低壓TSC無功補償裝置主控器件設計及選型原則

江蘇省徐州技師學院　姚　霞

低壓TSC無功補償裝置主控器件設計及選型原則

江蘇省徐州技師學院姚霞

以低壓電網TSC無功補償裝置的投切控制原理為依據，結合國家電網行業標準及無功補償裝置技術要求與設計規范，分析討論TSC低壓無功補償裝置中投切電容、投切開關以及串聯電抗器等主控元件的選型原則及工作特點，為配網無功補償設備的投切系統的可靠運行、管理與維護提供數據支持及技術保障。

低壓配網無功補償；投切電容；復合開關；串聯電抗器

0　引言

廣大居民用電處于低壓電網的末端，低壓無功補償裝置的合理投運，不但可以減少電能損失，緩解上一級電網補償的壓力，并進一步有效提升用戶配電變壓器的利用率，優化電壓質量以及改善用戶功率因數?，F有的TSC無功補償控制器以三相共補的方式進行無功補償，主電路采用的是TSC三角形接線，將并聯補償電容器分成若干組，可選用由雙向可控硅（TSC）與接觸器（MSC）并聯組成的復合開關，控制器根據系統電壓和無功情況做出投切決策，并將投切指令傳達給晶閘管觸發電路，通過與機械開關聯合動作，智能投切電容器組以完成系統對無功容量的補償調節［1］。其三相結構原理如圖1所示。

圖1　復合開關投切電容接線形式

并聯電容器裝置的設計及主控設備元件的選型設置，應根據安裝地點的電網條件、補償要求、環境狀況、運行檢修要求和實踐經驗來確定［2］，具體補償容量，接線方式、配套設備、保護和控制方式、布置及安裝方式更要嚴格遵守《國家電網公司電力系統無功補償配置技術原則》以及《城市配電網技術導則》。

1　電容器選型

依據GB/T12747.1規定，組成并聯電容器裝置的電容器選型原則如下［3］：

（1）標稱電壓1KV及以下交流電力系統采用自愈式并聯電容器。（2）遵照下列要求選擇電容器額定電壓：

1）宜按電容器接入電網處的運行電壓進行計算；

2）電容器應能承受1.1倍長期工頻過電壓；

3）電容器運行電壓應計入串聯電抗器引起的電容器運行電壓升高，按下式計算：

（3）通常元器件及輔件的選擇應滿足1.43倍電容器額定電流條件下連續運行。

本裝置中采用三相共補（△型接法）的補償方式，電容器選用0.4kV三相自愈式并聯電容器，實施動態補償系統無功功率。以ABB公司的CLMD型三相自愈式并聯電容器為例，該系列電容器的技術特點包括［4］：

（1）自愈技術—自行恢復因電容瞬時過壓或過載引起的介質故障；

（2）壓敏斷路器技術—安全切除電路中的單相故障電容，同時保持良好的電絕緣性能；

（3）干式技術—杜絕補償電容器的漏油問題。

2　串聯電抗器選型

電容器組投入電網時的會有涌流出現，為確保電容器的正常運行，通常采用裝設串聯電抗器的方式來限制投切開關的合閘涌流限值。（裝置選用復合開關投切并聯電容器組時，其合閘涌流限值宜取電容器組額定電流的2～5倍）同時，由于不同頻率的高次諧波存在于電網中，可能會出現總電流遠遠大于電容器的允許過電流值的情況，致使電容器因過熱而損壞。通常情況下，系統中非線性負荷的容量達到或超過變壓器容量的25%時，一般采用在補償電容回路中加裝串聯電抗器方式來抑制諧波分量［5］。

理想的電抗器應是具有無噪音、無油、體積小、結構穩定、無漏磁、線性度好、耐候性強、過流能力強等特點。實際電抗器常見類型有：油浸式鐵芯電抗器、干式鐵芯電抗器、干式空芯電抗器、干式半芯電抗器、干式磁屏蔽電抗器等幾種。串聯電抗器的選取原則如下：

