無功補償裝置在膠東調(diào)水泵站中的應(yīng)用

袁　東，宋厚清，嚴(yán)　蕾（山東省水利勘測設(shè)計院，山東 濟(jì)南 250014）

無功補償裝置在膠東調(diào)水泵站中的應(yīng)用

袁東，宋厚清，嚴(yán)蕾
（山東省水利勘測設(shè)計院，山東 濟(jì)南 250014）

【摘要】壓控調(diào)容式無功補償裝置突破傳統(tǒng)無功補償理念，改變了電容器分組投切方式，一次性固定投入電容容量，通過改變電容器端電壓達(dá)到改變無功補償容量的目的，解決了電容器投切中的過電壓、涌流等技術(shù)難題，這一技術(shù)的應(yīng)用大大提高無功功率的投切質(zhì)量和無功補償設(shè)備的使用壽命。本文闡述了壓控調(diào)容式高壓無功補償裝置的特點以及在膠東調(diào)水大型輸水泵站變電站中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】壓控調(diào)容；高壓無功補償；膠東調(diào)水

膠東地區(qū)引黃調(diào)水工程是山東省最大的引黃調(diào)水工程，工程涉及濱州、東營、濰坊、青島、煙臺、威海7市的多個縣區(qū)，是南水北調(diào)輸水干線的一個重要組成部分，是實現(xiàn)山東水資源合理配置，尤其是緩解膠東地區(qū)的煙臺市和威海市水資源短缺，改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的重要水利基礎(chǔ)設(shè)施，是膠東地區(qū)經(jīng)濟(jì)生活穩(wěn)定、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展的重要保證。

高疃泵站是山東省膠東地區(qū)引黃調(diào)水工程新建第6級抽水梯級泵站，設(shè)計流量 5.5m3/s，設(shè)計揚程65m，裝設(shè)4臺10kV高壓電機，其中2 臺1700kW同步電機，2臺1700kW異步調(diào)速電機，總裝機容量6800kW。星石泊泵站是山東省膠東地區(qū)引黃調(diào)水工程新建第7級抽水梯級泵站，設(shè)計流量 4.8m3/s，設(shè)計揚程73m，裝設(shè)4 臺10kV高壓電機，其中3臺1700kW同步電機，1臺1700kW異步調(diào)速電機，總裝機容量也為6800kW。

1　　泵站無功補償方式的選擇

由于泵站需要長期運行，在泵站設(shè)計方案上應(yīng)選用節(jié)能、使用壽命長的設(shè)備。而無功補償在供電系統(tǒng)中起到提高供電功率因數(shù)，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善電能質(zhì)量的作用。正確使用補償裝置，對于膠東調(diào)水大型泵站的經(jīng)濟(jì)運行具有非常重要的作用，如使用不當(dāng)，可能造成電網(wǎng)電壓波動、諧波增大、補償裝置壽命短等不利后果。

目前我國常用的高壓無功補償方式分為固定式和自動補償方式。固定式無功補償裝置，由于補償容量不能隨著用電負(fù)荷大小的變化進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)，已經(jīng)很少用于集中補償，多用于用電負(fù)荷固定的就地補償方式。自動無功補償裝置由于能跟隨用電負(fù)荷的變化而自動變換補償容量，使之供電系統(tǒng)的功率因數(shù)始終保持在0.9以上，達(dá)到節(jié)約電能降低電費的目的，得到廣泛應(yīng)用。

