級的掌握器會不斷記錄存儲運行中的數(shù)據(jù)，并形成表格曲線。在斷電狀況下，應(yīng)能夠?qū)斍昂痛饲八涗浀臍v史數(shù)據(jù)將會自動長期保存，避免數(shù)據(jù)丟失，起到了黑匣子的作用。 另外，掌握器重新加電后，應(yīng)首先自動進行自檢，推斷開關(guān)的分/合閘位置，然后再進入自動掌握狀態(tài)。 3.8.6 延時保護 電容器退出電網(wǎng)后，應(yīng)避免連忙又合閘開關(guān)，即要防止電容器組頻繁進退電網(wǎng)，這對電容器會帶來危害。要求掌握器指令分閘后，應(yīng)經(jīng)過一段設(shè)定的時間延時（留夠電容器放電時間，如300 s），在這段時間內(nèi)軟件應(yīng)禁止合閘，防止電容器組在切除后沒有放電至安全電壓就投入運行，危害電容器組。 3.8.7 過流保護 掌握器應(yīng)能對電容器組的每相電流實時監(jiān)測，并設(shè)過流保護值。當某相電容器組損壞電流過大時，應(yīng)馬上