新型模塊式無功補償裝置在低壓配電系統(tǒng)改造中的運用

李玉珍，安春江

（唐山三友化工股份公司，河北 唐山 063305）

隨著我公司生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，以及生產(chǎn)能力的不斷提高，電力負荷也隨著相應的增加，電力系統(tǒng)本身的電氣損耗日趨明顯，造成了電能的巨大浪費和經(jīng)濟上的損失。節(jié)能降耗工作是擺在我們面前的首要問題，而采用無功補償裝置對系統(tǒng)無功進行補償成為電氣節(jié)能改造工作的首要手段，然而面對實際情況，采取有針對性的補償方案又為我們電氣技術人員提出更高的要求。因為我們面對的大多為老的配電系統(tǒng)，建廠之初的無功補償裝置多已報廢，而新增加又沒有安裝空間，且由于用電負荷隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大變化較大，選擇一種即能夠充分利用老的開關柜又能隨著負荷增加方便增容的無功補償方式成為我們要解決的主要矛盾。現(xiàn)以鈣業(yè)公司低壓系統(tǒng)無功補償裝置改造項目為例介紹利用新型動態(tài)模塊式無功補償裝置進行改造的經(jīng)驗。

1 問題的提出

鈣業(yè)公司低壓電力系統(tǒng)由四臺變壓器分為四段運行，每一段安裝一套無功補償裝置，共有6面無功補償控制柜。由于采用的傳統(tǒng)接觸器動態(tài)補償方式，而鈣業(yè)公司生產(chǎn)負荷變化較大且比較頻繁，造成無功補償自動投切動作頻繁，多年來電容漲鼓損壞、接觸器觸點燒毀事故頻繁，雖經(jīng)我們通過購置優(yōu)質電容器等電器元件進行更換使事故率有所降低，但也只能是維持現(xiàn)狀無法從根本上解決問題。

隨著電力電子技術的成熟發(fā)展，無功補償技術已向無觸點瞬態(tài)控制發(fā)展，即根據(jù)生產(chǎn)負荷的情況實時控制晶閘管快速投入退出電容，以達到動態(tài)補償?shù)哪康模瑥亩鴾p少接觸器的頻繁啟動對電容器的沖擊，達到保護電容器和接觸器等電氣元件的目的。但是由于電力系統(tǒng)為使用多年的老系統(tǒng)，無功補償柜已安裝于系統(tǒng)之中，如果采用購置新補償柜投資較大而且配電室空間所限沒有辦法安裝。如果采用在原補償柜上改造可充分利用現(xiàn)有材料可以節(jié)約部分費用。但是目前市場上主要動態(tài)補償產(chǎn)品多為分立元件，即將接觸器更換為可控硅，通過分立電容器并聯(lián)實現(xiàn)無功補償。則必須購置各分立元件進行組裝，這對設計、安裝人員又提出了更高的要求，根據(jù)以前改造經(jīng)驗每套補償柜的改造時間約在3天左右，費時、費力且改造效果不太理想。

2 新型模塊式動態(tài)無功補償裝置

根據(jù)以上情況，我們查找更適合我公司實際情況的替代產(chǎn)品，最終新型模塊式動態(tài)無功補償裝置成為了我們的首選。ZLD－1100型智能低壓調諧濾波電力電容器模塊采用先進的技術與工藝，由斷路器、晶閘管、高品質電抗器和濾波型低壓電力電容器、智能控制及保護組件組合而成。其響應時間20毫秒，濾波效果顯著，運行安全可靠。

工作原理：

該產(chǎn)品將斷路器、晶閘管、高品質電抗器、濾波型電力電容器、智能控制以及保護組件組合在一個模塊內如圖1所示。

圖1 新型模塊式動態(tài)無功補償裝置

空氣斷路器作為單只模塊的總開關，并作為模塊的速斷保護，當電容器出現(xiàn)擊穿、短路等嚴重故障時，斷路器可以切斷故障模塊和電力系統(tǒng)的聯(lián)系，以保護系統(tǒng)的安全，防止事故擴大。

大功率可控硅投切單元晶閘管選取德國原裝西門康品牌，采用過零觸發(fā)技術，投切時無涌流、無震蕩、無操作過電壓、無須放電即可再投，在投切速度和過零精度方面達國內一流水準。

