配电线路无功补偿装置的分类及选型

作为新技术和新产品，市场上的线路无功自动补偿设备存在很大差异。该文分析了市场上不同产品的组成、配置、结构、性能、特点，以及功能等方面的异同，对设备选型提出探讨性意见。

随着科学技术的发展，线路无功自动补偿设备近年来逐渐开始应用。由于国家没有专业标准，因此，市场上该类产品在技术性能、功能特点、安全可靠等方面存在很大差异。我们在对该类产品的调研和应用实践中，对产品的分类、选型方面有了一些认识和体会，归纳整理出来，供大家参考。我们将控制开关“分闸、合闸”称作“投、切”。1、分体式简易型无功自动补偿装置较早的线路无功自动补偿主要采用时间电压控制模式，根据用电峰谷值时间段，结合电压值作为判据来自动投切补偿装置。装置由电容器、控制开关、电压互感器及控制器组成，其中控制器主要是定时器和电压比较器；结构形式是分体裸露安装在杆上，补偿容量可取线路无功缺额的40～50。由于用电的峰谷有很大的变化，而线路电压高低只能间接反映无功缺额，并不一定代表是否缺少无功。因此，补偿准确性较差，效果并不理想。另外，分体裸露式安全性差，高低温、雷雨、霜雪、冰雹，以及烟尘污染等等，都会影响设备的正常工作。这种简易的自动补偿在一些地方有过应用，但没有推广开来。2、集中箱体式10kV线路无功自动补偿装置随着功能的完善和技术的成熟，出现了整体箱式无功自动补偿装置。它采用双杆架设，通过多种传感器采集线路信息，经过处理加以利用。这是本文讨论的重点。2.1单投单切无功自动补偿装置单投单切，指一台开关，接一组补偿电容器，也称为单组动态补偿。比较适合线路无功量相对稳定的单级阶梯式变化情况，补偿容量不宜过大，一般适用于线路无功缺额在500kvar以下，电容器配置在60~70，即350kvar以下。2.1.1电压控制模式单投单切无功自动补偿装置由电容器、电压互感器(或电源变压器)、投切开关(通常是真空开关)和控制器等组成。电压互感器获取线路的电压值，与控制器里设定的电压值进行比较而做出投切指令。这类控制器市场上有产品俗简称为“控制头”。由于线路长度与负荷性质不同的影响，往往电压低并不一定缺无功，电压高也可能仍需补无功。因此，当有条件证明线路电压起伏和无功变化存在确切的因果关系且变化较平稳时，可以选择这种装置。这种设备属于箱式一体化自动补偿的普通型产品。2.1.2无功控制模式单投单切无功自动补偿装置这是根据线路无功缺额判定并控制补偿电容器投切的产品。在设备的组成上需要增加电流互感器，以采集线路的电流信号。电压互感器采集的电压信号，既作为电压控制模式的参考数据，同时，又与电流信号一起参与运算，得出无功缺额量。控制器功能增强了，采集电压、电流信号，进行数字处理、运算和存储，具有了微型计算机的功能，能够实现“无功电压”的组合控制方式。它适用的线路更多，判定投切更准确。这种产品属于箱式一体化自动补偿的中低端的级别。2.1.3单投单切自动固定补偿当电容器退出运行时，补偿容量为零，而此时线路上往往还存在一定的无功缺额。因此，出现了增加一组电容器长期接于线路上，即固定补偿，在此基础上再叠加一组动态补偿。对此，称为固补加动补。无论是电压控制模式，还是无功控制模式，都能够实现这样的组合。这种方式在技术上没有提升，适合线路长期存在着一稳定的无功负荷、又有一定的无功量叠加起伏的情况。由于线路情况的复杂性，其电容量的准确选定并不容易，尤其是固补部分，往往要留有充分的余量以免过补。它在形式上做到了两级补偿，但仍然是单级动态补偿。它与后面介绍的双投双切方式有本质的不同，在选用时往往容易混淆。2.2双投双切无功自动补偿装置双投双切，指2台开关，各接一组补偿电容器，共2组电容器，根据需要和指令分别动作，也称为两组动态补偿，或循环动态补偿。这种补偿装置是为了适应线路无功缺额较大、无功起伏变化多阶梯的情况，在技术上又提升了一个档次。由两组电容器、两组开关、电压互感器，电流互感器及控制器等组成，其补偿量可达线路无功缺额的80以上。控制器功能更强，对数据运算和判定执行能力要求更高。由于实行分组跟踪多阶梯补偿，补偿时间长，补偿效果相对好的多。以补偿容量500kvar为例，如果分为200kvar和300kvar两组，上述2.1.3“固补动补”方式的配置为“200kvar固补300kvar动补”，实现200kvar和500kvar两级补偿；而200kvar固补易造成过补，也缺少了300kvar一级补偿；循环投切方式，控制两台开关，分别实现0、200kvar、300kvar、500kvar四种交替补偿状态，避免了过补，多了一级300kvar补偿，补偿时间、补偿准确性、安全性都好得多。双投双切方式以无功缺额作为判定依据，即跟踪无功量实时投切，无功缺额到哪一级就补相应的无功量。它不适合单一电压控制模式。双投双切这种产品应属于箱式一体化自动补偿的中端的级别。