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关于高压电容自动补偿的探讨论文
摘要：本文就电容自动补偿中实际遇到的问题，结合工程实践情况，对高压电容自动补偿装置有关技术问题进行初步探讨。
关键词：感性负载 自动补偿 就地补偿 功率因数 电压叠加 补偿精度 步长
一、概述
在电力系统中，随着变压器和交流电动机等电感性负载的广泛使用，电力系统的供配电设备中经常流动着大量的感性无功电流。这些无功电流占用大量的供配电设备容量，同时增加了线路输送电流，因而增加了馈电线路损耗，使电力设备得不到充分利用。作为解决问题的办法之一，就是采用无功功率补偿装置，使无功功率就地得到补偿，尽量减少或不占用供配电设备容量，提高设备的利用效率。最常见的办法就是采用电容器组提供电容性电流对电感性电流给予补偿，以提高功率因数。目前，在配电系统中，已经普遍使用了低压电容集中自动补偿装置，根据需要,使低压无功功率就地得到补偿。而在高压系统中，目前使用比较多的补偿还是传统的固定式电容补偿装置，集中的自动补偿装置使用还很不普遍。由于传统的补偿方式存在安全性能差、补偿精度低和劳动强度大等问题，大家都希望有一种更加安全可靠、补偿精度更高、自动化水平更高的补偿装置供设计选用。
我们从1995年开始，在天津经济技术开发区二期雨、污水泵站；东海路雨、污水泵站；泰丰路雨水泵站和天津市月牙河雨水泵站等工程中试用6kV高压电容自动补偿装置。经过几年来的使用，证明补偿后功率因数达到0.95以上，自动化水平高，补偿效果满意。得到各使用单位的一致好评。本文结合工程使用情况，就高压电容集中自动补偿装置有关技术问题进行简单介绍。以作抛砖引玉。
二、补偿实施方案和补偿容量的确定
要想得到理想的补偿效果，首先要确定合理的补偿实施方案、准确计算需要补偿的容量。目前常见的补偿方法有传统的固定式电容器组人工插拔熔断器控制补偿容量法；单台设备随机就地电容补偿法和集中电容器自动补偿法。其中传统补偿方法简单，但补偿精度低，劳动强度大，危险性大，受人为因素影响太多。
单台设备就地补偿法就是针对单台设备在当地进行补偿，其优点是从设备需求点补偿，深入到需求补偿第一位置，补偿范围大。其缺点是确定补偿容量困难。既不能过补偿，又必须保证电路不得发生LC谐振和避免发生自激现象。因在计算无功电流时，无功电流主要成分是由电机励磁电流I0，满负荷运行时的无功电流增量ID1、欠载运行时的无功电流增量ID2等组成的。因为随着电动机运行状态的变化，上述各参数都在不停地变化，动态变量变化因素太多，很难确定准确的无功补偿需求量。不同的生产设备在选配电动机时的启动容量裕度各不相同，所以，在设备运行中其电动机的饱和程度各不相同，其欠载运行的无功电流增量ID2各不相同；其次，电动机的实际工作状态随时变化，如：水泵电机随着进水水位、出水水位的变化电动机负载率随时都在变化，无法确定准确的工况。而单台设备就地补偿法在补偿容量确定后，是以固定不变的补偿容量，去平衡随时浮动变化的动态工况，就很难得到满意的高精度补偿效果。
此外，在单台补偿的电容器装置中，补偿电容器是与主机一对一固定配套安装的，随着主机的运行而补偿电容器同时投入运行，当主机停止运行时补偿电容也一齐被切除，各机组之间的电容器相互独立不能互补，电容器得不到充分利用，增加了设备投资。而且，市政工程的特点是运行时间集中、设备容量较大；备用设备的运行利用率更低等。再者，由于补偿电容器随着主机的运行而一齐投入运行，则主机的启动电流与电容器合闸涌流是同时处于最大值，两个电流最大值相加增大冲击电流效应。
