一、引言 　　隨著我國電力供求量的快速增長，提高電能質量、降低輸變電損耗的要求也日益迫切。利用電容器電抗器投切實現無功就地平衡是提高電能質量、降低線損的主要手段，尤其是110kv、35kv變電站作為電網系統中的末端變電站，承擔著直接向用戶負載提供電壓穩定無功平衡的高質量電能的任務，無功補償裝置顯得更為重要。目前大多數110kv、35kv變電站的無功補償均不夠理想，特別是農網站雖然原來設計有并聯電容器裝置,但多數由于不能適應負荷的變化達不到理想的補償效果，負荷高峰時有的變電站10kv母線功率因數低到0.7以下。研制適用于110kv、35kv變電站自動跟蹤負荷變化進行補償的同時又能自動調壓的新一代高可靠10kv無功自動補償裝置十分重要。 二、自動跟蹤補償的必要性 　　1、負荷的變化需要自動跟蹤補償 　　以下是一個典型的變電站日負荷變化曲線圖： 　　這是濟南地區章丘市的110kv龍山變電站的日負荷變化曲線圖。大多數110kv、35kv變電站都是類似的負荷變化，該站原來安裝有單組電容器人工投切裝置，投切開關采用傳統斷路器安裝在開關室內（也叫電容出線開關），通過電纜聯接到電容器室的電容器上。從這個變電站的日負荷變化曲線圖上看，每晝夜24小時負荷變化為兩個高峰循環，單組電容器顯然無法跟蹤負載變化，只能根據負荷情況人工投切，但是傳統斷路器作為電容器投切開關不能滿足頻繁操作的要求，每天幾次的頻繁動作很快就出現故障，時間一長運行人員懶得去頻繁操作，使這個站長期處于無補償狀態。 　　2、變電站實現了無人值守電容器裝置需要改為自動補償 　　目前國內多數變電站安裝了綜合自動化系統實現了無人值守，變電站實現了綜合自動化無人值守，并聯電容器裝置也勢必要改成自動補償裝置。 　　上述的110kv龍山變電站于2002年安裝了綜合自動化實現了無人值守，同時將原來人工投切操作的單組電容器裝置，通過綜合自動化系統實現了自動投切電容器，投切開關還是原來的電容出線開關,利用電容出線開關柜上的的綜合自動化保護單元作為控制元件，利用綜合自動化系統的功率因數作為投切電容器的判據，實現了單組電容器自動投切。顯然負荷的變化還是不能跟蹤，電容器出線開關經常處于故障狀態，運行一直不能正常。從實際情況來看僅利用綜合自動化系統實現無功自動補償也不夠理想。 三、實現無功自動跟蹤補償的設備要求 　　1、 投資成本要求 　　實現無功自動跟蹤補償就是根據負荷大小投入電容器多少，把總補償容量的電容器分為多組根據負荷大小變化投切電容器組數，盡可能的達到無功平衡。補償精度與電容器組數成正比，電容器分的組數越多補償精度越高，但是設備投資成本越大,占地空間越大，設備的可靠性要求越高。要提高補償裝置的補償精度，實現分組跟蹤補償，利用傳統的設備由于投資成本和占地空間限制很難推廣使用。 　　2、 電容器投切開關的要求 　　跟蹤負荷的變化自動投切電容器，投切開關是最主要的問題。投切電容器開關和普通負載的開關有很大的區別。投電容時開關觸頭要承受的電流（涌流）是額定電流的幾倍或幾十倍，切電容時開關觸頭承受的電壓是額定電壓的兩倍以上。普通負載的開關合閘分閘時沒有以上現象。所以投切電容的開關要求①觸頭的承受電流要盡量大，觸頭壓力不能太小，以承受合閘涌流的沖擊減小觸頭燒損；②觸頭間隙不能太小，以承受分閘時的過電壓避免重燃：③適合頻繁動作，自動補償裝置中的高壓開關，根據負荷的變化每天幾次甚至十幾次動作分合電容器，遠比普通負載用的高壓開關動作頻繁。從以上分析看，常規的斷路器開關因不適于頻繁動作不能使用。接觸器雖然適于頻繁動作但是因為觸頭壓力僅為斷路器的1/10或更小，承受電流沖擊能力差，觸頭燒損嚴重；觸頭間隙小切電容時易重燃，所以盡量不用。投切電容的開關最好選用適合頻繁動作、重燃幾率小的斷路器或電容器投切專用開關。 　　3、電容器電抗器要求 　　自動補償裝置中的電容器沒有特殊要求，主要是適合根據容量進行分組。 自動補償裝置中的電抗器主要是抑制涌流和抑制諧波，為了減小整套設備的體積宜選用干式鐵心電抗器。 四、ds3型10kv無功自動補償裝置介紹 ds3型10kv無功自動補償裝置，是在一面普通開關柜殼體內裝入多臺開關，把電容器分為多組自動跟蹤負荷變化投切電容器組，實現理想的無功補償就地隨時平衡，同時根據10kv母線電壓的變化，自動調節變壓器有載調壓分接頭進行自動調壓。