配電網(wǎng)中低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)

摘 要：通過(guò)對(duì)目前使用的不同方式的智能型低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置的比較。以及對(duì)實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的部分問(wèn)題進(jìn)行初步分析，提出了對(duì)無(wú)功補(bǔ)償方案選擇及裝置的選擇建議。

在配網(wǎng)中，低壓無(wú)功補(bǔ)償對(duì)提高電能質(zhì)量，降低線路損失具有重要意義。得到了廣泛應(yīng)用。但無(wú)功補(bǔ)償裝置生產(chǎn)廠家眾多，用戶情況千差萬(wàn)別，不同補(bǔ)償裝置的實(shí)際運(yùn)行效果各不相同，給無(wú)功補(bǔ)償?shù)墓芾韼?lái)了很大困難。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題，就低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置的三大部分投切開(kāi)關(guān)、電容器、控制器，以及設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析和總結(jié)，提出了一些建議供大家共同探討。

1 投切開(kāi)關(guān)

投切開(kāi)關(guān)主要包括接觸器、雙向晶閘管、復(fù)合開(kāi)關(guān)三種方式。

1.1 接觸器

接觸器是使用時(shí)間最長(zhǎng)，應(yīng)用最廣泛的一種方式。相對(duì)于其他方式，其最大的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，因此應(yīng)用最為廣泛。但接觸器在投切電容器時(shí)，容易產(chǎn)生較大的涌流，燒毀接觸器的觸點(diǎn)，導(dǎo)致電容器損壞。

接觸器這種方式適用于負(fù)荷相對(duì)比較穩(wěn)定，功率因數(shù)變動(dòng)頻率較低的無(wú)功補(bǔ)償，具有良好的效果。

1.2 雙向晶閘管構(gòu)成的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)

這種方式通過(guò)檢測(cè)電壓的過(guò)零點(diǎn)，在上下半波分別控制正反兩支晶閘管的通斷，來(lái)投切電容器組。由于是在過(guò)零點(diǎn)投人，因此避免了合閘涌流的沖擊，避免了電容器受到過(guò)電壓的沖擊。

但此種方式很大的一個(gè)問(wèn)題是散熱。晶閘管在導(dǎo)通后理論上相當(dāng)于短路，需長(zhǎng)時(shí)間通過(guò)額定電流，而實(shí)際上晶閘管是存在一個(gè)導(dǎo)通壓降 ，一般為1.5 V左右。以一個(gè)總補(bǔ)償量為160 kvar的補(bǔ)償柜為例。電容器分為8組，每20 kvar，則A相中流過(guò)的電流為52.6 A，每只晶閘管功耗為P=1.5×52.6=78.9 w，兩只晶閘管近160 w。相當(dāng)于點(diǎn)兩只80 w的燈泡。而晶閘管正常工作的殼溫不超過(guò)80℃ ，若長(zhǎng)時(shí)間過(guò)熱，可導(dǎo)致晶閘管性能下降直至燒毀。因此必須加散熱器、風(fēng)扇以及溫控繼電器。但是，當(dāng)夏天室外溫度較高，配電室內(nèi)不通風(fēng)，又有變壓器等發(fā)熱源時(shí)，裝置的環(huán)境溫度即有可能達(dá)到50℃ 以上，即便散熱也很難保證晶閘管溫升小于80℃。在加了散熱器、風(fēng)扇以及溫控回路后，需要的補(bǔ)償柜內(nèi)的安裝空間更大，裝配非常麻煩，可靠性也隨之降低。而且由于晶閘管投切時(shí)會(huì)產(chǎn)生諧波電流，引起系統(tǒng)諧振后還會(huì)被放大，導(dǎo)致晶閘管損壞。

因此，對(duì)于類似戶外公變或?qū)Ｗ兿碌臒o(wú)功補(bǔ)償柜，以及散熱不好的配電室內(nèi)，盡量不要安裝這種雙向晶閘管構(gòu)成的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。

1.3 復(fù)合開(kāi)關(guān)

這是一種融合了接觸器和雙向晶閘管優(yōu)點(diǎn)的新型電容器投切開(kāi)關(guān)。將接觸器和雙向晶閘管并聯(lián)在一起。其工作原理為利用晶閘管的快速特性作為投切開(kāi)關(guān)，而接觸器則作為電流持續(xù)通過(guò)時(shí)的開(kāi)關(guān)。在需要投入電容器組時(shí)，先由晶閘管在電壓過(guò)零時(shí)投入，防止合閘涌流的產(chǎn)生，然后再投入接觸器，使其處于同晶閘管并聯(lián)工作的狀態(tài);當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定后再將晶閘管退出，由接觸器承受運(yùn)行電流;在需要退出電容器組時(shí)，先將晶閘管導(dǎo)通，使其處于同交流接觸器并聯(lián)工作的狀態(tài);接著使交流接觸器斷開(kāi)退出工作，電容器與電網(wǎng)的連通作用短時(shí)內(nèi)由晶閘管獨(dú)立承擔(dān);最后切除品閘管的觸發(fā)信號(hào)，使晶閘管在電流過(guò)零時(shí)自然關(guān)斷。