2.3多功能、智能化无功自动补偿装置我们分析总结了早期应用产品出现的问题和经验，在2006年度的项目实施中提出了智能化、多功能、安全性等新的要求，与设备厂家共同研发、试点，最终形成了在双投双切方式基础上，实现人机对话、数据分析计算、自动控制、数据存储与处理、安全保护等多重功能，我们认为，应该属于线路无功自动补偿的高端产品。我们的技术协议主要有以下要求：2.3.1应具备多种控制模式控制主模式为“无功电压”的复合控制模式，同时还具有电压、电流、功率因数、时间、季节等多种控制模式，可根据不同需要设置控制模式。2.3.2无线人机对话操作无论是状态检查、修改控制模式、参数调整、读取数据，全部通过笔记本电脑或手持式抄表器，Window平台，无线方式，无须爬杆，人机对话操作。2.3.3采用无损非接入电流互感器传统的穿芯式电流互感器，需要剪线安装，增加了故障率和线电阻。而无损非接入电流互感器无需截断电线，安装简单、无损耗；国内相关技术和产品已达到要求。2.3.4硬件配置上应具备较为完善的保护措施为保证电容器安全运行，应外接过流快速熔断保护器，最好电容器内部具备内放电电阻和内熔丝保护；为避免停电后再送电时电容器直接挂网，要求投切开关为电保持式，即具备停电自动分闸功能；为防止谐波涌流的影响，应配置电抗器和吸涌器等器件，吸收和削弱线路上涌流和多次谐波。除高压端要装有避雷器，补偿箱内应安装雷击浪涌吸涌器等防雷设施。为防电磁干扰造成误动作，控制器应采用屏蔽设计，并增加滤波装置。可考虑安装温度传感器，箱内温度较高时自动起动风扇散热。2.3.5控制器计算机软件实现多重监控功能设备所配置的多种传感器配合计算机软件共同来实现如下安全保护措施：控制器应该采集线路数据，并判断识别过电压、过电流、断电、低电压、三相不平衡电流、电压互感器断线等多种状况，并指令安全投切；控制器应该实时监测各次谐波，总谐波占载比的总百分比率，以控制谐波超标保护；为避免电容器组的投切振荡，控制器应能够判别并闭锁控制输出。2.3.6应具备完善的数据处理功能要求控制器能储存线路各电参量和工作状态，如：电压、电流、有功、无功、功率因数、谐波百分比、2组开关投切状态(合/分)等；每日的最大/最小电压、电流、无功、有功值以及发生的时间，每日开关投切的次数等。每组数据记录时间间隔可自由设定，记录时间应至少大于30天；数据可上传至计算机加以管理，随时查看打印。2.3.7应具有无线网通讯接口考虑到批量应用后的集中监控，要求设备具备无线网通讯接口，便于今后中心控制室计算机实时监控各线路各设备的电参量，以及无功和功率因数的实时变化曲线，可及时了解10kV电网运行状态。3、线路无功自动补偿设备的选型建议3.1补偿方式补偿容量在300kvar以下，选择单投单切或双投双切的补偿方式都可以考虑。如果平均无功量比较平稳，比如在300kvar附近平稳变化，可采用300kvar单投单切方式(建议不超过350kvar)；如果无功量有较大幅度变化，可选择100kvar200kvar的双投双切方式，可分别实现100kvar、200kvar、300kvar多阶梯补偿。补偿容量超过300kvar后，单级补偿值较大，大范围起伏变化的可能性也大，建议选择双投双切的补偿方式，分多级实时补偿。由于杆上设备有重量限制要求，以及控制技术等问题，我们选用的双投双切补偿容量不超过500kvar，据悉，也有厂家最大做到800kvar。关于“固补动补”方式，首先要分析线路是否存在较为稳定的无功基荷。根据我们的应用情况，几乎没有哪一条线路在一天、或一个月、或一年能有一个相对稳定的无功缺额量。选小了，补偿不够，选大一些，又会造成过补。3.2控制模式建议选择以“无功电压”作为为主控制模式，它既实时跟踪无功变化进行补偿，又利用电压高低作为保护门限的根据。在考察产品时，设备组成中是否采用电压互感器，是判别产品是否采用“无功电压”为主控模式的标志。如果要选用单独电压控制模式，建议首先要确定线路电压的升降起伏的确是因为无功变化造成的，明确无功量的大小与电压升降的关系，选配补偿容量。3.3智能化程度完成自动投切是控制器的最基本的功能，但如果希望掌控设备和线路的运行状况，需要随负荷变化经常调整控制参数，建议选用智能化程度较高的产品。3.4安全保护措施如果线路上的情况比较复杂，比如有轧钢厂、大型采石场等，建议多方位考虑安全保护措施（参见2.3.3和2.3.4）。

4、结束语茂名局所属10kV线路的无功缺额都比较大，变化起伏也大，有的线路负荷情况复杂。因此，我们主要采用了智能化双投双切方式，近两年应用了约40台。所有安装了无功自动补偿设备的线路功率因数超过0.95，大多数在0.97以上，线损都有降低；每一台设备都有运行的历史数据和表格曲线，有助我们分析线路的状况。配电线路无功自动补偿装置正在被广泛的使用，作为新产品，也存在一些问题。市场上相关的产品种类较多，功能、可靠性等指标差别很大，本文希望对供电企业在选型时有所帮助。