10kV变电站无功补偿装置可靠性和保护技术
1）投切开关是影响变电站10kV无功自动跟踪补偿装置可靠性的主要因素
在10kV无功补偿装置中，电容器投切开关与普通负载的高压开关的要求有很大差别，除了短路分断外其它性能指标均比普通高压开关要求还高，几年来电容器投切开关一直是影响10kV无功自动补偿装置可靠性和安全性的关键问题。
⑴频繁动作
变电站10kV无功自动补偿装置中的电容器投切开关，要跟踪变电站的负荷变化开合动作投切电容器，每天可能要开合几次甚至十几次，远比普通用途的高压开关动作频繁。普通开关长时间的频繁动作难以做到不出故障，电容器投切开关不能胜任频繁动作一直是影响装置可靠运行的主要原因。
⑵涌流对开关触头的烧损
在电容器投入的瞬间会产生涌流，其频率约为250～4000Hz。单独一组电容器的合闸涌流约为额定电流的5～15倍，大小和时间取决于系统电源的阻抗和电容器容量的大小，多组电容器逐级投入时，会产生追加合闸涌流，约为电容器额定电流的25倍～250倍，大小主要取决于已投入电容器组与追加投入电容器组间的阻抗。即使装有串联电抗器合闸涌流仍在数倍以上，特别是合闸有弹跳的涌流会更大。普通负载的开关合闸分闸时没有以上现象。所以投切电容的开关要求：合闸弹跳时间要短，触头压力不能太小，以承受合闸涌流的冲击、减小触头烧损。
⑶开关重燃是影响补偿装置安全的重大隐患
切电容时，分闸开始时刻可能在交流电的正半周峰值或负半值峰值，而开关的分闸时间一般都在10毫秒左右，约为交流电的半个周期。分闸时电容器保持了交流电的正半周或负半周的峰值，分闸后电容器保持的电势和电网上交流电的峰值叠加在开关触头的间隙上，若不考虑其它因素开关触头间隙上的电压约为2～3倍的额定电压。一般情况下，电容器都串有电抗器，在分闸的瞬间都带有复杂的振荡，所以在分闸后的瞬间加在开关触头间隙上的电压可能是几倍的额定电压，开关触头间隙要尽量大，以承受分闸时的过电压避免重燃。
切电容器时真空开关一旦发生重击穿，很有可能连续多次重击穿，就会产生很高的过电压，电容器和真空开关灭弧室都有可能引起爆炸，对系统的运行安全造成重大危险。 电容器是储能元件，在电网上并联运行时它的充放电是随交流电的周期变化而变化的，分闸后的瞬间，电容器两端保持了分闸时的交流电的瞬时电压，同时储存了一定的能量。如果开关的触头间隙不够大、真空度不够高、开关弹跳等原因造成触头间绝缘耐压不够都会发生重击穿。第一次重击穿一旦发生电容器上就又保持了第一次重击穿时的电压，数值大小约为2倍以上的额定电压，第二重击穿更容易发生。第二次重击穿发生后电容器上的电压就会更高，第三次重击穿就更不可避免了。这样恶性循环电容器上的电压一次比一次高，直至到某种保护起作用切断电源，或电容器和开关发生爆炸上一级保护动作切断电源重燃才能停止。开关重燃是影响电容器补偿装置安全的重大隐患。
从以上分析看，常规的断路器开关因不适于频繁动作不能使用。接触器虽然适于频繁动作但是因为触头压力仅为断路器的1/10或更小，承受电流冲击能力差，触头烧损严重；触头间隙小切电容时易重燃。投切电容的开关应选用适合频繁动作、重燃几率小的断路器或电容器投切专用开关。
2）电容器故障保护和事故保护
随着电容器制造工艺和绝缘材料技术的提高，目前电容器在额定电压下长期运行，故障率已降的很低。但是，如果电容器频繁投切却容易发生击穿故障，特别是当投切开关出现重燃时，故障或事故就很有可能发生。一旦发生击穿故障，就有可能引起电容器爆炸着火的事故。
根据多例故障电容器的解剖情况来看，电容器发生故障的开始大多是内部某一个单元串段发生击穿，然后剩余的某一个单元串段又发生击穿，最后故障显现出来或事故发生。如何及时发现电容器的早期故障，并尽快切除故障电容器，是保证高压无功自动补偿设备安全运行、避免爆炸事故发生的根本条件。
⑴电容器故障分析
单只高压电力电容器内部是由多个小单元电容器串联而成，如10kV系统的电容器一般有4个组或5个组单元电容串联而成，额定电压就分配在几个单元电容器上（如图），某个电容器损坏时，首先是内部一个单元电容发生击穿损坏，使剩下的单元电容运行电压升高，这时电流增大很小，电容器继续运行，由于每个单元电容的运行电压提高，很快又出现某个单元电容损坏，剩下单元电容运行电压又被提高，这只电容器此时有可能已经出现鼓肚，重者出现鼓裂、漏油。这样继续运行下去，很可能会造成这只电容器由鼓肚、鼓裂、漏油到起火爆炸。
根据实际运行经验和对多起被烧毁电容器的解体分析证明，电容器组的爆炸起火一般仅是某一只电容器爆炸起火所引起的，而某一只的爆炸起火是因电容器内部几个串联单元中有被击穿损坏的单元不能被发现继续运行造成的，虽然故障发展到起火爆炸的恶性事故，但故障的过程电流的变化依然不大，熔断器和一般的过流保护是在事故发生以后才动作，事故可能已经发生了。
⑵故障保护和事故保护
分组电容器高压无功自动补偿装置，通常有两种连接方式：一种是通过断路器把各组电容器直接连接在变电站母线上。另一种是通过分组投切开关（断路器或负荷开关）把电容器组连接在补偿装置的母线上，再通过总开关断路器连接在变电站母线上。
各组电容器通过断路器直接连接变电站母线的方式，适用于分组要求较少（单组或两组）的自动补偿装置，每组电容器必须加短路事故保护和电容器故障保护。
总开关分开关小母线连接方式，适用于分组要求较多（3组以上）的自动补偿装置，总开关装设事故保护，分开关装设电容器故障保护。
电容器早期故障的发现，用常规的电流保护不容易解决，特别象熔断器保护方式，因其参数离散性较大、灵敏度较低，不宜作为电容器的故障保护，只能作为事故保护。电容器的故障保护应根据单组电容器容量大小和电压等级（串段数量）不同选用以下保护方式：
① 单星相电压式零序（开口三角）微机保护。（单组电容器容量较小时）；
② 多星相电压式零序（开口三角）微机保护（单组电容器容量较大时）；
③ 单星相电压差动微机保护（串段数较多单组容量较小时）；
④ 多星相电压差动微机保护（串段数较多单组容量较大时）。