使用雙向晶閘管構(gòu)成的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)和復(fù)合開(kāi)關(guān)的補(bǔ)償裝置，由于是采用過(guò)零投切，因此使用這兩種方式的補(bǔ)償裝置電容器損壞的幾率較小。對(duì)于諧波較重的場(chǎng)合，為防止諧振，若要使用復(fù)合開(kāi)關(guān)，應(yīng)先考慮濾波。

為保證晶閘管的使用安全，通常晶閘管選取的VRSM反向峰值電壓和， 通態(tài)電流至少是它所承受的系統(tǒng)額定電壓和電流的2.5倍，甚至還要高。當(dāng)然也要受成本的限制，雙向晶閘管構(gòu)成的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)和復(fù)合開(kāi)關(guān)的價(jià)格通常是接觸器的3—4.5倍。若參數(shù)再選高，則成本又會(huì)急劇增加。

2 電容器

2.1 自愈式并聯(lián)電容器結(jié)構(gòu)特性

目前使用的電容器大都為自愈式并聯(lián)電容器。這類電容器采用金屬化聚丙烯薄膜繞卷而成。這種材料使得電容器在被擊穿短路后，能利用短路產(chǎn)生的熱量將周圍的金屬層熔化蒸發(fā)，使絕緣特性很快得以恢復(fù)，電容器能夠繼續(xù)使用。即具有自愈功能。

實(shí)際應(yīng)用中，采用三相角形聯(lián)結(jié)并一體化封裝的結(jié)構(gòu)電容器比較常見(jiàn)。三相角形聯(lián)結(jié)便于自動(dòng)濾除三次諧波，一體化封裝則便于安裝。這類電容器兩端通常會(huì)并聯(lián)一只小電阻，作為電容器的放電回路。要求在電源斷開(kāi)后30S，電容器兩端電壓小于65 V。另外還可裝設(shè)壓力保險(xiǎn)，防止爆炸。

但事實(shí)上電容器損壞還是較多，甚至引起事故擴(kuò)大。其主要原因在于電容器投切時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓、過(guò)電流以及溫度等。而產(chǎn)生過(guò)壓過(guò)流的原因則是電容器的投切時(shí)間和頻繁動(dòng)作。

2.2 電容器使用壽命

對(duì)于使用接觸器作為投切開(kāi)關(guān)的無(wú)功補(bǔ)償裝置，不宜頻繁進(jìn)行電容器的投切。否則，投切時(shí)所產(chǎn)生的過(guò)電壓和沖擊電流將對(duì)電容器造成危害，縮短使用壽命。

一般認(rèn)為，電壓升高10% ，自愈式金屬化并聯(lián)電容器壽命降低一半。具體可用下式表示：

式中：U0—— 額定電壓;

r—— 額定電壓下的使用壽命;

U— — 實(shí)際施加電壓;

r0—— 過(guò)電壓下的使用壽命;

α—— 常數(shù)，一般取7—9。

而且投入電容器所產(chǎn)生的過(guò)電壓，雖然是瞬時(shí)的，但對(duì)絕緣介質(zhì)的影響卻能夠累積。

3 智能無(wú)功控制器

智能無(wú)功控制器的作用是采集相關(guān)的電壓、電流，依照一定的控制策略，通過(guò)投切電容器組以實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。通常的控制目標(biāo)為：功率因數(shù)、電壓、無(wú)功功率或無(wú)功電流。大多數(shù)廠家產(chǎn)品的控制目標(biāo)一項(xiàng)可通過(guò)定值設(shè)定，也可同時(shí)設(shè)定功率因數(shù)、電壓。

控制器應(yīng)盡量滿足DL/T597—1996((低壓無(wú)功補(bǔ)償控制器訂貨技術(shù)條件》、JB/T9663《低壓無(wú)功功率自動(dòng)補(bǔ)償控制器》等推薦標(biāo)準(zhǔn)中的各項(xiàng)要求。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)用戶情況以下功能應(yīng)重點(diǎn)考濾。

3.1 過(guò)壓、過(guò)流的保護(hù)功能

電壓、電流越限定值可設(shè)定。在電壓、電流越限時(shí)可斷開(kāi)電容器。這樣可避免電容器受到?jīng)_擊，過(guò)早損壞。若具有諧波超標(biāo)保護(hù)功能，則能避免諧振的影響，對(duì)電容器也會(huì)起到很好的保護(hù)。另外，投切時(shí)間的設(shè)置應(yīng)能滿足電容器完全放電的時(shí)間要求。

