在農(nóng)村配電網(wǎng)中，進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，對提高功率因數(shù)、降損節(jié)能和提高供電質(zhì)量有著非常重要的作用和意義。近些年，10 kV線路上的無功自動補(bǔ)償出現(xiàn)了一些新的技術(shù)和產(chǎn)品，我局針對所屬10 kV線路的特點(diǎn)，積極與設(shè)備廠家合作，開展這方面的應(yīng)用。應(yīng)用中，我們特別提出了相關(guān)的安全保護(hù)技術(shù)條款，與廠家共同探討實(shí)施方案，并收到了較滿意的效果。對此，我們有一些體會和收獲，歸納整理出來與大家探討。
1 農(nóng)電10 kV配網(wǎng)系統(tǒng)無功補(bǔ)償概況
對于農(nóng)網(wǎng)主要使用的10 kV配網(wǎng)系統(tǒng)，完整的無功補(bǔ)償應(yīng)該包括變電站集中補(bǔ)償、10 kV線路補(bǔ)償和用戶端低壓補(bǔ)償，再加上隨機(jī)補(bǔ)償，即“3級補(bǔ)償+隨機(jī)補(bǔ)償”（“3+1”模式）。
目前，實(shí)際應(yīng)用相對廣泛的主要是在變電站的二次側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償，以及用戶端的低壓補(bǔ)償。變電站集中補(bǔ)償是在站內(nèi)，室內(nèi)環(huán)境，有人工值守；低壓補(bǔ)償雖然是戶外環(huán)境條件下工作，但技術(shù)難度相對低一些。10 kV線路的無功補(bǔ)償由于技術(shù)和環(huán)境等多方面的問題，只是有少量的線路實(shí)行了固定補(bǔ)償，或人工控制補(bǔ)償。顯然，10 kV線路早期的這種補(bǔ)償方法存在過補(bǔ)或欠補(bǔ)、人工勞動強(qiáng)度大等問題。通常，這種方法補(bǔ)償電容器的容量只能配置線路平均無功缺額的30%左右，補(bǔ)償效果很不理想。
根據(jù)線路運(yùn)行狀況，自動判別并實(shí)現(xiàn)10 kV線路無功自動補(bǔ)償，是10 kV無功補(bǔ)償技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展方向。
近幾年，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和相關(guān)專業(yè)廠家的努力研發(fā)，10 kV線路自動化的無功補(bǔ)償裝置逐漸開始應(yīng)用。但實(shí)際應(yīng)用中還存在著許多問題，有待提高和解決。
2 問題的提出
10 kV配電線路屬于高壓配電，其掛網(wǎng)設(shè)備的技術(shù)性和安全性要求也相對要高。無功補(bǔ)償裝置正是安裝于線路中的某個位置（即某號桿，單桿或雙桿架設(shè)），野外環(huán)境，長年累月掛網(wǎng)運(yùn)行，同樣，可*性和安全性要求極高。
2000年，一家國外知名公司在中國展出了他們的10 kV線路無功自動補(bǔ)償裝置。可以說，至此，10 kV線路無功補(bǔ)償?shù)淖詣踊O(shè)備正式亮相。盡管國內(nèi)曾有過這方面的很多嘗試，但畢竟，國外的先進(jìn)產(chǎn)品帶來了新的啟迪，推進(jìn)了國內(nèi)廠家研發(fā)的步伐。然而，國外這些產(chǎn)品并不能大范圍地直接應(yīng)用在中國的電網(wǎng)上，問題就在于缺乏安全保護(hù)措施。
發(fā)達(dá)國家的電網(wǎng)環(huán)境相對要好得多，用電戶，特別是特殊的工廠，都在與輸送電網(wǎng)之間采取了隔離措施，阻止可能影響輸送電能質(zhì)量的各種情況發(fā)生，使得電網(wǎng)很“干凈”。而中國電網(wǎng)的情況就差很多，存在許多影響電能質(zhì)量的不利因素，相當(dāng)于電網(wǎng)受到了“污染”。
