變電站無功補(bǔ)償設(shè)備運(yùn)行維護(hù)

宋義

內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司包頭供電分公司 內(nèi)蒙古 包頭 014030

引言

在電網(wǎng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，無功補(bǔ)償設(shè)備能夠自動(dòng)調(diào)整無功功率的輸出，讓電力系統(tǒng)的電壓和頻率保持穩(wěn)定，讓電網(wǎng)的運(yùn)行免受外界因素影響，有效減少電力系統(tǒng)故障的發(fā)生頻率?；诖嗽O(shè)備變電站能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)的無功功率，并根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，迅速響應(yīng)電網(wǎng)中的無功功率波動(dòng)，保持電網(wǎng)的功率因數(shù)在合理范圍內(nèi)，并實(shí)時(shí)感知電網(wǎng)的無功功率變化，迅速調(diào)整補(bǔ)償裝置的容量和功率因數(shù)，這種快速響應(yīng)的特點(diǎn)使得無功補(bǔ)償設(shè)備能夠有效地控制電網(wǎng)的功率因數(shù)，能顯著提高電能的傳輸效率。

1 無功補(bǔ)償技術(shù)

無功補(bǔ)償是一種電力系統(tǒng)中常用的技術(shù)手段，用于提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)并改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。

在電力傳輸和分配過程中，無功功率的存在會(huì)導(dǎo)致電流波形失真、電壓波動(dòng)以及電網(wǎng)損耗的增加，為了保持電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和提高能源利用效率，無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其主要目標(biāo)是使功率因數(shù)接近1，提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)。通過引入無功補(bǔ)償裝置補(bǔ)償電路中的無功功率，并將其納入有功功率范疇內(nèi)，這樣一來，電力系統(tǒng)中的無功功率得以降低，功率因數(shù)得到改善，電流和電壓的波形質(zhì)量得到提高。無功補(bǔ)償技術(shù)有助于優(yōu)化電力系統(tǒng)的運(yùn)行效果，它可以減少電壓波動(dòng)，提高電壓穩(wěn)定性，降低電流的諧波含量，并減少傳輸線路的損耗，還可以改善電網(wǎng)的電壓調(diào)節(jié)能力，提高電能質(zhì)量減少線路的電磁干擾，保護(hù)電力設(shè)備的正常運(yùn)行[1]。

2 變電站無功補(bǔ)償設(shè)備運(yùn)行方式

2.1 靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置

該裝置由靜態(tài)無功補(bǔ)償器、控制裝置和保護(hù)裝置組成，靜態(tài)無功補(bǔ)償器是關(guān)鍵組件，它通過電容器和電感器的組合來產(chǎn)生和吸收無功功率，以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)功率因數(shù)的調(diào)整。當(dāng)電力系統(tǒng)中存在較大的無功功率時(shí)，靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)的功率因數(shù)設(shè)定值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果系統(tǒng)的功率因數(shù)低于設(shè)定值，控制裝置將啟動(dòng)靜態(tài)無功補(bǔ)償器。補(bǔ)償器根據(jù)系統(tǒng)的需求，通過控制電容器和電感器的接入或斷開，產(chǎn)生或吸收無功功率，通過這種方式裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)無功功率的補(bǔ)償，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。

2.2 靜態(tài)同步補(bǔ)償裝置

靜態(tài)無功發(fā)生器（SVC）是一種能夠在毫秒級(jí)響應(yīng)時(shí)間內(nèi)調(diào)節(jié)無功功率的設(shè)備，它由電容器和電感器組成，通過對(duì)電容器和電感器的合理組合來實(shí)現(xiàn)無功功率的補(bǔ)償，當(dāng)電網(wǎng)的功率因數(shù)下降或電壓相位偏移時(shí)，SVC能夠快速響應(yīng)并向電網(wǎng)注入或吸收無功功率，對(duì)電網(wǎng)電壓、電流和功率因數(shù)等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，可以確定所需的無功補(bǔ)償量，并通過控制SVC中的電容器和電感器來實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，還可以根據(jù)電網(wǎng)的運(yùn)行情況，采取自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)的方式，使無功補(bǔ)償裝置保持良好的工作狀態(tài)[2]。

