聯通數據中心電容柜改造實例分析

王旦清

（深圳通意達機電設備有限公司上海分公司，上海201114）

電力系統的規模隨著城市功能的不斷擴大，電力系統中的故障概率也加大了，因為系統中的感性、容性等非線性等組成的諧波污染也隨之增加,電力系統中的電能質量也悄然下降。因此人們需要更加重視電能質量，不論是從經濟性還是安全性角度。

電能質量如果不能達到規定的標準，會給工業生產和日常生活帶來種種問題，造成不可避免的損失。例如變頻器調速設備、溫度控制設備、空調和照明設備等，這些設備除了要消耗大量的電力外，還給配電網帶來了污染。針對此情況需要重點關注電能質量，并采取相應的治理方式。

1 項目概況

聯通寧橋局位于上海浦東，其二期建設于2012 年，低壓室共有五層，每層有兩臺變壓器，共有變壓器2500kVA 的6 臺，1250kVA 的4 臺，期間低壓室未進行過任何改造。在一次現場巡檢抄表時，發現部分低壓開關進線側的多功能儀表功率因素顯示值與電容柜顯示屏的讀數值存在較大差異，且電容柜運行指示燈顯示與顯示屏投運指示有差異，因此決定展開排查改造項目。

2 電容柜原始設計情況

低壓室1 樓、2 樓和3 樓的配電系統采用的是相同的設計，包括其電容柜。通常2500kVA 的變壓器取30%的無功補償容量，因此設計的無功補償容量應在750kVar 左右。現場的實際配置分為主輔柜，主柜和輔柜各300kVar 和50A 的有源濾波，總計600kVar 和100A，與理論配置接近。

低壓室4 樓和5 樓的配電系統采用的是相同的設計，包括電容柜，采用1250kVA 的變壓器，設計的無功補償容量在400kVar 左右。現場為單柜，無功補償容量為300kVar 和有源濾波器容量為50A，與理論配置接近。

低壓室1 樓、2 樓和3 樓的無功補償裝置配置方式為2 個480V 的25kVarABB 品 牌 的CLMD43 的 電 容 器 為1 組，1 組50kVar，共2 組；4 個480V 的25kvarABB 品牌的CLMD43 的電容器為1 組，1 組100kVar，共5 組。另外，除了增加了有源濾波，還配了7%的電抗，以抑制諧波5 次諧波，但是現場電抗器非ABB 原配，分別為日芝電氣的CKSG-50/0.48-7 和CKSG-100/0.48-7， 銘牌上電壓和無功值讀取為 480V3.49kVar 和480V6.97kVar，經計算電抗率=電抗值/電容值x100%，電抗率（2 個25kVar）=3.49/50≈7.0%，電抗率（4 個25kVar）=6.97/100≈7.0%，雖然無功補償成套裝置非原配，是不同品牌組合而成的，但是電壓和電抗率均符合要求。

低壓室4 樓和5 樓的無功補償裝置配置方式為1 個480V的25kVarABB 品牌的CLMD43 的電容器為1 組，共1 組；1 個480V 的25kvarABB 品牌的CLMD43 的電容器為1 組，1 組50kVar，共1 組；3 個480V 的25kvarABB 品牌的CLMD43 的電容器為1 組，1 組75kVar，共3 組。除了增加有源濾波，還配備7%的電抗，以抑制諧波5 次諧波。現場電抗器同樣非ABB 原配， 為 日 芝 電 氣 的 CKSG-25/0.48-7、CKSG-50/0.48-7 和CKSG-75/0.48-7，銘牌上電壓和無功值讀取為480V1.74kVar 、480V3.49kVar 和480V5.25kVar，經計算電抗率=電抗值/電容值x100%，電抗率（1 個25kVar）=1.74/25≈7.0%，電抗率（2 個25kVar）=3.49/50≈7.0%，電抗率（3 個25kVar）=5.25/75≈7.0%，電壓和電抗率均符合標準。

