关于变电站无功补偿方法及保护分析

关于变电站无功补偿方法及保护分析

李鉴添

广东电网有限责任公司中山供电局，广东 中山 528400

摘要：随着电网不断发展，电网结构日趋复杂，无功功率作为交流同步电网中最重要的因素之一。它与电网的供电能力、电能质量、网络损耗、安全稳定运行水平等密切相关。而变电站作为输电网中的最主要的一环，有必要对变电站无功补偿方法进行分析，并在完善无功补偿、提高无功补偿装置保护能力的同时，建设电压控制系统，以完善对电网无功电压分布的综合决策、调度和管理，优化调度现有的无功电压调控资源，从而提高系统满足电能质量、电网安全和经济运行等要求的能力。

关键词：变电站；无功补偿方法；分析研究

1、无功补偿的原理及作用

电流在电感元件中作功时，电流超前于电压90°；而电流在电容元件中作功时，电流滞后电压90°。在同一电路中，电感电流与电容电流方向相反，互差180°。如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件，使两者的电流相互抵消，使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小，从而提高电能作功的能力，这就是无功补偿的原理。1、1补偿无功功率，不仅增加电网中有功功率的比例常数，而且减少发、供电设备的设计容量，特别对变压站可以减少投资。例如当功率因数cosΦ=0.78增加到cosΦ=0.92时，装1Kvar电容器可节省设备容量0.51KW；对原有设备而言，相当于增大了发、供电设备容量。因此，对变压站新建、改建工程，应充分考虑无功补偿，便可以减少设计容量，从而减少投资。1、2降低线损，由公式ΔΡ%=（1-cosθ/cosΦ）×100%得出其中cosΦ为补偿后的功率因数，cosθ为补偿前的功率因数则：cosΦ>cosθ，所以提高功率因数后，线损率也下降了，减少设计容量、减少投资，从而增加电网中有功功率的传输比例，以及降低线损提高供电企业的经济效益。

2、站内无功补偿现状分析

2、1 变电站无功补偿额定电压应与其接入的各种电网运行方式下的运行电压相配合，对于实现变电站的就地平衡、减少输电线路路径的网损具有重要意义。站内无功补偿装置应优先考虑采用投资省、损耗小、可分组投切的并联电容器和并联电抗器。而静止无功补偿器和静止无功发生器对快速调节无功出力，更适用于抑制快速变化的负荷所产生的电压波动和闪变，对提高系统电压质量和提高电力系统在各种干扰下的稳定性效果明显。二者必须相互补充从而更好的提高电网运行效率。

2、2、变电站无功补偿装置中存在的问题

2、2、1电压继电器的电压经常会出现不稳定的情况是无功补偿装置过电压继电器容易出现的问题之一，当变电站的整定刻度接近继电器的一般刻度时，会造成继电器的动作状态不稳定，还会造成过电压继电器的返回系数偏小、电容器的投入率偏低。在一般情况下，160 V 电磁型过电压继电器的返回系数低于 1，而当电压继电器达到 114 V 时，电压继电器的返回数据为 0.85，即便在系统电压恢复正常时，继电器电压仍然不完全返回。架空电容器，会造成电容器的投入率较低、电网运行效率低。

2、2、2电容器过电压保护装置存在的问题电容器经常发生的故障，当容器极板绝缘局部短路、电容器过热而引起的损坏、单组或多组电容被击穿、电容器组与断路器之间的引线损坏、绝缘子与套管间发生短路和电容器失压重新启动后造成的故障。过压继电器的 2 个并联开关与母线电压互感器相连，这种连接方式的缺点在于当母线电压过高时，过电继电器的 2 个并联开关相继开启，时间继电器也随之开启。在这种情况下，即使母线的电压峰值降低，也难以达到电压继电器的返回值，短时带电元器件的继电器会处于动作状态，极有可能造成继电器损坏。

3、变电站无功补偿装置保护措施

3、1 将热继电器串联接入

热继电器保护这是目前绝大多数无功功率补偿装置都采用的一种保护方式。其主要功能是能实现过载保护,热继电器一般均遵照反时限特性而设计,也有的产品加入了短路保护特性。其动作灵敏度常常受到制约,不能及时对故障进行保护,但其价格较便宜,安装简单。

3、2在电用回路中接入一种放电电压互感器

在电用回路中接入一种放电电压互感器可以提高无功补偿装置的安全可靠性，解决电容投入率过低的问题。通过改变过电压保护交流回路的方式，将母线电压分摊改接到放电电压互感器中，这样可以解决电容器失电时继电器仍带电的情况。当开关的放电电压互感器与电压互感器的电压相同时，过电压处于保护动作，放电电压的互感器就会失电。这种有效解决了过电压继电器返回系数不高、电容器投入率低的问题。此外，该方法还可以促使电路的高度集成，提高电压保护的就地化。电容器的保护在很大程度上来自放电电压互感器，电容器的保护电压回路会因为故障而引起母线电压互感器电压回路发生故障。随着变电站的自动化程度逐渐提高，各个电路模板之间的联系将会减少，安全可靠性也就随之提高。交流回路介质放电电压互感器，有利变电站无功补偿装置过电压保护的集成化和就地化。

3、3使用静态继电器

我国大多数变电站使用的是电磁型电压继电器，静止无功补偿发生器一般由高压变压器、电抗器、变流器构成的主系统和控制器、保护电路、驱动电路等构成的二次系统构成，这种继电器返回数值较低，长时间使用可能会烧坏。使用静态继电器的返回数值要求在 0.9～0.95 之间，这样即使是长时间使用，也可以确保较高的安全可靠性。

3、4 串入过电压继电器的启动开关

增加过电压继电器的启动开关在继电器的启动回路中串入开关，帮助过电压继电器进行更好的连接。当继电器启动时，过电压继电器的启动开关会自动断开，时间继电器就会停止运行，这样可以避免时间继电器因长时间带电运行而遭到损坏。

3、5 加强电容器保护

电容器作为变电站无功补偿重要来源之一，必需加强对电容器设置的保护。

差压保护是指电容器的分相电压差动保护，反应单相电容器组中电容量的不平衡，对电容器内部故障起保护的作用，避免单相电容器个别元件断线、击穿、短路等故障。因此，电容差压保护可以确保变电站平稳运行，避免因强电流而导致故障的范围扩大。

结束语

综上所述，随着人民生活水平的提高，对用电质量提出了越来越高的要求。本文通过分析无功补偿原理结合实际变电站运行情况，对变电站无功补偿现状及不足进行了详细的分析，并提出科学的变电站无功补偿装置保护措施——将热继电器串联接入、在电用回路中接入一种放电电压互感器、使用静态继电器、串入过电压继电器的启动开关、加强电容器保护，这些措施不仅提高变电站无功补偿装置过电保护的性能，从而增加电网中有功功率的传输比例，以及提高供电企业的经济效益。

参考文献：

[1] 肖湘宁.电能质量分析与控制，中国电力出版杜，2004 .

[2〕王兆安，黄俊，电力电子技术，北京机械工业出版社，2007.

[3] 姜齐棠，嵌小荣，陈建业,电力系统并联补偿:结构、原理、控制与重用

北京机械工业出版社，2004.