（2004年全国电力系统无功补偿装置技术研讨会报告材料）
一、引言
随着我国电力供求量的快速增长，提高电能质量、降低输变电损耗的要求也日益迫切。利用电容器电抗器投切实现无功就地平衡是提高电能质量、降低线损的主要手段，尤其是110kv、35kv变电站作为电网系统中的末端变电站，承担着直接向用户负载提供电压稳定无功平衡的高质量电能的任务，无功补偿装置显得更为重要。目前大多数110kv、35kv变电站的无功补偿均不够理想，特别是农网站虽然原来设计有并联电容器装置,但多数由于不能适应负荷的变化达不到理想的补偿效果，负荷高峰时有的变电站10kv母线功率因数低到0.7以下。研制适用于110kv、35kv变电站自动跟踪负荷变化进行补偿的同时又能自动调压的新一代高可靠10kv无功自动补偿装置十分重要。

二、自动跟踪补偿的必要性
1、负荷的变化需要自动跟踪补偿
以下是一个典型的变电站日负荷变化曲线图：

这是济南地区章丘市的110kv龙山变电站的日负荷变化曲线图。大多数110kv、35kv变电站都是类似的负荷变化，该站原来安装有单组电容器人工投切装置，投切开关采用传统断路器安装在开关室内（也叫电容出线开关），通过电缆联接到电容器室的电容器上。从这个变电站的日负荷变化曲线图上看，每昼夜24小时负荷变化为两个高峰循环，单组电容器显然无法跟踪负载变化，只能根据负荷情况人工投切，但是传统断路器作为电容器投切开关不能满足频繁操作的要求，每天几次的频繁动作很快就出现故障，时间一长运行人员懒得去频繁操作，使这个站长期处于无补偿状态。
2、变电站实现了无人值守电容器装置需要改为自动补偿
目前国内多数变电站安装了综合自动化系统实现了无人值守，变电站实现了综合自动化无人值守，并联电容器装置也势必要改成自动补偿装置。
上述的110kv龙山变电站于2002年安装了综合自动化实现了无人值守，同时将原来人工投切操作的单组电容器装置，通过综合自动化系统实现了自动投切电容器，投切开关还是原来的电容出线开关,利用电容出线开关柜上的的综合自动化保护单元作为控制元件，利用综合自动化系统的功率因数作为投切电容器的判据，实现了单组电容器自动投切。显然负荷的变化还是不能跟踪，电容器出线开关经常处于故障状态，运行一直不能正常。从实际情况来看仅利用综合自动化系统实现无功自动补偿也不够理想。

三、实现无功自动跟踪补偿的设备要求
1、投资成本要求
实现无功自动跟踪补偿就是根据负荷大小投入电容器多少，把总补偿容量的电容器分为多组根据负荷大小变化投切电容器组数，尽可能的达到无功平衡。补偿精度与电容器组数成正比，电容器分的组数越多补偿精度越高，但是设备投资成本越大,占地空间越大，设备的可靠性要求越高。要提高补偿装置的补偿精度，实现分组跟踪补偿，利用传统的设备由于投资成本和占地空间限制很难推广使用。
2、电容器投切开关的要求
跟踪负荷的变化自动投切电容器，投切开关是最主要的问题。投切电容器开关和普通负载的开关有很大的区别。投电容时开关触头要承受的电流（涌流）是额定电流的几倍或几十倍，切电容时开关触头承受的电压是额定电压的两倍以上。普通负载的开关合闸分闸时没有以上现象。所以投切电容的开关要求①触头的承受电流要尽量大，触头压力不能太小，以承受合闸涌流的冲击减小触头烧损；②触头间隙不能太小，以承受分闸时的过电压避免重燃：③适合频繁动作，自动补偿装置中的高压开关，根据负荷的变化每天几次甚至十几次动作分合电容器，远比普通负载用的高压开关动作频繁。从以上分析看，常规的断路器开关因不适于频繁动作不能使用。接触器虽然适于频繁动作但是因为触头压力仅为断路器的1/10或更小，承受电流冲击能力差，触头烧损严重；触头间隙小切电容时易重燃，所以尽量不用。投切电容的开关最好选用适合频繁动作、重燃几率小的断路器或电容器投切专用开关。
3、电容器电抗器要求
自动补偿装置中的电容器没有特殊要求，主要是适合根据容量进行分组。
自动补偿装置中的电抗器主要是抑制涌流和抑制谐波，为了减小整套设备的体积宜选用干式铁心电抗器。

