摘要：目前，我国的科技发展十分迅速，电容器作为配电系统无功功率补偿的重要设备，在配电系统中被广泛使用。通过在配电系统中合理地配置和控制电容器，可以提高配电系统的电压质量，改善功率因数，降低网络损耗，增加系统容量。感应电动机无功功率就地补偿，投资省，同时可减少无功电流的流动，节电效果好；另一方面，提高供电质量，而且使整个线路有更多的富裕载流量。现对感应电动机就地无功补偿容量选择方案进行讨论、综合比较，给出合理而又简单的选择感应电动机就地补偿电容器容量的计算方法。
关键词：无功功率补偿；电网稳定；变压器调档；差流越限告警
引言
无功功率就地补偿一直是电网稳定运行的基本要求，变电站无功补偿设备的使用极大程度上满足了电网电能输送的就地化补偿要求，提高了电网的安全稳定运行能力；反之，若变电站未按规定安装相应无功补偿设备，则会对一次设备以及二次相关保护、测控等产生较大影响。有载调压变压器运行过程中出现差流过大，极大地提高了对电网安全运行的威胁程度，加大了运维检修人员的工作负担。围绕可能导致变电站主变压器差流过大的影响因素，有研究者提出了一种在线自适应获取变压器运行档位的方法。这种方法可及时修正差动电流计算结果，减小差动电流误差。也有研究者从系统方面着手，对维持电网的电压/无功稳定性方法进行了深入研究，针对110kV变电站无功补偿配置粗放的问题，提出一种采用多维度变参数方式计算无功配置的方法。提出了基于多代理技术的调压方式。提出多目标协调控制的多变电站补偿装置优化控制策略，或者基于小信号模型的磁控电抗器无功功率调节方法等不同的电压/无功控制手段。
1无功补偿方式的选择
理论上而言，无功补偿最好的方式是哪里需要无功，就在哪里补偿，整个系统将没有无功电流的流动。但在实际电网当中这是不可能做到的。因为无论是变压器、输电线路还是各种负载，均会需要无功。所以实际电网当中就补偿装置的安装位置而言有如下3种补偿方式:1)集中补偿:电容器组集中装设在企业总降压变电所的高压侧母线上。这种方式能使企业以上的供电系统减少无功功率引起的损耗。2)分组补偿:电容器组分设在功率因数较低的车间变电所高压侧或低压侧母线上。这种方式能减少这些车间以上配电系统内无功功率引起的损耗。3)单独就地补偿:是将补偿电容器组装设在个别功率因数低的大容量感应电动机附近进行单独就地补偿。单独就地补偿适用于负荷平稳、经常运转而容量又大的设备。对低压三相异步电动机采用就地无功补偿，比集中无功补偿和分组补偿都要经济可靠得多。因为，虽然它装置的总无功容量要为集中无功装置总无功容量的3～4倍，但集中无功补偿装置的单位容量的费用却为就地补偿电容器的4～6倍左右。而且，采用三相低压异步电动机就地无功补偿可降低工矿、企业内的低压电网损失，节约了能源，减少了电费支出。
2无功功率对电网的影响探析
2.1对变压器的影响
根据变压器工作原理可知，无功功率为变压器实现电能量的变换和传递提供电功率，正常工作过程中需要消耗无功功率，包括励磁损耗和漏抗损耗。且变压器的无功损耗除自身固有损耗外，还与承担的负载水平和功率因数有关。随着变压器有载调压技术的广泛应用，通过改变变压器变比调压的方法本质改变了系统的无功功率分布，但变压器自身并不能产生额外的无功功率，当系统无功功率不足时，改变变比只能改变部分节点的电压，同时增加无功功率消耗，容易使其他区域无功功率不足加剧，直接导致系统其他节点电压降低，严重时可能引发电网电压崩溃。因此，变压器有载调压技术只适用于系统中无功功率平衡或具备一定余量的情况。本文案例中的变压器在调档过程中，由于系统无功功率不足，且L变电站内未使用就地无功补偿设备，不能给变压器提供足够的无功功率建立正常工作的电磁场，故导致变压器调档过程中产生较大的差动电流。
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2.2对输电线路的影响
在电网运行过程中，由cosPSϕ=⋅可知，通常认为功率因数越大越好，可提高电网的输送能力。但是当输送的有功功率一定时，若电压保持不变，则cosϕ越大线路需要传输的电流越小，即线路损耗越小，由此可改善电网电压质量，增强系统稳定性。特别在高电压等级的长距离输电过程中，减小线路上承载的总电流，能够降低一次设备正常运行条件下对绝缘能力的要求，延缓设备老化，延长使用寿命。
3无功功率就地调节措施
3.1熔断器作为电容器主保护的设置
当选用外部熔断器作为电容器内部故障的主保护时，为保证熔断器的保护灵敏度，宜选用单台电容器内部元件串联段数为四段及以上的电容器，且电容器并联台数不少于四台。因为依据DL/T604—2009《高压并联电容器装置使用技术条件》第七章条文的规定，当电容器并联台数少于四台时，不宜采用单台电容器保护用熔断器作为电容器内部故障保护。设置熔断器作为电容器故障的主保护后，需要经常检查熔断器。因为熔断器长期运行后，可能使熔管受潮产生发胀现象，或使拉紧弹簧锈蚀，且弹力下降。一旦熔体熔断，尾线难以弹出，熔体的开断性能也会变差。应定期对熔断器外观进行检查和性能测试，及时更换失效品，才能保持熔断器性能的完好。
3.2安装专用电容放电设备
电动机电源断开后，电容补偿柜退出运行，与电动机定子绕组脱开。为快速使电容器放电，需要安装专用电容放电设备。依据GB50227—2008《并联电容器装置设计规范》第五章条文，首选安装放电线圈，其次可以选用电压互感器。经过多年的设备制造发展和运行实践检验，放电线圈已经相对成熟，是理想的电容放电设备。放电线圈与电容器宜采用直接并联接线，严禁放电线圈一次绕组中性点接地。采用电压互感器作为电容放电设备，只适应于中小容量电容器的场合，要求电压互感器必须为全绝缘，具有与电容器相对应的电压等级，且通过放电试验证明能满足放电要求。
3.3设置检修接地开关
依据GB50227—2008第四章条文规定，并联电容器宜在电源侧和中性点侧设置检修接地开关。当中性点侧设置接地开关有困难时，也可采用其他检修接地措施。需要注意的是，Y接法电容器组长期运行后，虽然有放电设备进行放电，但中性点处仍会积存电荷。如果仅在电源侧接地放电，中性点处仍残存电荷，电位不为零，对检修人员会构成威胁。本案例中电容器中性点处没有设置检修接地开关，为确保安全，技术人员已请厂家预留接地端子，以便检修时使用。
结语
综上分析可知，本文案例中差流越限信号的产生主要由两方面的原因造成：①低压侧电压变化后，变压器高压侧通过调档方式实现电压调节，但变压器调档后的档位与定值单上整定计算的档位差别较大，造成CT不平衡调制系数有差别，直接导致变压器产生较大差流；②变电站内未安装就地无功补偿装置，导致变压器在调档过程中因系统无功功率不足，造成差动保护差流越限告警，并引发调控中心、巡维中心、检修中心等部门的高度警惕。若采用并联电容器进行无功功率补偿，实现系统的无功功率就地平衡，则能够减轻或者避免产生由上述原因造成的差流过大现象。
参考文献:
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论文作者:曾铃筠
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/18
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