淺析公變三門配電箱無功補償設備的改進

馬勁東，盧美玲，周恩珍

（1.溫州電力局，浙江 溫州 35000；2.東嶼發電廠，浙江 溫州 325000）

農村低壓電網處于電網的最末端，用戶多為低壓用戶，因此，補償低壓無功負荷是農網無功補償的關鍵。搞好低壓補償，不但可以減輕上一級電網補償的壓力，而且還可以提高用戶配電變壓器的利用率，改善用戶功率因數和電壓質量，并有效降低電能損失，減少用戶電費，因而低壓補償對用戶和電力部門均有益。

溫州電力局甌海供電分局轄有約1500多臺公用配變，其中大部分布置在農村，并且都是已經配上不銹鋼三門配電箱（簡稱三門箱）的桿變。三門箱中除了極少量容量或負荷很小的公變外均配有無功補償設備。為降低線損在大力增加無功補償設備的同時，改造并保證已有的無功補償設備可靠運行，將會使設備起到應有的作用。

1 并聯無功補償原理

公變三門箱無功補償設備主要采用跟蹤補償的并聯電容器無功補償原理。跟蹤補償是指以無功補償投切設備作為控制、保護設備，將低壓電容器組補償在0.4 kV母線上的補償方式。補償電容器的固定連接組可起到相當于隨器補償的作用（隨器補償是指將低壓電容器通過低壓保險接在配電變壓器二次側，以補償配電變壓器空載無功的補償方式），補償用戶自身的無功基荷。而投切連接組則用于補償無功峰荷部分，方式分為自動和手動兩種。用戶負荷有一定的波動性，故選用自動投切方式，可較好地跟蹤無功負荷變化，運行方式靈活，運行維護工作量小。

在實際電力系統中大部分負載為異步電動機，包括異步電動機在內的絕大部分電氣設備的等效電路可看作電阻R與電感L串聯的電路，其功率因數為：

將R，L電路并聯再接入電容C之后，電路如圖1（a）所示，電路的電流方程為：

圖1 并聯電容補償無功功率的電路和相量圖

為提高無功補償的經濟效益，減少無功功率的流動，應盡量選擇就地就近分組補償，如果補償的電容電流等于電感電流，功率因數將等于1，這時無功功率全部由電容器供給，而電網只傳輸有功功率，是最佳補償狀態。

2 設備運行中發現的問題

公變三門箱無功補償設備主要由無功補償控制器、電流互感器、熔斷器、空氣開關、接觸器、電容器等組成。其中，1個空氣開關和1個7.5 kvar電容器連接組成固定補償，相當于隨器補償的作用。而其余4組并聯電容器構成自動補償，接線原理如圖2所示。

無功補償控制器，采用高性能單片機，充分利用計算機的高速運算力和邏輯判斷力，對電流互感器采樣所得的電流信號等進行運算和判斷，按功率因數的大小向接觸器發出指令，通過接觸器的動作與否決定電容器的投入和切除。熔斷器的作用是在電容器或接觸器故障時能迅速熔斷切除故障設備保護其他設備的正常運行。

在公變三門箱無功補償設備的運行維護中，發現了以下問題：

圖2 公變三門配電箱無功補償裝置改造前系統設備原理圖

（1）作為隨器補償作用的固定連接電容器都是7.5 kvar，而變壓器的容量型號是不同的，故而一些配變在負荷低谷接近空載時會出現過補償。通常不希望出現過補償的情況，因為這會引起變壓器二次電壓的升高，而且容性無功功率在電力線路上傳輸同樣會增加電能損耗，如果供電線路電壓因此而升高，還會增大電容器本身的功率損耗，使溫升增大，影響電容器的壽命。

（2）為了能安全地進行無功補償設備維修，每次維修均需對相關變壓器停電。因為12只瓷管型熔斷器是裸露著緊密排列的，在平時檢修維護時會有安全隱患。若是帶電檢修，這些裸露老化的瓷管熔斷器極易引起短路或觸電；若是停電檢修，則會導致供電量的損失，降低供電可靠性。

（3）在無功補償控制器的出廠參數中，默認的電容器投入和切除的功率因數門限分別為0.95和1。而提高功率因數除了合理選擇設備容量、努力提高自然功率因數外，一般多采用并聯電容補償。當功率因數愈接近1時，提高功率因數所需的補償設備費用愈大，如負荷為120 kW、功率因數為0.72時，要將功率因數提高到0.9，經計算所需的電容器容量為57.5 kvar；如提高到1，則需116 kvar。可見，功率因數由0.72提高到0.9時，每提高0.01所需的電容器容量為57.5/18＝3.2 kvar；而由0.9提高到1時，則每提高0.01就需（116-57.5）/10＝5.85 kvar，兩者相差近一倍。 因此無功補償控制器的參數應根據現場的實際情況重新設定。

（4）春節期間是年負荷低谷，為保證電網運行設備的安全和電網的供電質量，對電網無功電壓進行專項控制治理，公用配變手動補償的電容器全部退出，但自動補償設備卻無法與系統脫離。原來自動切除的功率因數門限為1，而春節期間的功率因數是不能超過0.97的，這也要求對切除門限進行重置并對設備進行有效地改造。

3 改造措施

（1）由于固定補償能有效限制農網無功基荷，補償效果好，具有較高的經濟性，因此應該從各個容量等級的配電變壓器上進行隨器補償。為了防止出現過補償或產生鐵磁諧振等情況，應確定補償容量Qc小于配電變壓器的空載無功功率Q0，有資料推薦選用 Qc＝（0.95～0.98）Q0。 確定隨器補償電容器的容量可參照表1，對不同容量型號的配變進行區別配置。

表1 補償配電變壓器空載無功的最大電容量 kvar

（2）設備停電檢修大多會減少供電、降低供電可靠性，有些還會破壞電網經濟運行方式，增加線損。為了解決無功補償設備運行維護的安全可靠，并且盡量減少停電次數、縮短停電時間，降低線損，可在無功補償設備的接入口加裝容量適當、外形較小的空氣開關。為使開關正常工作，應對無功補償設備的最大工作電流進行計算。如普通公變三門箱無功補償設備共有5個電容器，容量4個為16 kvar，1個為7.5 kvar。電容器的額定電流是：

式中：IN為電容器額定電流；QN為電容器額定功率；UN為電容器額定電壓。

則無功補償設備的額定電流是：

式中：IS為無功補償設備的額定電流；Ii為單臺電容器的額定電流。

由此選擇外形較小、額定電流160 A的空氣開關（DZ253）加在無功補償設備的接入口，見圖2中的虛框部分，既可以起到對設備的保護，又大大方便了平時的維護，檢修時不需停電，只要斷開空氣開關即可。在春節年負荷低谷期，也只要斷開空氣開關，就可以退出所有電容器，使電網無功電壓控制效率大大提高。

（3）在無功補償設備的運行維護中，對所有的整定參數進行調查和調整，主要是重新設定投入和切除的功率因數門限為0.9和0.97。根據不同的線路無功負荷，在不同的配變三門箱上配置不同容量的電容器，既能達到無功精確補償的目的，又能降低補償設備的費用。

4 結語

在長期的摸索實踐中，甌海供電分局著眼于公變三門箱無功補償設備的細節，逐步開展了以片區站所所屬的公變為主的輪流檢修維護。通過認真調查和計算，開展了設備的專業創新改造，取得了良好的效益。

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