高壓自動無補償裝置大致可分為機械開關(guān)式、壓控調(diào)容式、SVC高壓靜態(tài)無功補償裝置、SVG高壓靜止無功發(fā)生器。機械開關(guān)式是采用接觸器或斷路器投切電容器，開關(guān)觸頭易受電弧作用而損壞，且開斷過程容易產(chǎn)生過電壓，但價格低，在一般普通工業(yè)采用較多。SVC高壓靜態(tài)無功補償裝置是一種通稱，包括TCR、TSR、TSC以及它們之間或與機械投切式無功補償設(shè)備（MSC、MSR）構(gòu)成的某種組合體，屬于基于晶閘管控制/投切型FACTS控制器。SVC的特點是采用晶閘管投切，避免產(chǎn)生過電壓，投切速度快，但價格高，且容易產(chǎn)生高次諧波，適用于大容量補償并帶有消除諧波裝置的變電站。SVG高壓靜止無功發(fā)生器的原理是利用大功率的自動換相橋式電路，通過橋式電路調(diào)節(jié)并聯(lián)在電網(wǎng)的電抗器，從而調(diào)節(jié)交流電壓和電流，達(dá)到吸收或者放出無功功率的目的，從而動態(tài)地進(jìn)行無功補償，該種補償裝置價格非常高，不適合本工程使用。壓控調(diào)容式通過調(diào)整有載調(diào)壓自耦變壓器的電壓來調(diào)節(jié)電容器的補償容量，避免產(chǎn)生過電壓，可連續(xù)調(diào)節(jié)，不產(chǎn)生高次諧波，具有簡單、穩(wěn)定、可靠、價格合理等優(yōu)點，得到廣泛推廣使用。經(jīng)過設(shè)計人員計算與比較，兩個泵站最終選用壓控調(diào)容補償方式進(jìn)行無功補償。

2　　壓控調(diào)容無功補償方式特點

2.1控制原理

壓控調(diào)容式無功自動補償裝置的控制原理，是把一組大容量無功補償電容器并接在一臺可有載調(diào)壓的自藕變壓器的輸出側(cè)，自藕變壓器的一次側(cè)接在電容開關(guān)柜的下方，通過對變壓器9個檔位的調(diào)節(jié)，改變電容器上的電壓，從而改變無功補償容量。控制系統(tǒng)可對系統(tǒng)的電壓、電流、功率因數(shù)、無功等參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測和顯示；同時對各項控制和保護(hù)參數(shù)進(jìn)行整定。依據(jù)電壓無功多種控制策略，對電壓無功的變化，自動調(diào)節(jié)有載分接開關(guān)的檔位來改變自耦式有載調(diào)壓的輸出電壓，以達(dá)到9級無功輸出。由于電容切換是通過有載調(diào)壓方式，電容器在1～9檔之間不會出現(xiàn)斷電的過程，因此無過電壓存在，對電網(wǎng)的電流沖擊也很小，并且電容大部分時間工作在較低電壓，可以保證電容器安全，大大延長其使用壽命。

壓控調(diào)容式無功自動補償裝置采用電容器固定接入，通過改變其端電壓從而改變電容器組補償容量。根據(jù)Q=2πfCUcn2原理，電容器不變，端電壓從100%Ucn降到50%額定電壓，其輸出容量就可在（100%～25%）×Qcn范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，假設(shè)每檔調(diào)節(jié)電壓相等（0.0625Ucn），則各檔對應(yīng)的電容器組輸出容量如表1所示：

表1端電壓與電容器組輸出容量值

2.2壓控調(diào)容無功補償適用范圍

壓控調(diào)容式無功自動補償裝置，可以廣泛用于6～110kV變電站，保證電壓合格率，保證功率因數(shù)在0.95～0.99之間，有效降低線損。壓控調(diào)容式無功自動補償裝置可以在6～35kV母線上進(jìn)行無功自動調(diào)節(jié)。

2.3壓控調(diào)容無功補償特點和使用要點

1）保證電壓指標(biāo)。首先保證電壓在合適的范圍內(nèi)，才考慮調(diào)整無功參數(shù)。母線電壓在合格范圍的同時，確保功率因數(shù)穩(wěn)定在給定范圍內(nèi)，為水泵電機的穩(wěn)定運行提供重要保障。

2）壓控調(diào)容式無功補償裝置采用改變電容器端電壓從而改變電容器組補償容量，改變電壓調(diào)節(jié)精度就可以改變?nèi)萘空{(diào)節(jié)精度。這種調(diào)節(jié)方式可以分級補償，達(dá)到類似無極調(diào)整的目的，使電網(wǎng)電壓更加平穩(wěn)。

3）采用全自動集中控制的方式。通過設(shè)計好的程序進(jìn)行控制，減少了人為操作帶來的失誤，并且嚴(yán)格按照電網(wǎng)參數(shù)規(guī)范進(jìn)行調(diào)整，保證使用的安全性與可靠性。