2.3 濾波器和電容器

濾波器是一種用于減少諧波和其他電力質(zhì)量問題的裝置，基于選擇性地通過或阻塞特定頻率的電流來實(shí)現(xiàn)濾波，由電感和電容組成并形成一個(gè)諧振回路。當(dāng)系統(tǒng)中存在諧波時(shí)，濾波器的電感將阻斷諧波電流，而電容則提供一個(gè)低阻抗路徑，以便將諧波電流引導(dǎo)到地，合理地調(diào)整電感和電容的數(shù)值，濾波器可以選擇性地濾除特定頻率的諧波，而電容器通過儲(chǔ)存和釋放電能來提供無功功率，以補(bǔ)償電力系統(tǒng)中的無功負(fù)荷，當(dāng)電力系統(tǒng)需要額外的無功功率時(shí)，電容器會(huì)將儲(chǔ)存的電能釋放到系統(tǒng)中提供補(bǔ)償，可以以手動(dòng)控制或自動(dòng)控制兩種方式運(yùn)行：在手動(dòng)控制模式下，操作員根據(jù)系統(tǒng)的要求手動(dòng)調(diào)節(jié)電容器的連接或斷開；而在自動(dòng)控制模式下，電容器的連接和斷開是由控制系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)功率因數(shù)的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)的，這種自動(dòng)控制模式能夠?qū)崟r(shí)響應(yīng)系統(tǒng)需求，確保功率因數(shù)維持在所需范圍內(nèi)。

2.4 串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置

串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置是一種常見的變電站無功補(bǔ)償設(shè)備，它通過連接并串聯(lián)在電力系統(tǒng)中，改善電力質(zhì)量和提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，該裝置的運(yùn)行方式主要包括三個(gè)步驟：首先，串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置通過檢測(cè)電網(wǎng)中的電壓信號(hào)來監(jiān)控系統(tǒng)的功率因數(shù)，一旦檢測(cè)到功率因數(shù)低于設(shè)定值，裝置將啟動(dòng)并進(jìn)行下一步操作[3]；其次，裝置根據(jù)檢測(cè)到的功率因數(shù)情況，計(jì)算出所需的補(bǔ)償電容量，并自動(dòng)調(diào)節(jié)并連接相應(yīng)的電容器；最后，裝置連接適當(dāng)?shù)碾娙萘亢螅鼤?huì)監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)并不斷調(diào)整補(bǔ)償電容器的連接和斷開，如果系統(tǒng)的功率因數(shù)保持在設(shè)定值附近，裝置將維持當(dāng)前的連接狀態(tài)，如果系統(tǒng)的功率因數(shù)再次偏離設(shè)定值，裝置將根據(jù)需求啟動(dòng)或停止連接電容器。

2.5 并聯(lián)電抗器補(bǔ)償裝置

當(dāng)變電站無功功率因數(shù)較低時(shí)，通過并聯(lián)電抗器補(bǔ)償裝置的運(yùn)行，可以有效提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，在運(yùn)行過程中，變電站的負(fù)荷電流流過并聯(lián)電抗器補(bǔ)償裝置，使電抗器在電網(wǎng)中形成一個(gè)并聯(lián)分支。這樣，電抗器的無功功率可以與變電站的負(fù)荷無功功率相抵消，從而實(shí)現(xiàn)無功功率的平衡，并聯(lián)電抗器補(bǔ)償裝置通過調(diào)節(jié)電抗器的接入或退出來控制無功功率的補(bǔ)償程度，讓變電站的功率因數(shù)達(dá)到所需的標(biāo)準(zhǔn)。

3 變電站無功補(bǔ)償設(shè)備維護(hù)策略

3.1 對(duì)電流、溫度及電壓嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)獲取電流數(shù)據(jù)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和記錄，及時(shí)發(fā)現(xiàn)過載或電流波動(dòng)等異常情況，在第一時(shí)間采取相應(yīng)的措施進(jìn)行修復(fù)或調(diào)整。應(yīng)安裝溫度傳感器或紅外熱像儀等設(shè)備，對(duì)無功補(bǔ)償設(shè)備的關(guān)鍵部件進(jìn)行監(jiān)測(cè)，溫度傳感器可以實(shí)時(shí)測(cè)量關(guān)鍵部件的溫度，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)系統(tǒng)中進(jìn)行分析，對(duì)溫度的監(jiān)測(cè)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)溫度異常或過高的情況，避免設(shè)備過熱引發(fā)故障。同時(shí)利用電壓傳感器或電壓監(jiān)測(cè)裝置對(duì)變電站的電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主電源和無功補(bǔ)償設(shè)備的電壓情況，并進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電壓波動(dòng)、電壓不平衡等問題。