當(dāng)然，若元件損壞的損失小于無(wú)功補(bǔ)償不夠的損失另當(dāng)別論。

3.2 輕載自動(dòng)識(shí)別

對(duì)于負(fù)載很輕的時(shí)候，很可能投入一組電容器就過(guò)補(bǔ)，退出就欠補(bǔ)，形成振蕩投切?？刂破鲬?yīng)能很容易地解決此問(wèn)題。用戶也可視情況通過(guò)改小電容器容量。設(shè)置目標(biāo)功率因數(shù)來(lái)解決。

3.3 電流判相功能

由于電流互感器的電流接線會(huì)影響裝置對(duì)功率方向的判斷，為方便接線及設(shè)備維護(hù)，控制器應(yīng)能自動(dòng)識(shí)別電流方向。

3.4 電磁兼容性能強(qiáng)

由于處于典型的工業(yè)環(huán)境中，智能無(wú)功控制器應(yīng)完成靜電干擾、快速瞬變脈沖群抗干擾、浪涌等電磁兼容型式試驗(yàn)項(xiàng)目，試驗(yàn)等級(jí)應(yīng)為3級(jí)。在無(wú)功補(bǔ)償柜集中招標(biāo)中，對(duì)控制器應(yīng)明確提出此要求。

對(duì)于直接暴露于大容量變壓器等強(qiáng)電磁干擾環(huán)境中的控制器若出現(xiàn)顯示花屏、無(wú)故復(fù)位等問(wèn)題時(shí)，有理由懷疑為電磁干擾?？煽紤]更換控制器，增加屏蔽或在裝置電源回路中串人濾波器等措施來(lái)解決。

4 方案設(shè)計(jì)

在低壓無(wú)功補(bǔ)償方案設(shè)計(jì)中，應(yīng)對(duì)用戶的負(fù)荷情況進(jìn)行仔細(xì)分析研究，尤其是對(duì)工況特殊的用戶。裝置選擇上應(yīng)遵循技術(shù)可靠，運(yùn)行業(yè)績(jī)良好，經(jīng)濟(jì)適用的原則?，F(xiàn)舉兩個(gè)實(shí)例予以說(shuō)明。

4.1 一紡織廠進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償改造

變壓器容量為315 kVA，補(bǔ)償容量為8組25 kvar。最初采用雙向晶閘管構(gòu)成的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。使用不到三個(gè)月即發(fā)現(xiàn)晶閘管損壞。在對(duì)元件進(jìn)行更換后不到2個(gè)月，再次發(fā)生晶閘管大面積損壞。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，用戶負(fù)荷中5次諧波電流占總電流12.6% ，嚴(yán)重時(shí)電容會(huì)發(fā)生尖叫。.諧波源來(lái)自于廠內(nèi)的織機(jī)。懷疑為諧波引發(fā)諧振導(dǎo)致晶閘管損壞。

后晶閘管送廠家檢驗(yàn)后也證明為過(guò)電流損壞。向用戶推薦加裝濾波裝置，但用戶認(rèn)為一次性投資太大，不予采納，寧愿接受每月罰款和元件更換。后再次對(duì)無(wú)功補(bǔ)償柜改造，將雙向晶閘管構(gòu)成的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)改為接觸器。改造后也曾出現(xiàn)接觸器觸點(diǎn)燒毀，電容器損壞等情況，但相比晶閘管損壞頻率降低。

4.2 一電機(jī)生產(chǎn)廠搬遷用電改造

原變壓器容量為315 kVA，補(bǔ)償容量為15 kvar固定補(bǔ)償，8組25 kvar循環(huán)投切，采用接觸器投切。后變壓器容量改為500 kVA，無(wú)功補(bǔ)償未變，計(jì)量表計(jì)改為三相三線電子式多功能電能表。結(jié)果發(fā)現(xiàn)倒送無(wú)功，功率因素僅0.36。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，廠內(nèi)現(xiàn)僅余辦公負(fù)荷，無(wú)其他生活用電15 kvar。

固定補(bǔ)償容量太大，因?yàn)槔系挠?jì)量表是止逆的，即便有無(wú)功倒送也不能發(fā)現(xiàn)。新表則表示得很清楚。將固定補(bǔ)償容量改為5 kvar后正常。

5 結(jié)語(yǔ)

無(wú)功補(bǔ)償中，要想經(jīng)濟(jì)可靠地完成補(bǔ)償，方案設(shè)計(jì)具有重要作用，但需要對(duì)用戶的實(shí)際情況進(jìn)行詳細(xì)分析，針對(duì)具體工況選擇適當(dāng)?shù)难b置。在使用方式確定后，裝置生產(chǎn)廠家都能制定參數(shù)明確的技術(shù)方案，對(duì)同類產(chǎn)品綜合比較后應(yīng)能得到較好的達(dá)到補(bǔ)償效果，實(shí)現(xiàn)最大的綜合經(jīng)濟(jì)效益。