無功補償裝置在動力變電所的應用

1 動力變電所存在的無功補償問題分析

上世紀八十年代，我變電所是廠6kV一級變電所，它擔負著為其它6kV三個變電所供電的重任，那時變電所的總裝機容量為電動機20265kW，變壓器25915kVA，其中本所6885kW+6715kVA，其它三個為13380kW+19200kVA。經過裝置的幾次改擴建改造，擴容后的三個6kV變電所的電源陸續遷出，因此出現了以下問題:(1)電容器是按當時的總裝機容量在6kV母線上配置的，Ⅰ段、Ⅱ段各有2臺1500kvr的電容器組，本變電所目前最大無功負荷容量為900kvr現在投入一臺運行后就會出現過補償，補償容量不匹配了。(2)原有的4臺6kV電容器組距今已經30多年，技術落后，能耗大，早已經被淘汰，而且設備陳舊，元器件老化，運行可靠性低。(3)原0.4kV開關柜采用日本東芝抽屜柜，原設計沒有無功補償，正常運行功率因數在0.83-0.85左右，已不符合無功就地補償要求。

2 變電所電力電容器的選用

2.1 電容器無功補償裝置的選擇

現如今電力電容器補償裝置已經成熟，高低壓電容器產品材質、制造技術、介質材料、設計、制造工藝有力很大進步，保護更加完善。通過比較，我們選擇了ABB公司的電容器，根據6kV負荷情況，每段6kV母線配置一組300kvar、一組450kvar電力電容器。

該高壓電容器配置了GN24-12D系列隔離開關、JCZ5系列戶內交流高壓真空接觸器、CKSC系列干式串聯電抗器、高壓熔斷器、FDGR型(10kV)系列干式放電線圈、無間隙金屬氧化物避雷器等。

2.2 投切方式的確定

電容器可以手動投切，還帶有自動補償控制器，可以根據功率因數或無功功率的大小自動投切，補償效果好。

3 動力變電所電力電容器投用后的效果分析

3.1 動力變電所Ⅰ線電容器投用前后參數

表格1 動力變電所Ⅰ線電容器投用前后參數

3.2 針對動力變電所采集的表格1數據展開分析

由表格1的數據可以清楚地看到:同等負荷下補償裝置投入后功率因數均提高到0.9以上，達到了全國供用電規則的規定標準，分組投入后進線側電流均下降，有功損耗也隨之下降。投入后起到的作用如下。

3.2.1 降低了線路功率損耗和電能損失

在三相交流電路中，功率損耗△P的計算公式如下:

由此可見，當功率因數co提高后，使線路功率損失大大下降，使電纜和變壓器的電能損失下降。

3.2.2 改善了電壓質量

在線路中電壓損失ΔU的計算公式如下:

由上式可見，當線路中的無功功率Q減少后，電壓損失ΔU也就減少了。因此提高了母線電壓。

3.2.3 節能效果估算

節能效果可以根據企業內無功經濟當量進行計算，所謂無功補償經濟當量，就是無功補償后，當電網輸送的無功功率減少1千乏時，使電網有功功率損耗降低的千瓦數。

式中:K——電力系統中某點的無功經濟當量(kW/kVar);

△P——電力系統中某點無功功率變化所引起該點至電源之間有功功率損耗的變化量(kW);

△Q——電力系統中某點無功功率變化量(kVar);

根據鋼鐵企業電力設計編寫的《電器手冊》中相關規定進行估算，根據我變電所補償電力電容器安裝位置，K可取估算值0.09。以動力變電所Ⅰ段投入450kVar為例，投用前無功功率1614kVar，投用后無功功率為1185kVar，減少的有功功率損耗為:

僅動力變電所Ⅰ段全年可節約38.61kW×24小時 ×365≈33.82萬度。據此可以估算動力變電所Ⅱ段的節電數值，預計每年節電70萬度。經濟效益可觀。

4 掌握電容器的運行、維護、事故處理知識，確保人身、設設備安全

加強運行管理和維護，減少電容器故障，增大投用時間，保障安全運行，結合運行中的管理經驗，為了保證電容器組的安全運行，電容器組的操作應遵守以下各項。

4.1 電容器值班人員，應做好設備運行情況記錄

(1)動力變電所的兩臺電容器組的投切為手動控制，現場高壓電動機的隨時起停

將影響功率因數，容易引起過補償，所以要求值班人員加強巡檢，隨時注意高壓電動機的起停，根據無功負荷的大小決定電容器的投入和退出。

(2)對運行的電容器組的外觀巡視檢查，應按規程規定每天都要進行，如發現箱殼膨脹應停止使用，以免發生故障。

(3)電容器的工作電壓和電流，在使用時不得超過1.1倍額定電壓和1.3倍額定電流。

(4)接上電容器后，將引起電網電壓升高，特別是負荷較輕時，在此種情況下，應將部分電容器或全部電容器從電網中斷開。

(5)必須仔細地注意接有電容器組的電氣線路上所有連接處(通電匯流排、接地線、斷路器、熔斷器、開關等)的可靠性。

(6)電容器套管和支持絕緣子表面應清潔、無破損、無放電痕跡，電容器外殼應清潔、不變形、無滲油，電容器和鐵架子上面不應積滿灰塵和其他臟東西。

(7)正常停送電操作時，必須嚴格遵守正確的操作順序。

(8)電容器組禁止帶電荷合閘，電容器組切除3min后才能進行再次合閘。

(9)當電容器組發生斷路器跳閘、保護熔絲熔斷等現象后，應立即進行特殊巡視檢查。必要時應對電容器進行試驗，在查不出故障原因之前不應合閘送電。

(10)夏季巡視檢查應在室溫最高時進行，其它時間可在系統電壓最高時進行。

4.2 運行中電容器的常見故障及處理中的注意事項

(1)電容器運行中的異常現象和故障處理

表格2 電容器常見故障、原因及處理方法

常見故障與異常 原因 處理方法異常響聲 內部絕緣擊穿 必須立即停止運行，查找故障電容器

(2)處理故障電容器應注意的問題。由于停電后的電容器本身兩極間還可能有殘余電荷，運行和檢修人員在接觸故障電容器前，還應戴好絕緣手套，用短路線短接故障電容器的兩極，使其充分放電，然后方可開始拆卸。此外，對于串聯接線的電容器也應進行單獨放電。總之，因為停電的電容器兩極具有殘余電荷的特點，所以必須從各個方面考慮應將其電荷放盡，否則容易發生觸電事故。

5 結束語

無功補償裝置在動力變電所的投用，從實測數據來看，有效地改善了功率因數，節約了電能，降低了功率損耗，提高了變電所的供電質量。