4）減少了變壓器損耗和線路損耗，有效地節(jié)約了能源，并且不會造成過補償，更加適合無人值守。

5）補償?shù)那袚Q是調(diào)整電壓，而調(diào)整電壓是一種柔性切換，不會產(chǎn)生劇烈的涌流，從而保證了電容和其他元器件的壽命比一般的補償裝置要長，進(jìn)而帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益。對水利工程中的泵站工程是十分適合的。

3　　壓控調(diào)容無功補償應(yīng)用效果

在膠東調(diào)水工程中的星石泊泵站、高疃泵站采用壓控調(diào)容式變電站高壓無功補償裝置，有效地解決了無功精細(xì)調(diào)整，并提高了無功補償裝置的運行壽命和效率。

星石泊泵站和高疃泵站電氣主接線采用35kV電源進(jìn)線兩回。選擇3臺主變，其中1B、2B主變?nèi)萘繛?000kVA，變比為35/10.5kV，接線采用聯(lián)合擴(kuò)大單元方式，35kV和10kV母線均為單母線分段，水泵電機及42B站變從10kVⅡ、Ⅲ母線引接。為了滿足功率因數(shù)補償?shù)囊螅?0kVⅠ段母線設(shè)壓控調(diào)容式變電站高壓無功補償裝置。10kVⅡ、Ⅲ母線由同步機對異步機補機對異步機補償即可滿足要求，因此不加補償裝置。高疃泵站3B主變?nèi)萘?00kVA，壓控調(diào)容式變電站高壓無功補償裝置容量為250kVAR。星石泊泵站3B主變?nèi)萘?30kVA，壓控調(diào)容式變電站高壓無功補償裝置容量為300kVAR。采用的高壓無功補償裝置由高壓并聯(lián)電容器組、電抗器、高壓真空接觸器、放電線圈、避雷器、高壓隔離開關(guān)和智能控制單元、電容器微機保護(hù)單元、柜體等組成。

星石泊泵站、高疃泵站的高壓無功補償裝置實時采樣10kV高壓側(cè)的電壓和電流信號，通過智能控制單元計算功率因數(shù)、無功需求量，按照使電網(wǎng)參數(shù)穩(wěn)定、補償精細(xì)化的原則，由控制器依據(jù)需要投切的容量，控制高壓真空接觸器，然后根據(jù)檢測的系統(tǒng)電壓，調(diào)節(jié)調(diào)壓器的電壓，按照模糊控制策略實現(xiàn)了電壓無功綜合控制。經(jīng)過一段時間的運行運行，功率因數(shù)均能到達(dá)0.95以上，效果良好，并且發(fā)現(xiàn)，壓控調(diào)容無功補償裝置運行穩(wěn)定，突出優(yōu)點是無功補償精細(xì)化。無功補償精細(xì)化使電網(wǎng)的質(zhì)量保持穩(wěn)定，對水泵電機的運行起到了非常重要的作用，有效地延長了電容器和其他用電設(shè)備的使用壽命，使功率因數(shù)長期滿足電力部門要求。

4　結(jié)語

規(guī)模比較大的輸水工程中泵站承擔(dān)的運行任務(wù)一般比較重，對無功補償?shù)男逝c穩(wěn)定性要求比一般工業(yè)用電更高，并且調(diào)水工程中泵站的經(jīng)濟(jì)運行非常重要。在膠東調(diào)水星石泊泵站、高疃泵站應(yīng)用壓控調(diào)容式變電站高壓無功補償裝置，具有補償精細(xì)，自動化程度高，保護(hù)功能齊全，運行可靠，壽命更長的特點，效果十分顯著，并且在實際運行過程中發(fā)現(xiàn)，壓控調(diào)容式變電站高壓無功補償裝置運行穩(wěn)定，對電壓的穩(wěn)定性起到非常重要的作用，從而給整個變配電系統(tǒng)帶來了綜合的效益。這種調(diào)壓調(diào)容補償方式符合國家高效節(jié)能的要求，值得推廣和使用。

（責(zé)任編輯張玉燕）

【中圖分類號】S277.1

【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B

【文章編號】1009-6159（2015）-04-0028-02

收稿日期：2015-01-10

作者簡介：袁東（1984—），男，助理工程師