單母線接線雙回路電源進線電容補償電流采樣方案比較與分析

趙 龍

（合肥水泥研究設計院，安徽 合肥 230051）

在工礦企業中，為了滿足供電部門提出的功率因數指標要求，提高用電效率，企業多采用的是集中和就地、高壓和低壓補償相結合的方式對供電系統進行無功功率補償。在現有水泥生產線中的用電負載大部分都是如異步電動機、變壓器等感性負荷，會產生大量無功功率，若在運行中不對供電系統進行無功功率補償，其功率因數肯定無法達到供電部門所要求的指標。以下就是在ATTOCK水泥生產線項目中高壓母線采用集中補償時所遇到的問題以及對該問題所提出的幾種解決方案進行的比較分析。

1 主接線方案

圖1中，本項目主接線采用單母線接線方式，下設進線柜2臺，PT柜1臺，變壓器開關柜2臺，高壓電機開關柜2臺，電容補償開關柜1臺，備用開關柜1臺。兩路電源進線來自不同變電站，一用一備，2臺進線柜內設有電氣聯鎖裝置。

2 補償方案及問題

無功功率補償采用集中和就地補償相結合的方式，水泥磨電機采用在定子側安裝電容器組進行就地補償，在母線上設置1套集中自動補償裝置進行集中補償。

圖1 主接線圖

根據要求，集中補償裝置的自動補償控制器需要采樣母線上電壓以及進線柜的電流進行功率因數計算并作出投切控制。但是在本項目中，母線上有主備兩路互鎖的進線開關柜給同一段母線供電，若采樣主進線開關柜的CT，則當主進線開關柜分斷，備用進線開關柜合閘，則自動補償控制器無法采樣通過備用進線開關柜的電流，也就無法測量此時的母線功率因數，無法進行無功補償裝置的投切，反之若采樣備用進線開關柜的CT，也存在同樣問題。

3 解決方案

為了解決電容補償裝置電流采樣問題，提出幾種方案。

（1）通過轉換開關實現。

圖2中，TAa1為主進線開關柜的CT，TAa1’為備用進線開關柜的CT，RVC為自動補償控制器，SA為轉換開關，對主備兩臺進線開關柜的電流采樣通過轉換開關SA切換來采樣。當母線電源取自主進線開關柜時，在主進線開關柜一次通電前將轉換開關SA轉到左側，RVC采樣主進線開關柜的電流；當主進線開關柜電源失電，啟用備用進線開關柜時，需先斷開主進線開關柜，再合上備用進線開關柜，然后將轉換開關SA轉到右側，送電后，RVC采樣備用進線開關柜的電流。

（2）通過連接片實現。

圖3中，TAa1為主進線開關柜的CT，TAa1’為備用進線開關柜的CT，RVC為自動補償控制器，XB1與XB1’為連接片，對主備兩臺進線開關柜的電流采樣通過連接片切換來采樣。當母線電源取自主進線開關柜時，XB1合上，XB1’斷開，RVC采樣主進線開關柜的電流；當母線電源取自備用進線開關柜時，XB1’合上，XB1斷開，RVC采樣備用進線開關柜的電流。

（3）通過斷路器輔助觸點實現。

圖2 轉換開關圖

圖3 連接接片圖

圖4 斷路器輔助接點圖

圖5 自動補償控制器圖

圖4中，TAa1為主進線開關柜的CT，TAa1’為備用進線開關柜的CT，RVC為自動補償控制器，QF1與QF1’分別為主備進線開關柜真空斷路器的輔助觸點，對主備兩臺進線開關柜的電流采樣通過真空斷路器的輔助觸點閉合和斷開來實現。當母線電源取自主進線開關柜時，主斷路器QF1合閘，備斷路器QF1’分斷，則常閉點QF1斷開，常閉點QF1’閉合，RVC采樣主進線開關柜的電流；反之，當母線電源取自備用進線開關柜時，RVC采樣備用進線開關柜的電流。

（4）通過增加自動補償控制器實現。

圖5中，TAa1為主進線開關柜的CT，TAa1’為備用進線開關柜的CT，RVC和RVC’為自動補償控制器，即將原電容補償裝置分成2套，設置2臺自動補償控制器，RVC采樣主進線開關柜電流，RVC’采樣備用進線開關柜電流。當母線電源取自主進線開關柜時，RVC采樣主進線開關柜電流，同時RVC作為主控制器通過并機通訊的方式來控制RVC’投切動作；反之當備用開關柜合閘時，RVC’作為主控制器通過并機通訊的方式來控制RVC投切動作，從而使電容補償柜全部可以投入。

4 方案比較

上述四個方案，都可以解決自動補償控制器采樣進線柜的電流進行功率因數計算并作出投切控制。但是由于在正常工作狀態下，電流互感器二次不允許開路，否則將使電流互感器二次回路出現高壓和帶電現象，輕則損壞電氣設備，重則危及人身安全。

方案一和方案二：在主備電源進行切換的過程中，必須要嚴格按照操作順序進行，即當主進線開關合閘前，必須保證轉換開關和連接片操作正確完成，使得采樣主進線開關柜電流二次回路連通，采樣備用進線開關柜電流二次回路斷開。在備用進線開關合閘前，則轉換開關和連接片的操作相同。若采用這兩種方案，當出現誤操作或操作順序不當時，使得電流互感器二次開路運行，其二次回路將出現高壓和帶電現象。

方案三：在該方案中是利用高壓開關柜的斷路器輔助觸點來接通或分斷電流互感器的二次回路，此方案解決了方案一和方案二因操作的問題引起的電流互感器的二次開路，但是利用斷路器的常閉點也有安全隱患，當斷路器常閉點損壞或不能正常合分時，會造成自動補償控制器不能正常采樣電流以及出現電流互感器二次開路的狀況。

方案四：采用2套自動補償控制器，分別采樣主備兩臺進線開關柜的電流，然后其中的1臺自動補償控制器通過通訊的方式控制另1臺自動補償控制器進行投切操作。此方案電流互感器直接接入自動補償控制器，二次回路中沒有其他元器件，2臺自動補償控制器通過通訊線連接，該方案故障點少，技術成熟，可靠性高。

因此，通過對幾種方案進行比較，從操作性、安全性、可靠性等角度考慮，方案四都要優于其他三個方案。ATTOCK水泥生產線采用了方案四后，系統工作穩定，兩臺自動補償控制器能根據進線電源情況判斷，并通過通訊方式實現兩套電容補償裝置的正常投切，大大提高系統的自動化程度，并且功率因數保證在0.95以上，降低了變壓器損耗和線路損耗，對系統電壓穩定和平衡無功都有著明顯的效果。