如果采用成组设备集中自动补偿法，则补偿容量可根据当时整体运行工况需要，自动投入所需容量，可以达到比较高的补偿精度。随着补偿设备的步长越短则补偿精度越高，如果步长为无级变化则功率因数从理论上讲可以精确到1，这将为高精度准确补偿打下基础。而且不论任何一台电机工作时，补偿电容器均可根据线路总体需要投入运行，使每组补偿电容器得到充分利用。
三、补偿设备步长划分与设备配置
虽然理论上无级自动补偿装置补偿精度可以达到1，但是在一般市政工程实际应用中，为了合理地利用有限的资金投入，并不要求理论上的最大值，只要满足工程精度需要就可以了。所以工程中大多数情况都是由多台设备并列运行，通常设备在4台以上时，如将所需最大补偿电容量分成6~8步等步长容量投入，就可以基本满足工程实际精度需要。如同目前常见的低压电容器自动补偿装置一样，一般分8步等容量投入方案的使用已经非常普遍，其理论可以推广到高压电容补偿装置中使用。但是在高压系统中如果沿用低压补偿的思路，对于采用高压真空接触器控制的方案，仍可采用等容量配置。而对于使用真空断路器的情况而言，则因为真空断路器价格相对较高，所以，在保证相同功能的基础上尽量减少真空断路器的使用数量，对节约投资是有着非常明显的作用的。工程中如果合理选用控制器，可以减少真空断路器数量，例如：对于采用等步长容量分配电容器组的设备组，7步补偿需要7台真空断路器，如果采用1+2+4的不等容量控制器的配置，只需3台真空断路器就可以达到7步等步长容量补偿的效果，其形式为1、2、1+2、4、4+1、4+2、4+2+1。这样既保证了补偿精度又将大大节约设备的一次性投资。
四、保护与控制
高压电容器自动补偿装置的保护和控制，除常规的保护和控制外，还有一些特殊的需要注意的问题。我们在实际工程中遇到的一些在保护系统设计和调试过程中容易忽略的问题，一并在此作简单介绍。在实际工程中，根据电动机数量，一般采用7~8步控制投入。保护系统除过电压、过电流等常规保护外，必须注意采用完善的三相保护，避免因单相故障造成的保护失灵和故障扩大。合理配置限制涌流的电抗器，严格防止电磁谐振现象造成的破坏。
另外，保护系统必须注意补偿电容器在自动投入时，电容器上的电压叠加问题，当一组电容器退出运行后，在再投入前，必须保证其充分放电后再投入运行。保证其在再投入时其上的残余电压值降低到允许的电压范围以内，避免由于再投入时残余电压与额定电压的叠加造成电容器上的过电压损坏。
其次控制系统中，特别需要注意的是工作电源、信号电源等检测量的相位的正确配置。正确的向量配置是设备调试能顺利进行的有力保证和最起码的要求，否则，会给调试工作带来不必要的麻烦和增加许多不必要的工作量，以至于有时可能会调不出正确结论。
控制系统的设计随着使用元件不同结构略有差异。例如：补偿装置的接触器，若使用电磁式真空接触器，开/停为一个信号的1—0状态，若使用机构式接触器或者采用真空断路器时，其开/停必须是两个独立的信号。两种控制各有优缺点，从节能、噪音等不同角度各有不同结论。仁者见仁，智者见智。设计可根据工程具体情况采用经济、合理、实用和技术先进的设备配置。采用机构式接触器或者采用真空断路器时的控制原理见《电容器自动补偿装置控制原理图》。
五、结论
目前广泛使用的补偿方式，大多数都是有级补偿，为了达到更精确补偿效果，最理想的补偿方式是实现微机调控的无级自动补偿方式，它可以根据需要使补偿后的功率因数达到最理想的精度，但是由于其技术含量高，投资费用也相对高，还要求较高的管理维护水平。综上所述，电容补偿的方式，可根据工程具体情况进行选择。在补偿精度满足要求前提下优先选择工程造价低、运行管理可靠、维修方便的设备。那么，采用不等容量配置的分级自动补偿方式就是经济合理和可行的方案之一。
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