高品質電抗器和補償濾波專用全膜電容器組成LC（濾波電抗器＋濾波電容器）調諧濾波回路，吸收5次及以上次數(shù)的諧波并對系統(tǒng)提供無功補償。

采用智能化控制、保護組件，對補償裝置實施智能濾波補償控制及智能保護措施。具有過壓、欠壓、失電、缺相、過溫等多種保護功能；可以對三相電壓、電流實時波形、相位、諧波含量的測量顯示、統(tǒng)計分析，測量、統(tǒng)計并存儲系統(tǒng)電能質量參數(shù)、異常狀態(tài)告警信息并可根據(jù)告警信息設定24路輸出信號驅動外部電路；輸入信號與控制信號采用光電隔離，控制板輸出與可控硅觸發(fā)信號電磁隔離技術，具有極強的抗干擾能力，能在諧波突出、沖擊性大的負荷環(huán)境下可靠運行。

3 改造方案

根據(jù)變電所集中裝設的無功補償容量可以按照主變容量的20%～40%選擇規(guī)定，同時結合系統(tǒng)實際運行參數(shù)計算補償容量。以鈣業(yè)公司低壓I段為例。變壓器額定容量1 600kVA，實際運行功率因數(shù)0.81，運行電流1 200A左右，無功478kvar，有功668kW。如功率因數(shù)補償?shù)?.94以上，則補償裝置發(fā)出的無功功率為：

Q＝P（tanφ1－tanφ2）＝668×（tanarccos0.81－tanarccos0.94）＝240kvar

由于主變容量為1 600kVA，按照主變容量的30%選擇無功補償容量為480kvar，因此無功補償裝置容量選擇480kvar完全可以滿足系統(tǒng)現(xiàn)在和將來的需要，以一套480kvar無功補償裝置為例，每一個補償模塊補償容量60kvar，則需要8個ZLD－1100SZ／525－60－7%模塊組合而成，考慮系統(tǒng)中變頻器較多，諧波以5次諧波為主，為此電抗器的電抗率應在6%以上，而模塊的電抗器電抗率為7%可以滿足系統(tǒng)的需要。改造原理圖如圖2所示。

圖2 480kvar無功補償裝置

由圖2可知，改造時只需將主電纜接入到模塊內，利用485串行接口實現(xiàn)模塊之間的通信，由控制器控制模塊的投入。使其改造工作量大大減低，實際證明4套無功補償裝置改造僅用了兩天時間改造完成，同時對施工人員的技術要求也大大降低。

4 效益分析

從表1中可以看出，電容柜智能無功補償后系統(tǒng)電壓提高2～9V，系統(tǒng)電流、無功缺額、視在功率降低，功率因數(shù)提高到0.93以上。

（1）根據(jù)無功經(jīng)濟當量Kq可計算出年增電費開支，主變因無功補償不足而增加的有功損耗為：

表1 電容柜改造前后數(shù)據(jù)對比表

OP′＝Kq×Q

OP′為有功損耗量；Kq為經(jīng)濟當量；Q為無功缺額。

鈣業(yè)公司供電系統(tǒng)屬三級變壓Kq＝0.08～0.1，取中間值Kq＝0.09。

因缺少無功補償而增加的有功消耗，計算得：

Ⅰ段變：OP′＝0.09×（478－227）kvar＝22.59kW

Ⅱ段變：OP′＝0.09×（490－214）kvar＝24.84kW

Ⅲ段變：OP′＝0.09×（93－56）kvar＝3.33kW

Ⅳ段變：OP′＝0.09×（165－101）kvar＝5.76kW

（2）在某一額定電壓情況下有功負荷不變，由于功率因數(shù)變化其線路損耗亦變化，線損變化率為：

式中，OP%為線損變化率；COSΦ1為補償前功率因數(shù)；COSΦ2為補償后功率因數(shù)。

計算得：

Ⅰ段變：OP%＝25.4%

Ⅱ段變：OP%＝34.5%

Ⅲ段變：OP%＝17.4%

Ⅳ段變：OP%＝17.0%

根據(jù)國標，線路損耗占用電量的2%，增加的線損有功功率為：

Ⅰ段變：668kW×2%×25.4% ＝3.39kW

Ⅱ段變：571kW×2%×34.5% ＝3.94kW

Ⅲ段變：156kW×2%×17.4% ＝0.53kW

Ⅴ段變：261kW×2%×17.0% ＝0.89kW

（3）現(xiàn)綜合（1）、（2）兩項，電容柜實施智能無功補償改造后每年減少電費支出：

［（22.59＋24.84＋3.33 ＋5.76）＋（3.39＋3.94＋0.53＋0.89）］×0.46元×24h／天×360天＝259 409元

從以上計算可以看出，電容柜實施智能無功補償改造后一年可節(jié)約25.9萬元的電費支出，還不包括因功率因數(shù)低引起的力調電費（無功罰款），可以說經(jīng)濟效益是相當可觀的。