5 層樓的有源濾波裝置都未看到銘牌，只看到CIBAUD 的字樣，經查未搜到相應品牌，暫估該有源濾波是國內組裝產品并且有源濾波裝置一直未運行。

綜合配置統計如表1 所示。

3 改造思路分析

針對在巡檢時發現的問題，通過關閉電容器組開關，停電放電后使用萬用表量取電容器兩端的電容值，判斷電容器是否可用。現場使用的電容器型號為25kvar480V 50Hz。由Qc=3*ω*C*Un2 可 知，C1=Qc/ (3*ω*Un2)=Qc/ (3*2πf* Un2)=25*103/(3*2π*50*4802)=115.23f。電容內部為三角形接法，實際測試時測試ABC 任意2 相分接頭，測試值C2=1.5C1=172.8μf。根據國際電工相關標準IEC60831 規定，低壓電容器容值的允許值為80%-110%的標稱容值，故25KVAR 電容器的容值允許范圍為138.2-190.0μf。實測時，電容器兩端的電容值都在170μf，在電容器允許范圍內，由此判斷其電容器可用，一次設備完好，診斷為二次控制有問題，更換二次控制方式。

3.1 ABB 電容器（如圖1）

ABB 的CLMD 電容器一般由堅固的端子、開孔片、接地端子、放電電阻和金屬外殼等組成。其中，CLMD 電容器的干式繞組是經過特殊處理的聚丙烯薄膜，具有安全、可靠等特性。熱縮外殼內經過真空處理并用熱固樹脂材料填充以獲得良好的密封效果，大大提高了CLMD 電容器的電氣特性。

CLMD 電容器采用干式設計，可以通過不同的連接方式組成三相電容器或單相電容器并保持相對的頻率，電壓等。電容器箱體內填充了惰性的防火無機顆粒，不會產生漏液等情況，電容器具有一定阻燃性，防止著火燃燒。另外，電容器在運行中產生的熱量可以通過自帶的熱平衡裝置進行有效的散熱。在保證了安全性的同時，CLMD 電容器的損耗也是非常低的，電容器介質的損耗低于0.2W/kvar，總損耗低于0.5/kvar。

表1

3.2 RVC 控制器（如圖2）

ABB 的RVC 控制器的適用電壓在100V-440V 之間，可以用來測量和顯示關鍵參數，例如常規的電壓、電流、功率因素；諧波電壓THDV 和諧波電流THDI；起動電流C/K、激活回路數、切換順序類別、移相、特殊連接等。ABB 的RVC 控制器的采樣電流可以為1A 或者5A，通過現有的功率因素值cosφ 與設置的目標值cosφ，計算出需要的無功補償量，對電容器進行投切。ABB 的RVC 控制器的設置比較簡單，調試也比較方便，可以全自動識別參數并全自動運行，也可根據不同的場景進行手動控制。

圖1

如果RVC 控制器運行中在發生了異常，那么會產生報警信號：

a.電源電壓失壓/欠壓；

b.THDV 的值過大；

c.在投切中，cosφ 一直沒有達到目標值且持續了6 分鐘；

d.RVC 的內部溫度過高，達到了到85℃及以上。

3.3 改造方法

接觸器安裝通過測量安裝原晶閘管的安裝板，比較接觸器的尺寸，根據電氣安全要求得出再安裝方案。在鈑金上定位打孔安裝接觸器；RVC 控制器安裝在電容柜側邊門板，以開槽安裝的方式實現。

二次線：RVC 控制器的原理是采集進線側的單相電流和單相電壓并控制電容電抗回路的輸出。因此將進線A 相電流串聯，并聯A 相電壓，拆除電容柜電壓回路，晶閘管的風扇控制回路，電容電抗控制回路。這樣既保證了原有源濾波的采樣和控制，又新增了RVC 電容電抗的控制。

4 電容柜改造實施

4.1 安裝施工

4.1.1 現場情況分析

1 樓至3 樓的電容柜現場有圖紙，經查看，現場控制器即控制有源濾波又控制電容器。控制器輸入有進線側的三相電流和三相電壓，電容柜和裝置電壓，輸出有晶閘管的風扇控制，電容電抗回路控制，顯示屏的輸出和有源濾波的通訊。最大難點是要保留有源濾波回路。