3.2 溫度監(jiān)測(cè)和散熱管理

為了實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)，可以安裝溫度傳感器在電容器和電力電子裝置等關(guān)鍵部位，持續(xù)地監(jiān)測(cè)設(shè)備的溫度，并將數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)顯示溫度數(shù)據(jù)，并發(fā)出警報(bào)以指示是否出現(xiàn)過熱問題。高溫會(huì)對(duì)無功補(bǔ)償設(shè)備造成損害，因此必須采取措施有效地降低溫度，并設(shè)計(jì)良好的通風(fēng)系統(tǒng)保證空氣流通幫助散熱，合理的設(shè)備布局和散熱片的使用也是提高散熱效果的關(guān)鍵因素，通過這些措施，可以降低設(shè)備的溫度，并確保其在正常范圍內(nèi)運(yùn)行。

3.3 無功補(bǔ)償裝置的諧波保護(hù)

它會(huì)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)中的電流波形，通過比較實(shí)際電流與額定電流之間的差異，識(shí)別并記錄諧波電流的存在，當(dāng)檢測(cè)到諧波電流超過預(yù)設(shè)閾值時(shí)，無功補(bǔ)償裝置將采取相應(yīng)的措施來保護(hù)自身。而在諧波電流增加時(shí)，裝置會(huì)快速作出反應(yīng)，盡量減少諧波電流對(duì)設(shè)備的影響，調(diào)整自身的無功補(bǔ)償容量，并通過控制元件的開關(guān)狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波的補(bǔ)償消除諧波電流，保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。它采用濾波器來過濾電網(wǎng)中的諧波成分，將它們從電網(wǎng)中分離出來，濾波器能夠根據(jù)諧波電流的頻率進(jìn)行調(diào)整，讓無功補(bǔ)償裝置保護(hù)自身免受諧波電流的影響，同時(shí)保持對(duì)無功功率的補(bǔ)償。

3.4 電容器健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)

定期對(duì)電容器進(jìn)行巡檢，仔細(xì)查看其外觀狀態(tài)，確認(rèn)是否有外部損壞、漏油或異味等異常情況，利用專業(yè)的測(cè)試設(shè)備，對(duì)電容器的電壓、電流、功率因數(shù)和電容值等電氣參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，與設(shè)備的額定值進(jìn)行比較，判斷電容器是否正常工作，還可以進(jìn)行電容器的絕緣電阻測(cè)試，以評(píng)估絕緣性能是否符合要求。除了定期的外觀檢查和電氣參數(shù)測(cè)試，還需使用先進(jìn)的無線傳感技術(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)采集電容器的溫度、振動(dòng)、濕度等數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行分析和評(píng)估，提前發(fā)現(xiàn)電容器的異常狀態(tài)，并通過警報(bào)系統(tǒng)及時(shí)通知維護(hù)人員，以便采取相應(yīng)的維修措施。

3.5 電氣連接檢查

操作人員要檢查設(shè)備的電源連接情況，查看主電源接線柜的接線是否牢固可靠，并緊固好螺絲。接下來，檢查設(shè)備內(nèi)部的各種接線端子和插頭連接，仔細(xì)查看每個(gè)連接點(diǎn)，確保沒有松動(dòng)或腐蝕現(xiàn)象，并通過緊固螺絲或清理接點(diǎn)來修復(fù)存在問題。并查看控制面板上的繼電器、開關(guān)和傳感器等元件，確保它們與設(shè)備主體之間的連接正確無誤，對(duì)設(shè)備的接地系統(tǒng)進(jìn)行全面測(cè)試，確保接地電阻符合安全要求[4]。