本裝置適用于35kv～220kv變電站，占地面積小、安裝施工簡單。裝置顯著特點如下： 　　1、 占地面積小、安裝施工簡單 　　把電容器分成多組，減小整套裝置的占地面積是一個大問題，用傳統的設備和方式不能解決。本產品采用緊湊形結構在一臺標準高壓開關柜殼體內裝5臺專用真空斷路器開關，5路微機保護，15只放電線圈及vqc綜合控制器等等，除電容器電抗器以外的全部一次二次電器設備，都裝在裝置柜里面如圖。補償容量10000kvar時分5組投切，整套裝置占地僅6×1.2平米。安裝時僅接入一次進線和所要采集的二次信號即可。 　　2.模塊式電容器投切專用真空開關 　　電容器投切專用開關采用模塊式結構設計, 體積小可任意組合，能在1.2×1.2平米的柜底安裝5臺，開關的滅弧室采用真空斷路器滅弧室，能長期承受投電容器時涌流的沖擊，大觸頭開距切電容器時能避免重燃。專門設計可頻繁動作操作機構，可靠動作壽命3萬次。 　　3．每組電容都有微機保護 　　對各分組電容器都裝有過電壓、過電流和三相不平衡電壓的微機保護，能及時發現電容器的內部故障，有效防止電容器內部故障的擴大，杜絕電容器由內部故障狀態發展到事故狀態，保證電容器組的安全運行。任一組電容器發生故障時微機保護動作切除該電容器組，其它電容組正常運行，不影響整套裝置運行。 　　5．“四遙”功能，任意連接通信 　　具有rs-232，rs-485通信接口，可接入變電站綜合自動化系統或調度自動化系統實現“四遙”功能。 　　4．跟蹤負荷變化、隨時就地平衡 　　把電容器分為5組，連續遞增或遞減循環投切電容器，能使功率因數穩定在定值范圍內，并且投切電容時對電網沖擊小。 　　上述的濟南地區章丘市的110kv龍山變電站，電容器總容量為7500qkavr共分為5組，每組1500kavr，功率因數整定值下限為0.94上限為0.98，無功功率整定值為1550kavr，以下是晝夜24小時本產品裝置的電容器投切情況： 　　裝置跟蹤負荷的變化投切電容器組，使功率因數穩定在0.93—0.98的范圍內，補償效果較為理想。 　　5、電容器的故障保護和事故保護 　　電容器是高場強的高壓設備，電容器頻繁投切容易發生擊穿故障，一旦發生擊穿故障有可能引起電容器爆炸著火。10kv無功自動補償裝置運行的可靠性、安全性，杜絕爆炸著火事故的發生一直是一個棘手的問題。 　　在設備安全運行上如何及時發現電容器的早期故障，發現故障后盡快的把故障電容器切掉，是保證高壓無功補償設備安全運行、避免爆炸事件發生的根本條件。而電容器早期故障的發現，用常規的電流保護不容易解決，原因是單只高壓電力電容器內部是由多個小單元電容器串聯而成，額定電壓就分配在幾個單元電容器上，電容器損壞時，首先是內部一個單元電容發生擊穿損壞，這時電流變化很小，用常規的電流保護不會動作。一個單元電容發生擊穿損壞后使剩下的單元電容運行電壓升高，電容器繼續運行很快就會又出現第二個單元電容擊穿損壞，剩下單元電容運行電壓又被提高，此時電容器有可能已經出現鼓肚，重者出現鼓裂、漏油。繼續運行很可能會造成這只電容器由鼓肚、鼓裂、漏油到爆炸起火。 　　ds3型10kv無功自動補償裝置設計有故障和事故有兩種保護如圖所示。故障保護能及時發現電容器的早期擊穿故障，避免由故障發展到事故狀態。事故保護能避免事故擴大向上一級蔓延。故障保護設計有三個保護層面，第一層電壓不平衡保護，第二層1段過流保護，第三層2段過流保護。 　　電容器內部某個小單元電容發生擊穿短路（或斷路）時，電流雖然變化很小但零序電壓變化卻很明顯，每組電容器的零序電壓是由并聯在每相電容器上的pt構成開口三角檢出的，不受任何外界及電源不平衡的影響，只有電容器組三相容量發生不平衡時才會出現，所以這種保護能準確及時的發現電容器的早期故障，盡快的把故障電容器切除掉，避免爆炸事件的發生。1段過流保護和2段過流保護過電流的整定值整定在額定電流的1.25-1.55倍，并與時間定值配合使故障保護更加可靠，保證設備安全運行，使電容器有故障發生時及時切除，不會發生爆炸著火事故。 　　ds3型10kv無功自動補償裝置是經過了若干年的運行，歷經無數次改進，研制出的新一代無功自動補償裝置，幾年的運行證明補償精度高、性能穩定、保護可靠，現已在運行的近400個變電站。