4 樓至5 樓的電容柜現場無圖紙，經查看是通過PLC 控制的系統，控制方式與樓下相同，難點是需要合適二次線纜。

4.1.2 實施步驟

a.停電、驗電、隔離；

b.拆除原晶閘管，連接線以及二次控制線路等；

c.安裝固定接觸器，RVC 控制器；

d.制作一次電纜，并接線；

e.制作二次線纜，并接線；

f.檢查接線無誤，檢測絕緣合格后清理柜體，送電調試。

4.1.3 電氣安裝材料清單

圖2

安裝改造過程中用到的工具包括電動螺絲刀、剝線鉗、電工鉗、尖咀鉗、萬用表等；手電鉆、活動扳手、內/外六角扳手、鋼直尺、角度尺、鋼鋸架及鋸條、擴孔器、絕緣鞋、安全盔，電工安全帶等。

表2 1 套配電柜（ 1 樓至3 樓，共6 套，1 套2 個柜子）

表3 1 套配電柜（ 4 樓至5 樓，共4 套，1 套1 個柜子）

4.2 調試與送電

首先，查看一次主回路是否連接，檢查設備、電纜等的連接螺栓是否有擰緊。通過萬用表等檢查電容柜內的二次采樣電流、電壓等接線是否正確，并用萬用表測量導通情況，一切正常后通電，啟動RVC 控制器，按MODE 按鈕兩次激活AUTO SET模式，AU 出現在液晶顯示屏上。同時按+和- 按鈕啟動自動設置，AU 開始閃爍，然后會自動設置C/K、相位、輸出和序列，停止閃爍后設置完成。按一下MODE 按鈕以激活目標功率因素值0.95 的設置，重復使用MODE 按鈕以重新激活AUTO 方式。

4.3 安全性保障

電容柜關停熔斷器組后需要將電流互感器的二次側熔絲斷開再進行短接，因為電流互感器正常工作時，一次和二次側的磁通互相抵消，當二次側開路后，二次側電流為零，二次側磁通消失，導致一次側產生的磁通直接加在鐵心上使鐵心發熱，燒掉絕緣外殼。另外二次開路還會感應出很高的電壓,危及人身安全。

雖然熔斷器組已關停，但是主母排經過電容柜的上方帶有400V 的電，依然是安全隱患，所以現場采用絕緣板遮擋，防止改造時的觸電隱患。

現場開槽安裝RVC 控制器也是一個重要的注意點，現場切割柜門產生金屬屑，會導致短路等危險，因此現場采用博世的曲線鋸并用抹布遮擋，使其危險性降至最低。

各類工具在使用前應檢查是否有效，無效應立即更換。現場實施時應設有專人監督，在安全質量和安全方面等對安裝實施人員全過程，全方位的監督。另外安裝實施人員應穿戴好工作服、鞋、手套、帽等必要的勞保用品。

施工現場可以通過帶電警示裝置，紅白帶等作為安全標識，并配有符合要求的專人監護來指引并監督安全施工。不同工作界面產生交叉作業時，應避免不必要的交叉產生的安全隱患。安裝實施人員應當嚴禁觸動一切非本次相關的客戶設備，發現問題時應當及時報告甲方或現場負責人解決。

項目完成或該階段結束時，現場人員應當從現場清除并運走任何建筑垃圾和不再需要的臨時工器具，例如拆卸的舊設備，安裝時產生的廢端子等，做到現場整潔、文明施工。

結束語

本次電容柜改造項目通過改變電容柜的控制方式，將之前的晶閘管控制改為成熟可靠的RVC 控制接觸器吸合，提高了穩定性和可靠性。期間遇到的難點主要有兩個，一個是4 樓和5 樓沒有圖紙，需現場排摸；另一個是要保留原有濾波器，由此將控制和采樣回路分別進行了串聯。改造完成后進行了為期一個月的試運行，發現狀態指示燈、功率因素等均顯示正常，系統正常運行。