مبدأ العمل ونقاط الصيانة الرئيسية لجهاز تعويض القدرة غير الفعالة عالي الجهد 10 كيلوفولت
يعتبر جهاز تعويض القدرة غير الفعالة ذو الجهد العالي 10 كيلوفولت عنصراً أساسياً وضرورياً في الأنظمة الكهربائية الحديثة. من خلال توفير أو امتصاص القدرة غير الفعالة، يعالج بشكل فعال مشاكل مثل انخفاض عامل القدرة، والخسائر الخطية العالية، والتقلبات الجهد الناتجة عن طلب القدرة غير الفعالة، مما يلعب دوراً مهماً في تحسين الاقتصاد والأمان وجودة الطاقة في تشغيل الشبكة. يعتبر تعويض القدرة غير الفعالة ذو الجهد العالي 10 كيلوفولت جهازاً حاسماً لضمان التشغيل الآمن والاقتصادي للشبكة.
فهم مبدأ العمل هو الأساس للصيانة، بينما تنفيذ خطة صيانة منتظمة تتضمن الاختبارات الوقائية ومراقبة الحالة مع التركيز دائماً على الأمان هو الضمان الأساسي لضمان التشغيل الموثوق به طويل الأمد. يجب أن يتم العمل الصيانة من قبل موظفين مؤهلين وذوي خبرة وفقاً للإجراءات المعتمدة. فيما يلي شرح مفصل لمبدأ العمل وأساسيات الصيانة لنظام تعويض القدرة غير الفعالة ذو الجهد العالي 10 كيلوفولت.
1. مبدأ عمل نظام تعويض القدرة غير الفعالة ذو الجهد العالي 10 كيلوفولت
الهدف الرئيسي: تحسين عامل القدرة في الشبكة، وتقليل الخسائر الخطية، واستقرار الجهد النظامي، وتحسين جودة التغذية الكهربائية.
1.1 مبدأ التعويض
مصدر القدرة غير الفعالة: الأحمال الاستقرائية في الشبكة الكهربائية (مثل المحركات، المحولات) تحتاج إلى إنشاء مجال مغناطيسي أثناء التشغيل، مما يستهلك قدرة غير فعالة متأخرة (Q).
طريقة التعويض: يتم ربط مجموعات مكثفات متوازية لتوليد قدرة غير فعالة سعة متقدمة (Qc) لتوازن القدرة غير الفعالة الاستقرائية (Ql).
النتيجة: يتم تقليل القدرة غير الفعالة الإجمالية (Q) المطلوبة من النظام، ويتحسن عامل القدرة (Cosφ = P / S)، ويقل القدرة الظاهرية (S).
1.2 مكونات جهاز التعويض
مجموعة مكثفات متوازية ذات جهد عالي: المكون الرئيسي الذي يوفر القدرة غير الفعالة السعة. عادة ما يتكون من عدة وحدات مكثف مرتبطة بالسلسلة والمتوازي لتلبية متطلبات الجهد 10 كيلوفولت والسعة المطلوبة.
المفاعل المتسلسل:
المفاعل الحدّي للتيار: يحده التيار الزائد عند لحظة تبديل المكثفات (عادة 5-20 مرة من التيار المقنن)، مما يحمي المكثفات والمعدات المبادلة.
المفاعل المرشح: يشكل دائرة LC متناغمة مع المكثف (عادة أقل من التردد التوافقي الخامس والسابع أو تردد توافقي محدد)، مما يمنع دخول التيار التوافقي إلى المكثف، ويمنع تضخيم التوافقي والرنين، وبالتالي يحمي المكثف.
المعدات المبدلة ذات الجهد العالي:
المتصل الفراغي أو القاطع الفراغي: مستخدم لربط أو فصل مجموعات المكثفات. المتصلاوات الفراغية أكثر شيوعًا ومناسبة للعمليات المتكررة.
المفتاح الفاصل/المفتاح الأرضي: مستخدم أثناء الصيانة لعزل مصدر الطاقة وضمان التأريض الموثوق للأمان.
جهاز التفريغ:
الملف التفريغي أو المقاومة التفريغية: بعد قطع مجموعة المكثفات، يقوم بتفريغ الشحنة المخزنة على أطراف المكثف (عادة مطلوب تقليل الجهد المتبقي إلى أقل من 50 فولت خلال 5 ثوانٍ)، مما يضمن الأمان أثناء الصيانة. الملفات التفريغية الأكثر شيوعًا.