事實(shí)上，在后來出現(xiàn)的類似產(chǎn)品的應(yīng)用中，使得產(chǎn)品的安全保護(hù)功能顯得尤為重要。據(jù)掌握的信息，以及我們自己應(yīng)用的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)：缺乏安全保護(hù)措施，或者安全保護(hù)做的欠缺，都使得設(shè)備損壞率高，正常工作周期一兩個月，甚至更短。又由于設(shè)備工作在野外，發(fā)生故障時(shí)不易及時(shí)發(fā)現(xiàn)，造成長期停運(yùn)，而失去補(bǔ)償作用。故障嚴(yán)重時(shí)，還可能殃及其它設(shè)備。
因此，保證設(shè)備自身的高可*運(yùn)行和安全保護(hù)是十分重要的，也是產(chǎn)品設(shè)計(jì)很重要的一個方面，是我們使用方必須要求的指標(biāo)。
從哪些方面考慮和增強(qiáng)安全保護(hù)措施呢？要考慮周圍環(huán)境，如高低溫、潮濕、雷雨，以及空氣污染、廢氣鹽霧等等客觀條件，也要考慮電網(wǎng)自身狀況，如電壓高低、三相電流平衡、諧波、浪涌沖擊，以及用電高峰低谷，甚至特殊的異常現(xiàn)象等等。
設(shè)備應(yīng)該具備相當(dāng)?shù)淖R別技術(shù)和保護(hù)措施，除了具備智能化控制外，還應(yīng)具備如飛機(jī)“黑匣子”一樣的功能，記錄線路運(yùn)行的參數(shù)和動作記錄，為整個線路運(yùn)行提供相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)和參考資料。
3 10 kV線路無功自動補(bǔ)償裝置安全保護(hù)綜述
作為應(yīng)用方，我們從應(yīng)用的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和體會，介紹各項(xiàng)安全保護(hù)措施，至于各項(xiàng)措施的技術(shù)原理和設(shè)計(jì)指標(biāo)不是本文的重點(diǎn)。
3.1 安全掛網(wǎng)方式
10 kV線路無功自動補(bǔ)償裝置是一臺（套）電力設(shè)備，但從安裝施工、配套設(shè)施來說，每一個補(bǔ)償點(diǎn)都是一個系統(tǒng)。應(yīng)該考慮的是：
3.1.1 裝置的重量以及單、雙桿架設(shè)
早期簡單的分裝式（無箱體）補(bǔ)償裝置是單桿架設(shè)，安裝在桿的上部；后來隨著功能完善，設(shè)備配套件增多和防塵防雨的需要，發(fā)展了箱體式，采用雙桿架設(shè)，安裝在電桿中部，最低端距地面至少2.5 m。桿上架設(shè)設(shè)備的重量國家有規(guī)定可供參考。
3.1.2 A、B、C三相向裝置引線的安全配套件
三相電接入裝置前應(yīng)該有跌落開關(guān)保護(hù)、避雷器保護(hù)，以及配套的橫擔(dān)、高壓瓷絕緣子等。
3.1.3 接地系統(tǒng)
應(yīng)按照國家相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范埋設(shè)安全的接地系統(tǒng)，保證雷擊電流和短路電流的瞬間對地導(dǎo)通，以免燒壞裝置。
3.1.4 設(shè)備箱體外要有安全警示，施工完畢應(yīng)掛上標(biāo)準(zhǔn)的安全警示牌。
3.2 補(bǔ)償電容器組的自保能力
同樣是滿足10 kV高壓規(guī)格的補(bǔ)償電容器，但不同廠家和型號的電容器在是否有自身保護(hù)的特點(diǎn)上存在差別。建議考察廠家配套的補(bǔ)償電容器是否具備內(nèi)部熔絲和自放電電阻，它具備并增強(qiáng)了整機(jī)的自保能力。
3.3 補(bǔ)償電容器三相外接保險(xiǎn)
雖然裝置與外接電網(wǎng)之間裝有跌落開關(guān)對裝置進(jìn)行過流保護(hù)，但考慮到線路可能存在的復(fù)雜惡劣因素，以及跌落開關(guān)可能出現(xiàn)故障，就有必要在每臺電力電容器組再增加一級保險(xiǎn)。有的設(shè)備生產(chǎn)廠家在每臺電容器組上加裝了噴逐式高壓熔斷器，有斜拉式、立式等等，以此達(dá)到短路保護(hù)及對地短路保護(hù)。當(dāng)某個電力電容器組發(fā)生故障時(shí)，其高壓熔斷器將會熔斷，即該電力電容器組退出運(yùn)行，而不會影響整個系統(tǒng)的安全工作。
