（华北油田公司电力分公司 河北省任丘市 062552）
摘要：电压质量对电网稳定、电力设备安全运行具有重大影响。电压过低时，可能危及系统运行的稳定性，甚至引起电压崩溃；而电压过高时，各种电气设备的绝缘可能受到损害。无功功率是影响电压质量的一个重要因素。电力系统的无功平衡是保证电压质量的重要条件。所以，无功补偿系统对电网的安全、可靠运行非常重要。目前我厂大多采用触电式自动无功补偿装置，但存在动作时间长，容量小，反映不灵敏，故障率大的缺点。因此，经研究可选用大功率场效应管，既解决了继电器触点粘连的情况，也缩短了动作时间，大大提高了送电的安全和可靠性。
关键词：无功补偿；控制器；场效应晶体管
一、引言
电力分公司任丘供电工区管辖着华北油田冀中电网系统21座变电站。因此电力系统的安全、可靠供电，直接关系到电力分公司公司能否实现一流供电企业的目标。
如何保证电网的安全、可靠、经济供电，是当前电网维护管理工作的一项重要内容。在供电过程中，线路所带用电负荷大，基本上都是油井所带的变压器、电动机等感性负荷。而感性负荷消耗的无功功率大，如果不能及时补偿电网无功，不但会降低供电质量，而且还直接影响到电网的安全、可靠、经济运行，造成重大的经济损失。
二、现状调查
冀中电网变电站大多数已实现无人值守运行管理模式，方便了管理，减少了人员压力。多数变电所中电网无功补偿系统选用了陕西中冠电控有限公司生产的DWK3-110成套自动无功补偿装置。从技术角度分析，该系统技术先进，在实时监控负荷变化的同时，能自动动态投退电力电容器来调节电网无功功率。能够满足电网自动进行无功补偿的需要。
但近年来投运以后，变电站无功补偿系统运行不太平稳。DWK3-110电网无功补偿系统故障频发，不但造成电容器不能正常投退，甚至发生电容器爆炸的事故。暴露出了施工质量、设计、设备、管理等多方面问题。在故障处理过程中，我们专业技术人员协同相关专业生产骨干，在认真查阅运行工作记录的同时，经过反复进行技术分析，得到以下结论：各变电站安装的DWK3-110成套自动无功补偿装置，在实际运行中发生故障较多。尤其是夏季，无功补偿系统故障更加频繁。据统计，从2013年投运至今，共13个变电所发生类似故障，平均每年无功补偿装置系统发生各类故障约30次，今年更甚，仅5～9月发生故障次数就41次。无功补偿控制器设置的功率因数上限值为0.98，下限值设置为0.85。在功率因数高于0.98时电容器组能自动退出运行。而功率因数低于0.85时又能自动投入电容器组。变电运行人员在巡视中多次发现主变功率因数已达到很低的0.75时，电容器组不能自动投入运行。而功率因数有时高于0.98时，电容器组又不能自动退出运行的现象。已影响到电网的安全、可靠、经济运行。
经过反复研究、检查、测试，发现有三种情况是造成无功补偿控制器不能动态自动投、切电容器的原因：
1、控制器中间继电器触点粘连；
2、操作过电压造成控制器元件损坏；
三、原因分析
1、控制器中间继电器触点粘连原因分析
电网中用电负荷量变化较大，无功补偿控制器信号输出电路中的中间继电器需要不断动作，来驱动真空接触器投切电容器组。但中间继电器的触点存在容量偏小，触点断开行程大的特点，开断时致使产生的电弧灼伤触点，造成触点粘连。该触点串连在电容器投切控制回路当中，粘连后致使真空接触器的跳闸线圈长时间带电，造成过热并烧毁。图1中虚线部分为DWK3—110型数字式电压无功补偿控制器信号输出中间继电器驱动电路。
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图1
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图2
2、操作过电压造成控制器元件损坏
变电所二次回路当中的线圈，他们有着不同的作用，且存在一定的电感量。这部分线圈除了存在的电感外，还包括自身电阻值及线圈匝间、线圈之间的分布电容。
回路中的开关在断开时，会产生比较大的反电势。分布电容之间的两端电压则会有一定变化规律，电压波形是一个正波形的衰减振荡波。其电阻值比较小时，则电容器两端的电压值会最大。一般超出电源的电压几倍甚至十几倍，所以在操作过程中产生的过电压，往往会损坏控制器中的电路元件。原理如下图2
我们在变电所操作2#电容器开关跳闸时，用示波器在无功补偿控制器输入端RS485信号线端观测，发现在断开2#电容器开关时，产生了浪涌干扰电压信号。波形为图3
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图3
四、解决方法
1、解决控制器中间继电器触点粘连的方法
目前场效应管被广泛应用于电子的控制回路当中，依据大功率场效应晶体管的开关特性来取代中间继电器，这样就克服了中间继电器触点粘连的缺陷。
场效应管的原理是根据输入电压产生的电场效应来控制输出电流，属于电压控制型电路元件。这种类型的器件具有输入阻抗高，驱动功率小的特点，且大多数在控制信号撤销后会自动断开，属于高性能的自关断电路控制元件。利用场效应管得这一开关功能，可运用在控制回路中，作为无触点开关。尤其是继电器的触点动作频繁，且在开断时触点易损坏的回路中，被广泛应用。来实现无火花、不粘连、无触点控制电路开断的目的。在研究、参考其他控制电路的基础上，尝试把原无功补偿控制器信号输出电路中的中间继电器驱动电路，改进如4图所示。图中蓝色虚线框里的电路是改进后电路。其中选用了光电耦合器TLP521-4和大功率功率场效应管GH30N100。
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图4
2、操作过电压的解决方法
①、采用旁路保护措施抑制瞬态过电压干扰。
在线圈两端并联非线性电阻，就是在RS485总线的两端和中部加装TVS双向二极管，让其作为旁路保护的元件，起到抑制瞬态过电压的作用。如图5
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图5
②、采用带有金属屏蔽层的电缆，抑制感应电压干扰。
通过采用以上方法，有效解决了无功补偿系统因施工质量、设计构造、维护管理等多方面问题造成的无功补偿控制系统故障频发的问题。提高了无功补偿控制系统的稳定性和可靠性，保证了电网的安全、可靠、经的济运行。
五、结束语
供电质量是供电企业生存、发展的基石。近几年，围绕提升供电质量、供电可靠性，我厂应用、推广了大量新技术、新设备，有些新设备在安装、使用中由于缺乏经验，难免会出现一些问题。但只要我们全体员工牢固树立：“保供电质量，就是保饭碗”的思想认识，勤于观察、勤于思考、勤于钻研，就能够解决很多生产中的难题，保证油田电网的安全、可靠、经济运行。
参考文献：
[1] 刘星平、功率场效应管驱动电路的研究、2002
[2] 童诗白.模拟电子技术基础.高等教育出版社