全国石油和化学工业电气技术委员会

摘要：针对柱上式自动投切高压并联电容器装置，提出了在结构、电器配置、保护、运行等方面的技术问题，以促进配电线路无功补偿技术的推广应用。

在配电线路上安装高压并联电容器是一种很好的无功补偿方式，特别是对提高功率因数、降低线路损耗、改善电压质量有立竿见影的效果。

早在上世纪70年代，美、日、英等发达国家，就在配电线路上安装并联电容器进行无功补偿，进而发展成柱上式自动投切高压电容器装置（以下简称柱上式装置）。如美国西层公司就推出了由单相油开关投切的柱上式电容器装置系列。90年代末，美国固柏（COOPER）公司、乔斯林（JOSLYN）公司将免维护、长寿命、微电脑控制的产品投入了市场。本世纪初，柱上式装置开始在我国农网、油田获得了广泛的应用，已经成为中压配电线路无功补偿不可缺少的产品。

本文对柱上式装置的结构、设备、保护、运行等方面的技术问题，进行阐述供装置设计与运行参考。

笔者认为，柱上式装置的设计应该从“安装在配电线路上”这一使用条件出发，力求结构紧凑、运行可靠、经济、实用。

柱上式装置一次线路方案如图1所示。主要电器设备有跌落式熔断器、交流高压负荷开关，电流互感器、氧化锌避雷器、控制电源变压器、高压并联电容器（内置放电电阻）和无功补偿自动控制器。对这些电气设备的技术要求，详见本文第3节。柱上式装置的一次线路方案区别于TBB高压并联电容器装置，有以下几个特点：

路与装置的接通和断开之用，同时作为装置的相间短路保护。

⑵ 装设了控制电源变压器，为负荷开关提供低压操作电源，同时为自控器提供低压电源及电压信号。

⑶ 必须配置无功补偿自动控制器，以满足自动投切和保护的需要。

目前，国内柱上式装置分为箱式、分装式两种。不管哪一种结构都应力求紧凑、简单，以便于安装、监视。美国乔斯林公司的产品是将开关、电容器装于一金属框架上，整体安装在杆上，控制器另行安装。

箱式装置的安装需要大型起吊设备，而且必须采用双杆安装，在野外、山区很不方便。此外，由于箱体尺寸的限制，要想在原有补偿容量的基础上增加容量非常困难。

正泰集团公司的TBBZ柱上式装置可采用单杆或双杆安装，可将电气设备进行积木式或水平式安装（见图2），自动控制器装在专用控制箱中，整体结构非常紧凑，各电器元件的布置一目了然。安装时也不需要大型起吊设备，可随意增减容量。

通常，柱上式装置的安装处离变电站有一定的距离，如单点补偿在配电线路全长的2/3处，两点补偿在配电线路全长的2/5、4/5处。安装处的短路容量远比变电站小，投入电容器组所产生的涌流倍数（峰

值）也就不会太大[

，式中λ为涌流倍数（峰值）S_a为装置安装处短路容量（MVA）、Q为装置的容

量（Mvar）]。如在10km线路中，始端短路容量为300MVA时（10kV线路最大短路容量）在距变电站2km处的短路容量为94.6MVA，若在此处安装300kvar并联电容器，投入时所产生的涌流倍数为17.8倍，若安装1200kvar电容器，投入时只有8.9倍。

装有两组或三组并联电容器，由于组与之间的距离一般在2km以上，电容器之间的串联电抗相应在0.65Ω以上（LGJ-120架空线每1km电抗为0.327Ω），在最后一组电容器投入时，所产生的涌流也都在标准所控制的范围之内。