3.4 抑制電網(wǎng)干擾的安全保護(hù)配置
電網(wǎng)中可能會有一些特殊的負(fù)荷帶來有害干擾，如軋鋼廠的中頻爐可能帶來諧波干擾，采石場的大型碎石機(jī)可能帶來浪涌沖擊干擾等等，因此，應(yīng)該考查補(bǔ)償裝置是否具備了抑制這些干擾的措施。基本方法是加裝電抗器，可抑制10 kV線路上的低次諧波影響，既保護(hù)了補(bǔ)償設(shè)備的安全性，又有利于線路輸送電能的質(zhì)量；加裝浪涌脈沖吸收器，可抑制線路上的浪涌電流和瞬間電流對電容器組的危害，進(jìn)而也保護(hù)了二次設(shè)備的正常運(yùn)行。
3.5 無損采集10 kV線路電流值
這里首先說明一下采集電流的作用：作為自動控制無功補(bǔ)償裝置，這里有一個控制模式的問題：如果采用電壓控制模式，即根據(jù)電壓的高低作為判據(jù)進(jìn)行控制，則無需采集電流信號，僅采集電壓信號即可，但它不能完全反映線路無功的缺額，會出現(xiàn)過補(bǔ)和欠補(bǔ)的現(xiàn)象；如果采用無功控制模式，即根據(jù)無功缺額量的多少作為判據(jù)進(jìn)行跟蹤控制，則除了采集電壓信號外，還必須采集電流信號，即可通過控制器的計(jì)算機(jī)計(jì)算出無功量，跟蹤無功缺額大小來實(shí)施控制，就不會出現(xiàn)過補(bǔ)和欠補(bǔ)的現(xiàn)象。
采集電流信號較為成熟的是利用穿芯式電流互感器，但必須剪線，而且，剪線串接會增加線電阻，容易出現(xiàn)結(jié)點(diǎn)故障，又浪費(fèi)電能，因此，應(yīng)用方大都不愿意剪線，特別是新改造的線路，而且，它的施工也較為復(fù)雜。由于電子和傳感器技術(shù)的發(fā)展，有些廠家研制出了非接入式電流互感器，只需要將相線平行固定在互感器瓷絕緣子的凹槽里即可感應(yīng)得到電流信號。因此，如果選擇了以無功控制模式的無功補(bǔ)償裝置，又不希望剪線，就應(yīng)該慎重考查配套的電流互感器。
這種非接入式電流互感器的高精度、高靈敏度已經(jīng)能夠滿足要求，它的應(yīng)用保證了高壓線路的完整性。
3.6 執(zhí)行開關(guān)的掉電保護(hù)
裝置的控制器控制投切開關(guān)將電容器并入或退出電網(wǎng)，其投切開關(guān)有多種形式，不同設(shè)備廠家選型也不一樣。目前，應(yīng)用較為成熟的是真空類開關(guān)。對各類開關(guān)的技術(shù)指標(biāo)要求是必需的，但其是否具備掉電自動分閘功能是非常重要的。如果電網(wǎng)突然停電，恰好開關(guān)合閘使得電容器正并在電網(wǎng)上，而開關(guān)不能夠因掉電而自動分閘，當(dāng)再次來電時(shí)電容器就是直接掛在網(wǎng)上，這就很危險(xiǎn)。因此，建議采用電保持式的真空接觸器。
3.7 控制器抗干擾保護(hù)
控制器是在低壓條件下工作，特別是大量的計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)芯片和集成電路，在直流電壓下工作。除了較高的電源技術(shù)保證外，還應(yīng)有防雷擊浪涌和濾波器等保護(hù)功能。
3.8 控制器軟件實(shí)現(xiàn)智能化識別、保護(hù)措施
利用傳感器、感應(yīng)裝置、執(zhí)行元件，結(jié)合先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和豐富的控制軟件，對設(shè)備和電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析，實(shí)現(xiàn)智能化的控制和保護(hù)，是目前較為先進(jìn)、全面、完善、最準(zhǔn)確的識別、保護(hù)措施。
3.8.1 三相不平衡電流保護(hù)
