广东电网有限责任公司揭阳供电局 522000
摘要：由于变电站中大量使用非线性电力电子装置，电力系统中无功和谐波问题日益突出，对此目前普遍采用无功补偿措施，不仅可以降低电能损耗、减少开支，还能提高电能传输质量。但同时，无功补偿设备的运行、维护管理也成为一个需要关注的问题，若维护管理不当，不仅达不到无功补偿、降低能耗的目的，反而会造成电力系统故障，干扰电能传输。鉴于此，从无功补偿概念、应用现状等出发，探讨无功补偿设备运行维护策略，以期给业内人士提供参考。
关键词：变电站；无功补偿；运行维护
电力系统的无功功率运行状态需要电压与流转电流间形成90度角的相位差，从而才能使电能转化为其他的输出形式。在实际电力系统运行的过程中无功功率进行长距离输送，将会导致大量功率损耗，致使电力系统运行效益降低，并且很可能引发安全隐患。因此，利用变电站无功补偿设备来对电力系统运行中的无功功率进行补偿，则不需要对无功功率进行长距离的输送，相应的电力系统将不会受到无功功率输送的影响，大大提高电力系统的安全性。当然，实现变电站无功补偿设备有效应用，注意对设备进行有效维护。所以，加强变电站无功补偿设备运行维护是非常必要的。
1无功补偿相关概念
1.1 无功功率
无功功率并不是没有作用的功率，相反，它是电力系统中必不可少的功率，主要用于建立和维持电气设备构成电路的磁场，对电能质量和电网电压都有较大的控制作用。影响变电站无功功率分配的因素主要有两个：变电站三相电能质量、传输用户的电气性能。电力系统中一旦电压和频率不稳，电能质量就会降低，无功功率会显著增大，反过来会造成电力系统的不稳定，因此控制无功功率分配的主要方法就是控制电压。
1.2 无功补偿技术
保证电力系统中无功功率分配平衡的要求是系统无功电源所消耗的无功功率大于或等于负载设备消耗的无功功率与电网无功功率损耗之和。无功补偿技术就是在电力系统中缺少无功功率的地方就近进行补偿，使电网电压稳定运行。最方便易行的方法就是安装无功补偿设备，其作用主要有：降低变电站设备容量，减少电网线路中的无功功率损耗；稳定用户电压，提高电能质量和电力系统稳定性；平衡变电站三相电能有功功率和无功负荷。
1.3无功补偿类型和装置
1.3.1 电容器和滤波器
应用最早的无功补偿方式是安装并联电容器和LC无源滤波器，这种模式设备简单、安装操作方便，除了能对电网中的无功功率进行补偿外，还可以有效抑制谐波的产生，因此在早期的无功补偿技术中是应用最广泛的类型。但随着变电站等级的提升，人们发现并联电容器和LC无源滤波器受到电网阻抗特性以及运行状态的影响越来越大，设备间常出现并联谐振现象，虽然能有效抑制谐波，但谐波电流也相应增大，电容很可能被击穿；同时这种模式对无功功率的补偿无法实现无级连续调节，一旦电网电压出现陡升或陡降，通过并联电容的电流也会随之大幅度变化，导致补偿的无功功率不稳定，因此如今这种模式只应用于固定频率或静态无功功率的补偿中。
1.3.2 同步调相机
同步调相机也是较早应用于变电站无功补偿的装置，它与空载同步发电机的作用相同。当电力系统过励磁运行时，它就是一个无功电源，为系统提供无功功率，保证电压稳定；当系统欠励磁运行时，它又变成了一个负载设备，消耗电力系统中多余的无功功率，保证电压稳定。为了保证装置实现无级平滑调节，通常为同步调相机增加一个自动励磁调节装置，这样电力系统的电压升降对无功功率的分配就不会有显著影响，即使系统出现电力故障，也能保证电网电压的稳定性。同步调相机缺点是设备庞大，噪声较大，有有功损耗，不利于运行维护，目前同步调相机只出现在一些电网容量大的变电站场合中。
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1.3.3 静止补偿器
这类补偿装置是如今电网无功补偿的主流设备，主要包括静止无功补偿器和静止同步补偿器两种类型。静止无功补偿器是由电抗器与电容器并联组成的补偿装置，电抗器由可控硅晶闸管来控制开关，能跟随快速移动的负荷迅速变动，实现无级调节无功功率大小、方向的目的，运行可靠性较高，缺点是晶闸管本身是不可控的，补偿能力被削弱，没有很好地解决谐波问题，若设备过多，还可能引起系统振荡。静止同步补偿器较好地解决了上述问题，它采用的是新一代的晶体管和晶闸管，能自主控制开关动作，其调节控制速度显著加快，能显著提升电力系统稳定性。