三、ds3型10kv无功自动补偿装置介绍
ds3型10kv无功自动补偿装置，是在一面普通开关柜壳体内装入多台开关，把电容器分为多组自动跟踪负荷变化投切电容器组，实现理想的无功补偿就地随时平衡，同时根据10kv母线电压的变化，自动调节变压器有载调压分接头进行自动调压。本装置适用于35kv～220kv变电站，占地面积小、安装施工简单。装置显著特点如下：

1、占地面积小、安装施工简单
把电容器分成多组，减小整套装置的占地面积是一个大问题，用传统的设备和方式不能解决。本产品采用紧凑形结构在一台标准高压开关柜壳体内装5台专用真空断路器开关，5路微机保护，15只放电线圈及vqc综合控制器等等，除电容器电抗器以外的全部一次二次电器设备，都装在装置柜里面如图。补偿容量10000kvar时分5组投切，整套装置占地仅6×1.2平米。安装时仅接入一次进线和所要采集的二次信号即可。

2.模块式电容器投切专用真空开关
电容器投切专用开关采用模块式结构设计,体积小可任意组合，能在1.2×1.2平米的柜底安装5台，开关的灭弧室采用真空断路器灭弧室，能长期承受投电容器时涌流的冲击，大触头开距切电容器时能避免重燃。专门设计可频繁动作操作机构，可靠动作寿命3万次。
3．每组电容都有微机保护
对各分组电容器都装有过电压、过电流和三相不平衡电压的微机保护，能及时发现电容器的内部故障，有效防止电容器内部故障的扩大，杜绝电容器由内部故障状态发展到事故状态，保证电容器组的安全运行。任一组电容器发生故障时微机保护动作切除该电容器组，其它电容组正常运行，不影响整套装置运行。

5．“四遥”功能，任意连接通信
具有rs-232，rs-485通信接口，可接入变电站综合自动化系统或调度自动化系统实现“四遥”功能。
4．跟踪负荷变化、随时就地平衡
把电容器分为5组，连续递增或递减循环投切电容器，能使功率因数稳定在定值范围内，并且投切电容时对电网冲击小。
上述的济南地区章丘市的110kv龙山变电站，电容器总容量为7500qkavr共分为5组，每组1500kavr，功率因数整定值下限为0.94上限为0.98，无功功率整定值为1550kavr，以下是昼夜24小时本产品装置的电容器投切情况：

装置跟踪负荷的变化投切电容器组，使功率因数稳定在0.93—0.98的范围内，补偿效果较为理想。
5、电容器的故障保护和事故保护
电容器是高场强的高压设备，电容器频繁投切容易发生击穿故障，一旦发生击穿故障有可能引起电容器爆炸着火。10kv无功自动补偿装置运行的可靠性、安全性，杜绝爆炸着火事故的发生一直是一个棘手的问题。
在设备安全运行上如何及时发现电容器的早期故障，发现故障后尽快的把故障电容器切掉，是保证高压无功补偿设备安全运行、避免爆炸事件发生的根本条件。而电容器早期故障的发现，用常规的电流保护不容易解决，原因是单只高压电力电容器内部是由多个小单元电容器串联而成，额定电压就分配在几个单元电容器上，电容器损坏时，首先是内部一个单元电容发生击穿损坏，这时电流变化很小，用常规的电流保护不会动作。一个单元电容发生击穿损坏后使剩下的单元电容运行电压升高，电容器继续运行很快就会又出现第二个单元电容击穿损坏，剩下单元电容运行电压又被提高，此时电容器有可能已经出现鼓肚，重者出现鼓裂、漏油。继续运行很可能会造成这只电容器由鼓肚、鼓裂、漏油到爆炸起火。

ds3型10kv无功自动补偿装置设计有故障和事故有两种保护如图所示。故障保护能及时发现电容器的早期击穿故障，避免由故障发展到事故状态。事故保护能避免事故扩大向上一级蔓延。故障保护设计有三个保护层面，第一层电压不平衡保护，第二层1段过流保护，第三层2段过流保护。
电容器内部某个小单元电容发生击穿短路（或断路）时，电流虽然变化很小但零序电压变化却很明显，每组电容器的零序电压是由并联在每相电容器上的pt构成开口三角检出的，不受任何外界及电源不平衡的影响，只有电容器组三相容量发生不平衡时才会出现，所以这种保护能准确及时的发现电容器的早期故障，尽快的把故障电容器切除掉，避免爆炸事件的发生。1段过流保护和2段过流保护过电流的整定值整定在额定电流的1.25-1.55倍，并与时间定值配合使故障保护更加可靠，保证设备安全运行，使电容器有故障发生时及时切除，不会发生爆炸着火事故。
ds3型10kv无功自动补偿装置是经过了若干年的运行，历经无数次改进，研制出的新一代无功自动补偿装置，几年的运行证明补偿精度高、性能稳定、保护可靠，现已在运行的近400个变电站。