（1）依據串聯電抗器接入處的電網電壓要求選定其絕緣水平和額定電壓等參數。

（2）串聯電抗器與裝置中的并聯電容器組取相等的額定電流值，且其允許過電流應與低。

于并聯電容器組的最大過電流值。

（3）串聯電抗器的電抗率取值應遵照如下規定：

1）取0.1%-1.0%的電抗率值，僅作限制涌流使用。

2）結合并聯電容器裝置接入電網處的背景諧波含量測量值來選擇電抗率，用于抑制諧波。

當諧波為3次及以上時，宜取電抗率為12.0%；當諧波為5次及以上時，宜取電抗率為4.5%～5.0%，也可選擇12.0%和4.5%～5.0%兩種電抗率混裝的方式。

3）串聯電抗器在抑制諧波時，需考慮補償裝置工作環境的無功變化范圍不同來選擇使用調諧電抗器或是非調諧電抗器，二者的性能比較如表1所示。

表1　調諧電抗器與非調諧電抗器比較

3　投切開關選型

由于投切開關選用由雙相反并聯晶閘管和交流接觸器相并聯的分立元件結構兩種，因此要分別考慮二者各自的選型標準以及功能特點，單獨進行選擇。

3.1反并聯晶閘管選型

依據DL/T842-2003《低壓并聯電容器裝置實用技術條件》中對半導體開關的規定［6］：

（1）投切開關宜采用有選項功能和功耗較小的開關器件；

（2）半導體開關電器具備電流過零開斷電容器組特性；

（3）承受1.2UN條件下的分斷電壓，無重擊穿現象；

（4）以不小于2.5倍單組電容器額定電流值來確定反并聯晶閘管的額定電流（有效值）。

反并聯晶閘管投切過程應符合：

（1）采用半導體開關投切的裝置，其動態響應時間應不大于1S；

（2）采用半導體開關投切電容器的涌流應限制在該組電容器額定電流的5倍以下。

目前，市面上可供選擇的晶閘管開關種類繁多，作為交流無觸點開關應用比較廣泛的，大致有雙向可控硅反并聯模塊結構和雙向可控硅分立元件結構和兩種形式。本裝置中選用反并聯模塊做雙向可控硅投切電容器的半導體開關。該元件具有以下一系列特點：

（1）國際標準封裝，芯片與底板電氣絕緣；

（2）全壓接結構或氮氣保護焊接結構，優良的溫度特性和功率循環能力；

（3）安裝簡單，重量輕。

3.2交流接觸器選型

依據IEC 60871-1/2標準和DL/842-2003《低壓并聯電容器裝置實用技術條件》中對機械式開關的規定［7］：

（1）機械式開關的投切過程應符合：

1）結合設備裝設點的電網條件來決定機械開關的短路強度和接通、分斷能力等技術性能；

2）確保各組電容器端子間的電壓在機械開關自動投入過程中，不高于額定電壓的10%；

3）機械開關投切過程中，主觸點無重擊穿或者彈跳現象。

（2）機械式開關的運行過程應符合：

1）以不小于2.5倍電容器額定電流值來選取機械開關的額定電流（有效值）；

2）限制機械開關的投切涌流值，在該組電容器額定電流值的100倍范圍內選取，其額定電流不低于電容器組額定電流的1.43倍。

4　結語

隨著市電對低壓電網電能質量的要求不斷提高，搞好低壓無功補償成為穩定提高電網經濟效益的關鍵。本文結合電網行業標準以及補償設備設計規范與元件技術要求，科學嚴謹的選擇TSC低壓無功補償設備的復合開關、串聯電感、投切電容等主控元件的型號及技術參數，從而滿足電力系統無功補償電容器在“投入—運行—切除”全過程的功能需求，有效發揮配網低壓無功控制器的應有功能和作用。

［1］豆書亮，孫科，殷莎，方云輝，張榮偉.用戶變電站無功補償配置方案研究［J］..電力電容器與無功補償，2016（2）.

［2］GB50227-2008《并聯電容器裝置設計規范》.中華人民共和國國家標準.

［3］《國家電網公司電力系統無功補償配置技術原則》.國家電網［2004］435號印發.

［4］魏玲艷，張德玲.自愈式低壓并聯電容器應用在濾波場合的問題［J］.電力電容器與無功補償，2015（3）.

［5］GB/T 14549《電能質量——公用電網諧波》中華人民共和國國家標準.

［6］GB/T12747.1-2004《標稱電壓1kV及以下交流電力系統用自愈式并聯電容器第1部分：總則—性能、試驗和定額—安全要求-安裝和運行導則》.

［7］張紹通，楊偉杰，周志軍，崔峻，趙新衛.復合開關在低壓無功補償裝置中的應用分析［J］.電力電容器與無功補償，2014（3）.

姚霞（1980—），女，碩士，講師，主要研究方向：低壓電網TSC無功補償技術。