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无功补偿投切元件的选择
2008/6/19/08:46  来源:广东电网公司肇庆供电局  作者:吴家庆

    在电力系统中无功功率对供电系统和负载系统的正常运行是十分重要的,也是必需的。由于电力系统的网络元件及负荷主要是电感性的,它们大量地吸收系统的无功功率,使系统出现无功缺额,电压下降甚至崩溃。为了维持无功功率的平衡,必须对无功功率进行补偿。从无功功率与系统电压及潮流的关系可知,长距离输送无功是不合理的,这样只会增加电压损耗及网络线损。因此,无功补偿应采用就地补偿的原则。

    另一方面,无功功率过剩同样会导致电流的增大和视在功率的增加,从而使发电机、变压器、起动及控制设备和导线等电气设备容量的增加。过剩的无功功率的输送过程中会使电压降低及线损增大,甚至引起系统电压波动,这要求无功补偿既不能过补偿,也不能欠补偿。

    随着工业的迅速发展,各种新设备的投入使用,无功负荷变化的幅度及频率越来越快。这要求无功补偿要有足够的响应速度,避免因滞后而造成补偿过剩或不足。在110kV及以下的配电网中,主要的无功补偿设备为并联电容器,而并联电容补偿装置的响应速度、可靠性很大程度上取决于电容投切元件的性能。

    现时在配电网中运行的并联电容器投切元件主要有断路器、交流接触器、大功率晶闸管、复合开关、低涌流真空开关。下面就几种投切元件的特点加以说明。

    一、断路器

    现在投切电容使用的断路器大多数是真空开关。真空断路器具有分合闸速度快的特点。随着灭弧性能及过电压耐受能力的不断提高,真空断路器开断电容时已能很好地防止重燃。

    但由于真空断路器的造价高,电容器分组不可能做得很细。因此,采用真空断路器作为投切元件不能根据无功缺额投入适量的补偿。同时由于普通的真空断路器三相开关不能分别进行控制,要接通则一起接通,要分断则一起断开,无法选择最合适相位角投入和切除电容,即最少会有两电容不能在电压过零时投入,或在电流过零时切除。电容器的电流与电容电压对时间的微分成正比,当断路器投入时,电容器上的初始电压与电网电压不相等时,最大压差可达2.8倍的额定电压。当巨大的压差突然加到电容器两端——使电容器的电压发生突变时,则通过断路器和电容器的电流将是额定电流的几十倍——冲击电流。这种情况在背靠背的电容器组的投切中尤为严重。冲击电流对电容器及断路器都是一个极大的危害,而且冲击电流中含有的谐波分量会经电容器放大。另一方面,谐波电流叠加在电容的基波电流上,使电容电流的有效值增大,造成温升增高,甚至过热,影响电容器的寿命。加上真空断路器的检修比较复杂,不宜作频繁投切。

    因而,以真空断路器作为投切元件只适用于无功负荷变化不大的情况,在大中型变电站低压母线作集中补偿时使用。此时无功补偿基本上是作为主变压器所消耗无功的补偿。

    二、交流接触器

    交流接触器作为补偿电容装置的投切元件已有三十多年的运行经验。在造价上,交流接触器比真空断路器有明显的优势,但和真空开关一样,交流接触器三相触头必须同时分合,在投切电容时会产生较大的冲击电流。一方面由于主流接触器的造价相对较低,以其为投切元件,电容器的分组可以做得较多、较细,可以较为准确地对系统无功缺额进行补偿,这解决了以真空断路器作为投切元件分组不够细致的问题。

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