2 变电站无功补偿设备运行维护策略
2.1 健全设备管理制度，明确管理人员责任
健全设备管理制度是提高管理水平与设备质量的重要手段，首先应针对设备选型、采购、使用、维护、保养、回收等各个方面的流程建立完善、可操作性强的管理制度。主要包括严格记录设备运行、维修保养状况，遵循使用年限要求，定时检查设备和记录，及时维护设备，有条件的变电站还可根据实际电网等级情况预先编制设备的维护保养计划书，严格按照维护程序对设备进行日常保养维护。其次，要对设备管理人员的权利和责任做出明确规定，完善相关考核制度，杜绝设备管理人员不作为现象，将无功补偿设备的管理与维护工作落到实处。
2.2 严格监控电力系统的电压、电流、温度
不管是电容器还是电抗器，所有补偿设备归根结底是负载，因此电网系统的电压直接关系到设备使用寿命和运行状况。应在电网系统中安装监视装置，随时监控、记录电力系统的电压、电流、温度状况，一旦出现异常升高或下降现象，应果断采取措施，保证补偿设备两端的电压值一直稳定在限定范围内。在实际补偿装置的组装中要尽量将电容值较小的电容器串联再与其他设备并联，以提高电容器组的承压能力。对电流的控制只要保证其不大于限定电流的1.3倍即可，若是三相交流电则需要在此基础上再下降5%；温度控制一般要求在65 ℃以下，还要注意无功补偿装置不可连续运行。
2.3 无功补偿装置的继电保护
首先是对电容器、电感器的熔丝保护，每只电容器上都有一根独有的熔丝，一旦电压异常击穿电容，熔丝就会熔断，维护人员只需根据熔丝状态更换故障电容器即可。然后是装置的过电流保护，主要针对电容器引线上的相间短路故障、负荷过大引起的开关跳闸故障、合闸涌流引起的误保护等，过电流保护有一定时限要求，至少要达到0.5s以上的急停时限。其次是不平衡电压保护，电网系统中的不平衡电压保护依据是电容器故障会导致电容器组三相电容不平衡，当电容器故障排除后，电容值会出现暂时的不平衡，此时电压或电流受其影响会出现变化，因此可以利用电压或电流的升降启动继电器，对补偿设备进行继电保护。最后是高低压保护，自动低压保护装置能在电压下降到一定限值时自动切除相应电容器，以使电力系统电压恢复稳定。
2.4 无功补偿装置的谐波保护
由于变电站系统中存在大量UPS、开关电源、整流逆变器、变频器等非线性负载，三相电压整流成正弦电压加在负载两端时，基波电流就会发生畸变而产生谐波。另外，无功补偿设备特别是静止补偿器中的晶闸管等消耗功率的装置也容易振荡产生谐波。谐波的产生不止降低了供电可靠性，还容易产生过电压或过电流，危及供电系统安全，引发大面积停电等恶性事故。控制谐波的首要措施就是安装合适带宽的传感器，监控系统中出现的谐波数量和种类，以及时发现电网中不健康运行的设备，并采取针对性措施，将谐波危害降到最低。
2.5 完善巡视检查制度
应设立专门巡视组，定期、长期对无功补偿设备进行巡视检查并做好巡视记录，对异常现象要及时报告主管人员，并采取适当措施。
3 结语
变电站的系统安全与稳定在很大程度上依赖于无功补偿设备的正常运行和自我保护，一旦无功补偿设备如电容器组、电抗器发生故障，就会危害整个无功补偿环节的实现，不仅会降低电能传输质量和电网系统稳定性，还容易导致谐波和振荡的失控，因此必须重视对无功补偿设备的运行维护，达到减少电能损耗、提高电能质量的目的。
参考文献
[1]肖毅.关于变电站无功补偿设备运行维护策略的研究[J].科技创新导报，2014(2)：71.
[2]谢浩南.浅谈变电站无功补偿设备的运行维护[J].科技与创新，2014(16)：67，70.
论文作者:陈杰辉
论文发表刊物:《电力技术》2016年第5期
论文发表时间:2016/10/15
标签：设备论文; 功率论文; 变电站论文; 电压论文; 电网论文; 电力系统论文; 谐波论文; 《电力技术》2016年第5期论文;