Nguyên lý hoạt động và các điểm chính về bảo trì của thiết bị bù công suất phản kháng cao áp 10kV

Edwiin

Trường dữ liệu: Công tắc điện

China

Thiết bị bù công suất phản kháng điện áp cao 10kV là một thành phần thiết yếu và không thể thiếu trong các hệ thống điện hiện đại. Bằng cách cung cấp hoặc hấp thụ công suất phản kháng, nó giải quyết hiệu quả các vấn đề như hệ số công suất thấp, tổn thất đường dây cao và dao động điện áp do nhu cầu công suất phản kháng, đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện kinh tế, an toàn và chất lượng điện năng của hệ thống lưới điện. Thiết bị bù công suất phản kháng điện áp cao 10kV là thiết bị quan trọng để đảm bảo vận hành lưới điện an toàn và kinh tế.

Hiểu nguyên lý hoạt động là cơ sở cho bảo trì, trong khi thực hiện nghiêm túc kế hoạch bảo trì định kỳ tập trung vào kiểm tra dự phòng và theo dõi tình trạng - luôn ưu tiên an toàn - là bảo đảm cơ bản để đảm bảo vận hành đáng tin cậy lâu dài. Công việc bảo trì phải được thực hiện bởi nhân viên có trình độ và kinh nghiệm theo quy trình đã được xác định. Dưới đây là giải thích chi tiết về nguyên lý hoạt động và các điểm cần lưu ý trong bảo trì hệ thống bù công suất phản kháng điện áp cao 10kV.

1. Nguyên Lý Hoạt Động Của Hệ Thống Bù Công Suất Phản Kháng Điện Áp Cao 10kV

Mục tiêu chính: Cải thiện hệ số công suất của lưới, giảm tổn thất đường dây, ổn định điện áp hệ thống và nâng cao chất lượng cung cấp điện.

1.1 Nguyên Lý Bù

Nguồn Công Suất Phản Kháng: Các tải cảm trong lưới điện (ví dụ: máy điện, biến áp) cần thiết lập trường từ trong quá trình hoạt động, tiêu thụ công suất phản kháng tụt hậu (Q).
Phương Pháp Bù: Các ngân hàng tụ điện được kết nối song song, tạo ra công suất phản kháng dung dẫn trước (Qc) để bù đắp công suất phản kháng cảm (Ql).
Kết Quả: Tổng công suất phản kháng (Q) yêu cầu bởi hệ thống được giảm, hệ số công suất (Cosφ = P / S) được cải thiện, và công suất biểu kiến (S) được giảm.

1.2 Thành Phần Của Thiết Bị Bù

Ngân Hàng Tụ Điện Song Song Điện Áp Cao: Thành phần chính cung cấp công suất phản kháng dung. Thường bao gồm nhiều đơn vị tụ điện kết nối song song và tiếp tuyến để đáp ứng yêu cầu về điện áp 10kV và công suất cần thiết.
Reactance Series:

Reactance Giới Hạn Dòng Điện: Giới hạn dòng điện xung tại thời điểm chuyển mạch tụ (thường từ 5–20 lần dòng điện định mức), bảo vệ tụ và thiết bị chuyển mạch.
Reactance Bộ Lọc: Tạo thành mạch LC điều chỉnh với tụ (thông thường điều chỉnh dưới tần số谐波频率（通常是第5、7或特定次谐波），抑制进入电容器的谐波电流，防止谐波放大和共振，从而保护电容器。

高压切换设备：

真空接触器或真空断路器：用于投入或切除电容器组。真空接触器更常用，适合频繁操作。
隔离开关/接地开关：在维护期间用于隔离电源，并确保可靠接地以保障安全。

放电装置：

放电线圈或放电电阻：在电容器组断开后，迅速释放电容器端子上的储存电荷（通常要求在5秒内将残余电压降至50V以下），确保维护期间的安全。放电线圈更为常用。

保护装置：

熔断器：保护单个电容器免受内部故障（喷射型熔断器）。
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熔断器熔断）、过电压保护、欠电压保护、谐波过限保护、开口三角电压保护等。

测量与控制装置：

控制器：持续监测系统电压、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、谐波过限保护、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）：提供测量和保护所需的信号。

10kV High-Voltage Reactive Power.png

1.3 运行过程

监控：控制器持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的下限（例如，滞后0.9）时，或系统需要额外的无功功率时，控制器发出投入命令。
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的上限（例如，超前0.98，可能导致过补偿）时，或系统电压过高时，或负载减少导致无功功率需求下降时，控制器发出切除命令，真空接触器打开，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，快速释放储存的能量。

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、生锈或油漆剥落；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；检查是否有灰尘积聚或小动物入侵迹象；检查围栏和标识是否完好。
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：使用专用电容桥测量每相或每个分支的总电容（如果适用），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（尤其是减少），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：测量极间和极对壳的绝缘电阻（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！
损耗角正切（tanδ）测量：如果条件允许，可以进行此项测试，它更能敏感地反映内部电容器绝缘的潮湿或老化情况。不应比出厂或上次测量值有显著增加。

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：

检查放电线圈的外观和接线。
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）。

切换设备维护：

检查真空灭弧室外观。
检查操作机构是否灵活可靠；在润滑点涂抹适当的润滑油。
测量主回路接触电阻。
进行机械特性测试（分合时间、同步性、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，确保准确可靠的运行。检查熔断器外观和指示状态。
控制器检查：检查显示器、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。

10kV High-Voltage Reactive.jpg

2.3 特殊维护

谐波环境：如果系统存在严重谐波，加强监测电容器和电抗器的温升（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（特别是熔断器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，并在工作地点两端装设接地线。电容器组必须使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：使用具有合格绝缘等级的工具，佩戴绝缘手套、绝缘靴等安全防护装备。
残余电压意识：即使已经放电，接触前仍需使用接地棒再次短接电容器端子。