淺談無功補償在精細化工生產中的選用

(濟寧陽光化學有限公司，山東 濟寧 272100)

濟寧陽光化學有限公司是一家精細化工生產企業，精細化工生產過程與一般化工生產不同，它的生產全過程，不僅包括化學合成，而且還包括劑型加工和商品化，由兩個部分組成。大多以班次生產，用電負荷不穩，大量采用變頻器等對電機轉速進行精細控制，由此造成電能質量差，電力負荷不穩對無功補償裝置投入和切除影響大，配電系統存在較大安全隱患。

公司西配電室配電系統為10KV高壓進線，經變壓器變為0.4KV配電由西配電室向各分支配電室供電，采用西配電室低壓無功集中補償和分支配電室就地補償方式提供無功負荷。

1 測試分析

測試地點：西配電室出/進線柜0.4kV母線側。

測試儀器：法國CA8336電能質量分析儀，精度等級±0.5%。

測試內容：0.4kV母線電壓數據、電流數據、頻率數據。

0.4kV母線波形頻譜、電壓諧波含量、電流諧波含量。

0.4kV母線功率數據、功率因數數據。

采樣方式；三相四線(3phase 3or4 wire)制，見圖1。

圖1 采樣方式

2 電能質量分析

測試數據——西配電室1#3150kVA變壓器0.4kV母線波形頻譜。

2.1 電源波形頻譜及真有效值

2.2 諧波含量

0.4kV母線電壓、電流H5次諧波含量。

0.4kV母線電壓、電流H7次諧波含量。

2.3 功率因數及功率數據

0.4kV母線功率因數數據(有效值)

2.4 測試數據分析、描述

(1)0.4kV母線電壓、電流波形頻譜畸變嚴重。

(2)0.4kV母線諧波電流H5次、H7次含量突出，其中電流H5次、H7次諧波為144A、99A。高于GB/T 14549-1993 《電能質量 公用電網諧波》電流限值(H5次62A/ H7次44A)。

(30無功功率部分為容性，說明電容補償裝置已經粘連，處于過補償狀態。

3 存在缺陷

根據0.4kV配電系統母線的測試數據及原有無功補償裝置的運行工況，存在缺陷如下：

(1)系統諧波含量突出，造成公用電網的供電質量惡化，使供用電設備電氣故障率增加，并對系統的安全運行產生極大危害。

(2)無功補償裝置設計選型不合理：

①無功補償系統無循環投切功能且無過壓、過流、過溫保護。長期運行存在電容器衰減，電容器擊穿漏油、爆炸，補償支路交流接觸器等元器件跳閘、燒壞等隱患。

②電力電容器組無過零投切功能投切瞬間產生的操作過電壓、過電流，對電力電容器和系統產生極大沖擊。

③電容器未設計抗諧波和濾波措施，造成系統諧振和諧波放大，威脅系統安全。

④無功補償裝置補償效果差精度低，易造成變壓器及線路損耗突出等電能利用效率低下和電能資源的浪費的情況出現。

4 隱患分析

4.1 諧波分析

0.4kV母線5次、7次諧波電流含量突出，電源波形產生畸變；從諧波危害來說，諧波會在同級電網和公用電網中耦合、傳輸；不僅對公用電網的供電質量和電能計量產生影響，還造成變壓器及輸配電設備諧波損耗增加、電力電容器損壞嚴重，供用電設備電氣故障率大幅提高；給系統安全、可靠運行帶來極大隱患。

4.2 無功補償裝置運行工況分析

(1)通過現場勘查與測試，所投運的電力電容器多數處于過載、過熱運行狀態(當溫升到達一定程度時，會造成電力電容器出現粘連、擊穿、爆炸)；也是影響系統安全、可靠運行的重要原因。

(2)電力電容器組投切瞬間產生的操作過電壓、過電流，對電力電容器和系統產生極大沖擊。

(3)電力電容器組無循環投切功能，長期運行存在電容器衰減，電容器擊穿漏油、爆炸，補償支路交流接觸器等元器件跳閘、燒壞等隱患。

另外，電力電容器組放大系統諧波電流，存在諧振的危險，危害極大。

4.3 電力電容器組存在的隱患分析

⑴ 在諧波環境下，采用交流接觸器投切電力電容器組時，產生涌流(浪涌)對電力電容器產生極大沖擊。

⑵ 在諧波環境下，電力電容器組投運后放大系統諧波電流，致使電力電容器諧波過載、過熱運行。

⑶ 現有無功補償裝置不具備循環投切和投切均衡控制功能，在系統負載穩定情況下不能實現循環工作，加之諧波的影響；易造成電力電容器長時過載、過熱運行，溫升達到一定程度后，會導致電力電容器漏油、擊穿、爆炸等情況出現。

5 結論及技術措施

5.1 結論

低壓配電室負載設備諧波含量突出，無功補償裝置設計和選型不合理；對公用電網供電網質量產生影響，給公司0.4kV系統的安全、可靠運行帶來極大隱患。

5.2 技術措施

⑴ 將原有無功補償方式改造為濾波補償方式，采取LC調諧濾波措施；濾波補償回路可避免電力電容器組對諧波電流的放大，防止補償裝置與系統產生諧振。另外還可以對諧波源負載設備產生的諧波電流進行抑制和過濾。

⑵ 改造濾波補償回路的投切方式，使其過零投切。投切過程中不產生涌流、拉弧及操作過電壓。

⑶ 對濾波補償回路的運行工況進行實時監控和全方面的保護措施，防止濾波補償回路故障運行。

⑷ 采用循環投切措施，對濾波補償回路的工作時間、投切次數進行均衡控制，避免單只電力電容器長期投運出現的過熱、衰減、漏油、擊穿、爆炸等情況。