2006年10月1日即将实施的JB/T 10588-2006《高压柱上式无功补偿装置》国家行业标准中，第4章对电气设备作出了规定，具体分析如下：

合闸无弹跳、分闸不重燃是对投切开关的基本要求。由于投切次数频繁，弹跳、重燃的几率增大，对投切开关的选择尤为重要。正泰集团公司研制的FLW(B)户外投切并联电容器专用六氟化硫负荷开关采用双断口触头系统、夹形触头和较高的分断速度（4m/s），完全杜绝了“合闸弹跳”、“分闸重燃”现象的发生。投切开关还应满足以下要求：

（2）应具备开断3倍装置额定电流的能力。由于电容器一相击穿而导致相对中性点短路时，该相的电流为3I_N，而跌落式熔断器不能在短时间内熔断，此时应由负荷开关跳闸，切除电源。

（3）开关内应装设电流互感器，还应有欠压脱扣装置、分励脱扣装置以满足保护及控制的要求。

（4）在短路时，开关应能实现略带时限跳闸，以确保跌落式熔断器先动作。

由于柱上式装置不配置放电线圈，所以电容器必须内置放电电阻。容量较大的装置（300kvar），电容器可以装设内熔丝，但因此也带来一定的问题。即当某一元件熔丝熔断后，同一串联段的其它正常元件，则处于过电压运行状态。过电压倍数β可由式（1）确定。

对于8并4串的电容器，只要有一根熔丝熔断（

），该故障段的电压就已达到熔断前的1.1倍，

而当两根熔丝熔断（

），就达到了1.23倍，这是不能令人满意的现象。由要解决这一矛盾，除增加并联元件数外，更应当提高元件的耐电强度，提高承受过电压的能力。式（1）可变换成

对于元件串并联数相同的电容器，当元件允许过电压倍数增大，其同一串联段允许内熔丝的熔断率则为原来的α倍。

β₁—元件原来允许过电压倍数（若认为元件与电容器相等时，则β₁=1.1）；

当β_n提高到1.3、1.4、1.5时，熔断率分别为原来的2.54、3.1、3.67倍，对于8并4串的电容器而言，允许熔丝熔断根数由原来的1根分别增加到2～4根。

设计和制造中必须重视内熔丝的熔断特性，从设计、工艺、材料等方面保证熔丝的质量，防止误动作。

无功补偿自动控制器必须可靠，而且应具备能满足装置要求的控制与保护功能。

（1）自控器应同时具有按时间、按电压、按功率因数、按无功功率及相互组合的控制投切功能，以便于用户按线路实际情况选择。控制器还应配置RS-232或RS-485串行接口，以便可以通过无线射频模块或GPRS模块实现各种所需的遥控功能。

（2）不论在接通电源后首次投入，或按设置循环投入及因母线失压跳闸后再次投入，自控器在投入之前都应有大于10min的延时，防止电容器带电荷合闸。

（3）控制器应具有各种完善的保护功能，包括过流、速断、过压、欠压、谐波、缺相、防止电容器带电荷合闸、故障闭锁等。所有这些保护的参数可以进行设置更改。

（4）控制器最好应具有各种运行数据的存储功能，能存储较长时间内的一些数据，包括整点数据、SOE记录、极值数据、上停电时间等。

变压器应具有足够大的容量，以保证装置的控制电气设备正常工作。当兼作电压互感器时，其准确应不低于1.0级。

为了测量和计算配电线路的电流、无功功率和功率因数等，必须测量线路的一相电流，所以在电杆顶上需要安装户外CT，为了方便安装，可以采用穿芯开启式电流互感器，这样可以不必打断线，并且不必考虑CT的动热稳定性。为了保证CT的安全运行和精度，其额定容量应不低于10VA，其准确级也应为0.2或0.5级，其局放性能也应满足电流互感器的国家标准。

