AVC系统电容器投入不成功原因分析及控制措施

周杰

摘 要：电力系统中现在已实现地区电网的自动电压控制（AVC），对系统内的电容器、无功补偿装置进行适当的投切达到电网的电压合格率。文中介绍了自动调压控制系统下电容器投切的原理，对电容器投切不成功的原因进行分析，有针对性的提出了电容器提高投切成功率的措施，可供电网的工程技术人员参考。

关键词：电容器；自动电压控制；过电压；真空断路器

电网的电压控制方法是采用无功就地平衡，分层分区控制的原则。电网实际的运行中常采用自动调压系统与人工投切相结合的原则，这样能更好的适应电网调控一体化的运行模式[1-2]。在制定电网的无功策略时往往不能够对整个电网的无功平衡考虑，只是单独的对某一个变电站进行无功的平衡[3-4]。AVC控制系统对电网采集的数据进行电压及功率因数的控制，以控制10kV，35kV电压合格和主变功率因数合格为主要的综合目标，可调节变电站的主变档位、对变电站及用户发电厂的无功设备进行投切，达到了电网电压和功率因数的闭环控制，同时采用合适的算法保证主变档位及无功装置的投切合理。

1 地区电网的AVC控制

地区电网的AVC控制采用三级电压控制，地区调度为一级分区，目标策略采用全网的电压和无功。二级电压控制以县级调度为控制手段，采用闭环控制。三级控制目标为地区的各个变电站及电源点的无功控制。AVC采用以下几点为主要控制策略：

（1）保证110kV、35kV、10kV电网的电压不越限，保证主变的功率因数合格。

（2）保证主变调节时档位的要求。

（3）系统及时更新可控制的主变及电容器的数量及无功调节装置。

（4）设置电容器、主变分接头、并联电抗器的约束条件，避免单一无功装置的频繁投切。

（5）设置人工闭锁自动投切。电网事故下需根据人工控制完成电压的控制。

2 电容器投切不成功分析

电网的AVC运行中发生电容器投切不成功的事件，检修人员往往采用重新做高压试验及检查保护装置，若相关检查及试验正确后投入成功后便重新进行运行。虽然电容器的投切不成功不会给电网造成失电，但若事故扩大则造成操作过电压引起电网谐振的事故。

电网部分变电站10kV电容器的断路器采用真空断路器，电容器投切不成功原因是合闸的涌流过大、操作过电压、电容器的容量配置不合理为主要原因。

涌流过大由于回路足控的值较小，电容器投切时合闸的电流瞬时值在电压的峰值附近时的合闸涌流最大，大的合闸涌流造成断路器的合闸触头损伤。操作过电压会产生两种过电压的清况，分闸过电压、合闸过电压。合闸过电压也称弹跳过电压，过电压原理为真空开关在合闸时，动触头与静触头相互碰撞，相互的作用力较大，动触头被强大的反作用力推开后又发生合闸，往复多次。发生的弹跳的电流不过零时的过电压较小，而弹跳过电压发生在电压过零点时则产生较大的过电压，容易引起绝缘的降低发生闪络，影响电容器的运行。分闸过电压原理为操作重燃电弧过电压。电容器退出后真空断路器的动、静触头间的距离不够大将造成间隙过电压而击穿引起电弧重燃。电弧重燃发生在单相断路器则为单相重燃，或者两相重燃及三相重燃。电弧的重燃后系统的中性点会发生偏移，中性点对地的电压升高，重燃的电弧会引发10kV、35kV系统的谐振，进一步的破坏电力系统。

电容器的配置在设计变电站时已经经过审核，更换变电站的主变后电容器需要重新配置。目前的电容器容量一般为6000kvar-12000kvar不等，电容器的容量与过电压的倍数成正比，当电网的无功容量缺乏与电容容器的容量不相匹配时，造成欠补偿与过补偿，过补偿造成母线电压过高，合闸的涌流过大的危害，不利于系统的电压稳定。

3 提高电容器投切成功率

根据上述的分析，需要有针对性的采取措施进行电容器的投切控制来避免投切不成功的现象发生。主要从AVC控制策略和电网运行两方面对电容器的投切成功率进行控制。

优化AVC控制策略方面：

（1）当变电站的多台电容器始终有部分电容器运行时，为了避免频繁投切，在AVC控制策略上设置固定投入的電容器并定期跟换，达到综合有效利用无功装置的目的。

（2）若电容器的投入无功补偿装置经常性退出时，设置AVC的策略为调节模式，不定期的根据系统的电压进行系统的电压及无功的调节。

（3）根据变电站的电容器特性进行退出与投入设置，先投入电抗率高的电容器。

（4）对电容器的投切设置频率，在投切固定时间后延时进行下一次投切，对故障的电容器设置闭锁。

（5）AVC控制策略引入专家控制，投切过程发生弹簧未储能信号后要及时进行调整闭锁。

电网的运行维护方面：

（1）针对变电站的主变的大小及负荷的预测进行配置电容器的容量，设置多台分组投切电容器，根据负荷进行容量的调整。尽量限制整组投切的容量，最大不超过10000kvar可有效抑制涌流。

（2）选用避雷器安装在电容的并联开关柜措施，避免产生过电压后损坏设备。

（3）及时进行10kV系统的谐波测试，减小操作过程的电容器组的电抗率。

（4）变电站整条母线检修时进行真空断路器开关机械特性及耐压试验的检查工作，改善断路器的工作环境，提高可靠性。

4 结语

文中分析了AVC控制系统下电容器投切不成功的原因，对涌流及操作过电压进行了详细分析。提出了改进电容器投切成功的措施，对电网提高电压合格率，优化电网运行经济性，保证电网的安全、优质、经济的运行有积极的推动作用。

参考文献：

[1]Andrea Mengo，Philippe Picot，崔国顺.合闸弹跳时间对真空断路器性能的影响[J].中国电机工程学报，2010，30（36）：1-6.

[2]陈柏富，杨言孝.并联电容器装置在变压器空载时投入引发串联谐振[J].电力电容器无功补偿，2017，38（6）：7-11.

[3]舒胜文，阮江军，黄道春.真空断路器瞬态恢复电压与弧后电流相互作用仿真研究[J].高电压技术，2014，40（1）：309-316.

[4]王永生，姜秀华.真空断路器投切电容器时的重燃过电压分析及预防措施[J].河北电力技术，2010，29（2）：37-39.

[5]吉亚民，周志成，马勇，等.真空断路器投切并联电抗器过电压故障分析[J].江苏电机工程，2014，33（2）：12-14.