AVC系統電容器投入不成功原因分析及控制措施

周杰

摘 要：電力系統中現在已實現地區電網的自動電壓控制（AVC），對系統內的電容器、無功補償裝置進行適當的投切達到電網的電壓合格率。文中介紹了自動調壓控制系統下電容器投切的原理，對電容器投切不成功的原因進行分析，有針對性的提出了電容器提高投切成功率的措施，可供電網的工程技術人員參考。

關鍵詞：電容器；自動電壓控制；過電壓；真空斷路器

電網的電壓控制方法是采用無功就地平衡，分層分區控制的原則。電網實際的運行中常采用自動調壓系統與人工投切相結合的原則，這樣能更好的適應電網調控一體化的運行模式[1-2]。在制定電網的無功策略時往往不能夠對整個電網的無功平衡考慮，只是單獨的對某一個變電站進行無功的平衡[3-4]。AVC控制系統對電網采集的數據進行電壓及功率因數的控制，以控制10kV，35kV電壓合格和主變功率因數合格為主要的綜合目標，可調節變電站的主變檔位、對變電站及用戶發電廠的無功設備進行投切，達到了電網電壓和功率因數的閉環控制，同時采用合適的算法保證主變檔位及無功裝置的投切合理。

1 地區電網的AVC控制

地區電網的AVC控制采用三級電壓控制，地區調度為一級分區，目標策略采用全網的電壓和無功。二級電壓控制以縣級調度為控制手段，采用閉環控制。三級控制目標為地區的各個變電站及電源點的無功控制。AVC采用以下幾點為主要控制策略：

（1）保證110kV、35kV、10kV電網的電壓不越限，保證主變的功率因數合格。

（2）保證主變調節時檔位的要求。

（3）系統及時更新可控制的主變及電容器的數量及無功調節裝置。

（4）設置電容器、主變分接頭、并聯電抗器的約束條件，避免單一無功裝置的頻繁投切。

（5）設置人工閉鎖自動投切。電網事故下需根據人工控制完成電壓的控制。

2 電容器投切不成功分析

電網的AVC運行中發生電容器投切不成功的事件，檢修人員往往采用重新做高壓試驗及檢查保護裝置，若相關檢查及試驗正確后投入成功后便重新進行運行。雖然電容器的投切不成功不會給電網造成失電，但若事故擴大則造成操作過電壓引起電網諧振的事故。

電網部分變電站10kV電容器的斷路器采用真空斷路器，電容器投切不成功原因是合閘的涌流過大、操作過電壓、電容器的容量配置不合理為主要原因。

涌流過大由于回路足控的值較小，電容器投切時合閘的電流瞬時值在電壓的峰值附近時的合閘涌流最大，大的合閘涌流造成斷路器的合閘觸頭損傷。操作過電壓會產生兩種過電壓的清況，分閘過電壓、合閘過電壓。合閘過電壓也稱彈跳過電壓，過電壓原理為真空開關在合閘時，動觸頭與靜觸頭相互碰撞，相互的作用力較大，動觸頭被強大的反作用力推開后又發生合閘，往復多次。發生的彈跳的電流不過零時的過電壓較小，而彈跳過電壓發生在電壓過零點時則產生較大的過電壓，容易引起絕緣的降低發生閃絡，影響電容器的運行。分閘過電壓原理為操作重燃電弧過電壓。電容器退出后真空斷路器的動、靜觸頭間的距離不夠大將造成間隙過電壓而擊穿引起電弧重燃。電弧重燃發生在單相斷路器則為單相重燃，或者兩相重燃及三相重燃。電弧的重燃后系統的中性點會發生偏移，中性點對地的電壓升高，重燃的電弧會引發10kV、35kV系統的諧振，進一步的破壞電力系統。

電容器的配置在設計變電站時已經經過審核，更換變電站的主變后電容器需要重新配置。目前的電容器容量一般為6000kvar-12000kvar不等，電容器的容量與過電壓的倍數成正比，當電網的無功容量缺乏與電容容器的容量不相匹配時，造成欠補償與過補償，過補償造成母線電壓過高，合閘的涌流過大的危害，不利于系統的電壓穩定。

3 提高電容器投切成功率

根據上述的分析，需要有針對性的采取措施進行電容器的投切控制來避免投切不成功的現象發生。主要從AVC控制策略和電網運行兩方面對電容器的投切成功率進行控制。

優化AVC控制策略方面：

（1）當變電站的多臺電容器始終有部分電容器運行時，為了避免頻繁投切，在AVC控制策略上設置固定投入的電容器并定期跟換，達到綜合有效利用無功裝置的目的。

（2）若電容器的投入無功補償裝置經常性退出時，設置AVC的策略為調節模式，不定期的根據系統的電壓進行系統的電壓及無功的調節。

（3）根據變電站的電容器特性進行退出與投入設置，先投入電抗率高的電容器。

（4）對電容器的投切設置頻率，在投切固定時間后延時進行下一次投切，對故障的電容器設置閉鎖。

（5）AVC控制策略引入專家控制，投切過程發生彈簧未儲能信號后要及時進行調整閉鎖。

電網的運行維護方面：

（1）針對變電站的主變的大小及負荷的預測進行配置電容器的容量，設置多臺分組投切電容器，根據負荷進行容量的調整。盡量限制整組投切的容量，最大不超過10000kvar可有效抑制涌流。

（2）選用避雷器安裝在電容的并聯開關柜措施，避免產生過電壓后損壞設備。

（3）及時進行10kV系統的諧波測試，減小操作過程的電容器組的電抗率。

（4）變電站整條母線檢修時進行真空斷路器開關機械特性及耐壓試驗的檢查工作，改善斷路器的工作環境，提高可靠性。

4 結語

文中分析了AVC控制系統下電容器投切不成功的原因，對涌流及操作過電壓進行了詳細分析。提出了改進電容器投切成功的措施，對電網提高電壓合格率，優化電網運行經濟性，保證電網的安全、優質、經濟的運行有積極的推動作用。

參考文獻：

[1]Andrea Mengo，Philippe Picot，崔國順.合閘彈跳時間對真空斷路器性能的影響[J].中國電機工程學報，2010，30（36）：1-6.

[2]陳柏富，楊言孝.并聯電容器裝置在變壓器空載時投入引發串聯諧振[J].電力電容器無功補償，2017，38（6）：7-11.

[3]舒勝文，阮江軍，黃道春.真空斷路器瞬態恢復電壓與弧后電流相互作用仿真研究[J].高電壓技術，2014，40（1）：309-316.

[4]王永生，姜秀華.真空斷路器投切電容器時的重燃過電壓分析及預防措施[J].河北電力技術，2010，29（2）：37-39.

[5]吉亞民，周志成，馬勇，等.真空斷路器投切并聯電抗器過電壓故障分析[J].江蘇電機工程，2014，33（2）：12-14.