1）按电压投切：按预先设定好投入门限和切除门限两个电压值进行控制。

3）按时间电压投切：在投入的时间段按电压投切，在切除时间段不投入。

4）按功率因数投切：线路安装点功率因数低于设定值时投入，高于设定值时切除。

5）按无功功率投切：线路安装点无功功率高于设定值时投入，低于设定值时切除。本方式允许按设定值倒送无功以补偿电站至安装点的无功负载。

6）按电压无功投切：线路电压低于电压下限时装置始终投入，高于电压上限时装置始终切除。在电压上限和下限之间按无功功率投切。

序号	自动投切方式	应用条件	备注
1	时间	无功负荷变化很有规律，在全天24小时内重负荷及轻负荷分别集中在一个或几个时间段中。	可选用
2	电压	无功负荷变化没有规律，在全天24小时中没有明显的重、轻负荷时间段。	可选用
3	时间、电压	无功负荷变化没有规律，在全天24小时中有较为明显的轻负荷时间段。	优先选用
4	功率因数	补偿目的主要是为了提高功率因数。两点或多点补偿，安装在靠近电站处。	尽少选用
5	无功功率电压无功	任何负载状况	优先选用

根据目前我国固定安装的并联电容器运行情况，早期损坏的主要原因是由于长期过电压、过负荷运行造成的。因此柱上式装置必须设置必要的保护。但由于受安装条件、造价的限制，在设置保护方案时应突出重点。一般可包括以下方面：

在跌落式熔断器与负荷开关之间，及负荷开关与电容器之间发生相间短路时，由跌落式熔断器中熔丝熔断，切除故障相，同时负荷开关略带时限跳闸，装置退出运行。

装置安装了氧化锌避雷器（见图1）作为雷击过电压保护及操作过电压保护，如选用无重燃开关（如FLW(B)六氟化硫负荷开关），则图1中F2可以不装。

稳态过电压保护可按1.2～1.3倍额定电压整定，长延时动作于跳闸。而在采用按电压投切方式时过电压保护就失去了意义。

当线路失压时，略带时限（0.3～0.5ms）动作于跳闸，以防止由于重合闸使电容器带电荷合闸，也可防止因电压瞬变而造成的误动作。

由于装置内部及线路原因，引起稳态过电流，按1.4～1.5倍额定电流整定，延时5s动作，同时自行闭锁。保护还应按“过压优先”的原则设计。

现在的配电线路负荷情况比较复杂，常常有一些谐波源的存在，势必产生谐波放大，危及电容器，因此装置应设置谐波保护，一旦系统谐波畸变率超出标准要求时，装置退出运行，恢复正常时，装置再重新投运。但是，当安装处谐波超标使装置无法正常运行，则应改变安装点，避开谐波源，或加装串联电抗器。

（6）缺相保护当装置任何一相电流为零（如跌落式熔断器动作），开关应跳闸。

装置必须具有防止被切除电容器组上的电压尚未降到规定值（50V）以下就再次投入电容器组的保护。

JB/T 10588-2006中7.3条规定“严禁用跌落式熔断器（或隔离开关）投切电容器组”，是由于跌落式熔断器及隔离开关不具备开合负载电流（何况是容性电流）的能力。负荷跌落式熔断器虽然有开合一定负荷电流的能力，但国家标准没有提出开合容性电流的要求。由人工开合电容器组时发生重燃，产生强烈的弧光，势必损坏电器设备，危及操作人员的人身安全。

（1）在配电线路上安装柱上式自动投切高压并联电容器装置是一种很好的补偿方式，应积极推广应用。

（2）柱上式装置应力求结构紧凑、安装方便、运行可靠，并具有完善的保护功能。

（3）柱上式装置所采用的电气设备应适用线路安装的特殊环境，满足技术要求，特别是对负荷开关、并联电容器和无功补偿控制器有着严格的要求。

2. 靳龙章，丁琉山 . 电网无功补偿实用技术【M】.中国水利水电出版社，1997.

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4. 汪钧祥，陶梅 . 柱上式无功补偿装置带内熔丝高压并联电容器的几个问题.电力电容器学会论文集【C】，2000.

5. 肖崇礼，浅谈投切高压电容器组专用开关.电力电容器学会论文集【C】，2002.