3.6 異常報(bào)警和故障診斷

異常報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)該安裝在無功補(bǔ)償設(shè)備上，并與預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)參數(shù)超過或低于閾值，系統(tǒng)將立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以提醒運(yùn)維人員注意設(shè)備異常情況。維護(hù)人員要使用專業(yè)的檢測(cè)儀器和設(shè)備，對(duì)設(shè)備的電氣參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和分析，比如使用電流鉗表檢測(cè)電流波形，使用紅外熱像儀檢測(cè)設(shè)備的熱量分布等。通過這些手段及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的故障或潛在問題，并及時(shí)進(jìn)行維修或更換受損部件。除了定期的檢查和測(cè)試，還應(yīng)建立完善的記錄和檔案系統(tǒng)，記錄無功補(bǔ)償設(shè)備的維護(hù)歷史、故障信息、維修記錄等，以便日后的維護(hù)和故障排查，定期進(jìn)行設(shè)備的清潔和維護(hù)保養(yǎng)工作，確保設(shè)備的正常運(yùn)行并延長其壽命。

3.7 備品備件管理

備品備件是指用于維護(hù)和修理設(shè)備的零部件、工具和材料，對(duì)于變電站無功補(bǔ)償設(shè)備的維護(hù)來說，備品備件管理是非常重要的環(huán)節(jié)，要進(jìn)行有效的備品備件管理，首先需要建立一個(gè)詳細(xì)的備件清單，將備件的名稱、規(guī)格、型號(hào)、數(shù)量和供應(yīng)商等信息一一登記在案。在設(shè)備維護(hù)過程中，要及時(shí)記錄備件領(lǐng)用、歸還、報(bào)廢等情況，并實(shí)時(shí)更新備件庫存，同時(shí)定期進(jìn)行備件質(zhì)量檢查和存儲(chǔ)條件的監(jiān)控。

3.8 無功設(shè)備運(yùn)行維護(hù)的常規(guī)工作要點(diǎn)

巡視的目的是檢查設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)采取措施，以確保設(shè)備的正常運(yùn)行和性能穩(wěn)定

3.8.1 常規(guī)巡視。巡視周期應(yīng)當(dāng)按照一定的規(guī)律進(jìn)行，對(duì)下列幾點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)查驗(yàn)：檢查電容器、電抗器、放電線圈、支架和外殼的外表情況；仔細(xì)傾聽無功設(shè)備有沒有發(fā)出異樣的聲音；在常規(guī)的夜晚巡檢時(shí)，需仔細(xì)檢查絕緣子和套管等部件，以觀察其有沒有放電現(xiàn)象的異常情況。

3.8.2 特殊巡視。特殊巡視的目的是對(duì)設(shè)備進(jìn)行深入、全面的檢查，以發(fā)現(xiàn)可能存在的潛在問題，應(yīng)建立溫度監(jiān)測(cè)記錄，對(duì)溫度變化進(jìn)行跟蹤和分析，如果發(fā)現(xiàn)環(huán)境溫度異常偏高或偏低，要及時(shí)采取增加通風(fēng)、降低室內(nèi)溫度等相應(yīng)的調(diào)控措施，還可以采用溫度保護(hù)裝置，當(dāng)溫度超出設(shè)定范圍時(shí)，及時(shí)發(fā)出警報(bào)并采取自動(dòng)保護(hù)措施，以防止溫度過高導(dǎo)致設(shè)備損壞。還要在特殊的雷電、大霧等天氣對(duì)放電裝置的絕緣情況進(jìn)行突擊檢查。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有其他隱患問題，且無法及時(shí)解決時(shí)，就應(yīng)當(dāng)加大巡查的力度。

4 結(jié)束語

綜上所述，變電站無功補(bǔ)償設(shè)備在電力系統(tǒng)中具有重要作用，通過合理的無功補(bǔ)償原理和技術(shù)，能夠提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，改善電力質(zhì)量和穩(wěn)定性，因此設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)工作一定要非常嚴(yán)謹(jǐn)，并要嚴(yán)格監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)、定期檢查其外觀和內(nèi)部部件，發(fā)現(xiàn)問題后要及時(shí)進(jìn)行故障診斷，這樣才能確保設(shè)備的可靠運(yùn)行。