أجهزة الحماية:
الم保险丝：保护单个电容器免受内部故障（喷射型保险丝）。
继电保护：包括过流保护（相间短路）、不平衡保护（内部电容元件击穿或保险丝熔断）、过电压保护、欠电压保护、谐波超限保护、开口三角电压保护等。
测量和控制装置：
控制器：连续监测系统电压、电流、功率因数、谐波电流、谐波电压畸变率等参数。根据预设策略（如目标功率因数、目标电压、谐波超限保护、时间程序）自动控制电容器组的投切。
电流互感器（CT）、电压互感器（PT）：提供测量和保护信号。
1.3 运行过程
监控：控制器连续监测电网的功率因数、电压和无功功率需求等参数。
决策：当功率因数低于设定下限（例如，滞后0.9），或系统需要额外的无功功率时，控制器发出投入指令。
投入：控制电路驱动真空接触器闭合，将电容器组（通常通过串联电抗器）并联到10kV母线上。
补偿：电容器组向系统提供容性无功功率，抵消部分感性无功功率，提高功率因数，并支撑电压。
切除：当功率因数超过设定上限（例如，超前0.98，可能导致过补偿），或系统电压过高，或负荷减少导致无功功率需求下降时，控制器发出切除指令，真空接触器断开，电容器组退出运行。
放电：电容器组断开后，放电装置（放电线圈）自动工作，迅速释放存储的能量。
2. 10kV高压无功补偿装置的维护
核心目标：确保安全、可靠和高效的运行，并延长设备使用寿命。
2.1 日常检查
外观检查：检查电容器外壳是否有鼓胀、漏油、锈蚀或油漆脱落；检查套管是否有裂纹、污染或闪络痕迹；检查连接点是否松动、过热（红外热像仪）或变色。
运行声音：监听电抗器、放电线圈或电容器是否有异常振动或噪音（例如，异常增大的“嗡嗡”声可能表示内部松动）。
仪表指示：检查电压表、电流表、功率因数表和无功功率表的指示是否正常，并与控制器显示值进行比较。
环境检查：检查室内通风、环境温度和湿度是否在允许范围内；检查是否有积尘或小动物入侵迹象；检查围栏和标签是否完好。
保护信号：检查保护装置是否有报警或跳闸信号。
2.2 定期维护（通常每六个月至一年一次）
停电清洁：彻底清除电容器外壳、套管、绝缘子、母线、框架、电抗器和开关设备表面的灰尘和污垢（使用干燥、无绒布或专用工具，避免损坏绝缘）。 (重要！高压设备的清洁必须在断电、验电和接地后进行！)
紧固连接：检查并紧固所有电气连接螺栓（母线连接、电容器端子连接、接地线等），确保良好接触，防止过热。按规定的扭矩操作。
电容器测试：
电容测量：使用专用电桥测量各相或各分支（如果适用）的总电容，并与铭牌值或历史数据进行比较。如果偏差超过±5%或显著变化（特别是减小），需要特别关注，可能表明内部组件损坏。单个电容器的电容值不应偏离额定值超过-5%至+10%。
绝缘电阻测试：测量极间及极对壳之间的绝缘电阻（使用2500V兆欧表），应符合规定要求（通常，极间绝缘电阻应非常高，极对壳绝缘电阻>1000MΩ）。测试前后必须充分放电！
损耗因数（tanδ）测量：如果条件允许，可以进行该测量，它更敏感地反映电容器内部绝缘的潮湿或劣化。不应比出厂或上次测量值显著增加。
电抗器检查：
检查线圈外观是否有过热、变色、绝缘老化或损坏。
检查铁芯（如果有）固定件是否松动。
测量绕组直流电阻，不应与出厂或上次值有显著差异（考虑温度影响）。
测量绝缘电阻。
放电装置检查：
检查放电线圈外观和接线。
验证放电性能（在安全规程许可下，模拟操作以验证残余电压下降速度）。
开关设备维护：
检查真空灭弧室外观。
检查操作机构是否灵活可靠；在润滑点加适量润滑油。
测量主回路接触电阻。
进行机械特性试验（分合闸时间、同期性、弹跳、行程等）。
保护装置校准：根据规定校准过流、不平衡、过电压、欠电压等设置，并进行传动试验，确保准确可靠运行。检查保险丝外观和指示状态。
控制器检查：检查显示屏、按钮和通信是否正常；验证采样精度（与标准表比较电压、电流、功率因数等）；检查切换逻辑是否正确。
2.3 特殊维护
谐波环境：如果系统存在严重谐波，加强电容器和电抗器温升的监测（红外热像仪），定期进行谐波测试，确保调谐点设置合理，避免谐振。必要时增加滤波装置。
频繁切换：加强对真空接触器/断路器触头磨损的检查，缩短其维护周期。
故障后：保护动作后（尤其是保险丝熔断或不平衡保护动作后），必须彻底查明原因，更换损坏部件，并完成全面检查和测试后再重新投入运行。
2.4 安全注意事项（最重要！）
严格执行“两票三制”：工作票、操作票；交接班制度、巡回检查制度、设备定期试验轮换制度。
停电、验电、接地：任何维护工作前，必须可靠断开电源（包括可能从PT二次侧反送电），使用合格的验电器确认无电压，并在工作地点两端装设接地线。电容器组必须用专用接地棒完全放电并接地后才能接触！
专人监护：高压设备的操作和维护必须有专人监护。
使用合格工具和防护：使用绝缘等级合格的工具，穿戴绝缘手套、绝缘靴等安全防护装备。
残余电压意识：即使放电后，在接触前仍需用接地棒再次短接电容器端子。
2.5 记录与分析
详细记录每次检查、维护和试验的数据（电容值、绝缘电阻、温度、保护动作信息等）。
建立设备档案，进行趋势分析，及时发现潜在缺陷。
记录异常情况及处理过程。
3. 关键维护间隔参考
日常检查：每日或每周（根据重要性和运行环境）。
定期清洁和检查（不停电）：每月或每季度。
定期维护（停电）：每年一到两次（结合预防性试验）。
电容器电容/绝缘电阻测量：在停电维护期间进行；投运一年内进行一次，之后每1-2年进行一次。
保护装置校准：每年一次。
开关设备特性试验：结合停电维护，每1-2年或操作次数达到一定值时进行一次。
4. 注意事项
环境温度：电容器的工作环境温度不得超过规定的上限（通常为-40°C ~ +45°C），避免阳光直射。
过电压：电容器可以在额定电压的1.1倍下长期运行；避免长时间过电压运行。
过电流：电容器可以在额定电流的1.3倍下长期运行（考虑谐波和过电压的影响）。
谐波：谐波是电容器损坏的主要原因之一。设计时必须考虑系统谐波背景，并合理配置电抗器比例。运行中要加强谐波监测。