三相電流不平衡可能會對電容器造成損壞，或縮短其壽命。安全保護(hù)功能相對完善的產(chǎn)品對此也做了精心的設(shè)計(jì)，對進(jìn)入柜體的A、B、C三相一次線電流進(jìn)行采樣，再將采集的三相電流信號送入控制器，經(jīng)計(jì)算機(jī)計(jì)算分析，如果三相不平衡電流超過警戒值，則屏蔽投切開關(guān)的指令，不允許電容器并入電網(wǎng)。運(yùn)行中檢測到不平衡現(xiàn)象，應(yīng)立即切除開關(guān)，退出運(yùn)行。
3.8.2 欠電壓保護(hù)功能
通常，啟動投切開關(guān)動作是*電壓互感器感應(yīng)的電壓信號。比如，10 kV經(jīng)過電壓互感器后得到230 V，以此作為控制其電源外，還作為啟動像真空接觸器這樣的投切開關(guān)。如果電壓過低，真空接觸器將不能正常動作，會損壞開關(guān)和電容器組。控制器會設(shè)定一個欠電壓門限值，電壓低至門限值時(shí)，使開關(guān)分閘，電容器組退出電網(wǎng)，并禁止合閘操作。當(dāng)電壓恢復(fù)正常后，控制器重新判定、重新起動控制投切開關(guān)動作。
3.8.3 過電壓保護(hù)功能
電網(wǎng)電壓過高，如果電容器被并入電網(wǎng)，電容器組的使用壽命將會降低。過壓保護(hù)功能是在電壓高于上限設(shè)定值時(shí)，控制器指令投切開關(guān)立即分閘，使電容器組退出電網(wǎng)，并禁止合閘操作。當(dāng)電壓恢復(fù)正常后，控制器重新判定、重新起動控制投切開關(guān)動作。
3.8.4 防沖擊抗干擾功能
控制器應(yīng)具有防沖擊抗干擾功能，系統(tǒng)有濾除低次諧波和抗浪涌吸收瞬間脈沖干擾措施，在電壓、電流信號有沖擊或干擾時(shí)，控制器應(yīng)能夠正常運(yùn)行，并不立即輸出分/合閘信號，而是經(jīng)過一定的時(shí)間延遲，確定是否真正需要分/合閘時(shí)，再進(jìn)行動作。
3.8.5 斷電保護(hù)
控制器是整個系統(tǒng)的核心，高一級的控制器會不斷記錄存儲運(yùn)行中的數(shù)據(jù)，并形成表格曲線。在斷電情況下，應(yīng)能夠?qū)?dāng)前和此前所記錄的歷史數(shù)據(jù)將會自動長期保存，避免數(shù)據(jù)丟失，起到了黑匣子的作用。
另外，控制器重新加電后，應(yīng)首先自動進(jìn)行自檢，判斷開關(guān)的分/合閘位置，然后再進(jìn)入自動控制狀態(tài)。
3.8.6 延時(shí)保護(hù)
電容器退出電網(wǎng)后，應(yīng)避免立刻又合閘開關(guān)，即要防止電容器組頻繁進(jìn)退電網(wǎng)，這對電容器會帶來危害。要求控制器指令分閘后，應(yīng)經(jīng)過一段設(shè)定的時(shí)間延時(shí)（留夠電容器放電時(shí)間，如300 s），在這段時(shí)間內(nèi)軟件應(yīng)禁止合閘，防止電容器組在切除后沒有放電至安全電壓就投入運(yùn)行，危害電容器組。
3.8.7 過流保護(hù)
控制器應(yīng)能對電容器組的每相電流實(shí)時(shí)監(jiān)測，并設(shè)過流保護(hù)值。當(dāng)某相電容器組損壞電流過大時(shí)，應(yīng)立即分?jǐn)嚯娙萜鞑⒔购祥l操作。
3.8.8 其它多重保護(hù)
防止逆功率操作；
合分閘安全閉鎖功能；
具有日合閘次數(shù)限制和防振蕩互鎖功能。
3.9 柜體的防護(hù)措施
對于南方沿海氣候，柜體應(yīng)采用不銹鋼材料，緊固件也最好采用不銹鋼或防銹材料；
柜體應(yīng)具備合理的循環(huán)通風(fēng)孔，特殊地域還應(yīng)具備自動溫控排風(fēng)功能；
防雨。
4 結(jié)束語
配電線路的無功自動補(bǔ)償裝置在戶外安裝，環(huán)境惡劣且無人值守，因此，完善的保護(hù)功能是無功自動補(bǔ)償裝置掛網(wǎng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，
