淺談低壓電容補(bǔ)償裝置的選型及安裝調(diào)試

【摘要】工礦企業(yè)的配電系統(tǒng)中， 低壓電容補(bǔ)償裝置在提高功率因數(shù)，改善電壓質(zhì)量方面，發(fā)揮著積極的作用。本文根據(jù)污水處理廠建設(shè)中的電氣安裝實(shí)踐， 對(duì)電容補(bǔ)償裝置的選型及安裝調(diào)試進(jìn)行分析論述，并提出技術(shù)要求和解決方案。

【關(guān)鍵詞】低壓配電系統(tǒng)、電容補(bǔ)償、安裝調(diào)試、功率因數(shù)

1.引言

低壓電容補(bǔ)償裝置廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)的配電系統(tǒng)中，起到降低無功功率，提高配電系統(tǒng)有功功率的輸送比例，提高功率因數(shù)，改善電壓質(zhì)量，穩(wěn)定設(shè)備運(yùn)行的作用。

然而裝置中的各主要元件若配置不當(dāng)，則容易發(fā)生過度補(bǔ)償、欠補(bǔ)償、補(bǔ)償投切過于頻繁、電容器過熱，造成設(shè)備故障，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生爆炸事故。為保證電容補(bǔ)償裝置正常運(yùn)行，減少電氣事故的發(fā)生，必須切實(shí)做好電容補(bǔ)償裝置的選型及安裝調(diào)試工作。

2.電容補(bǔ)償原理

在配電系統(tǒng)中存在一種電場(chǎng)與磁場(chǎng)的交換，用作于電氣設(shè)備中建立和維持磁場(chǎng)的電功率，這就是無功功率。無功功率并不用于做有用功，但它是通過電網(wǎng)產(chǎn)生、傳輸和配送，從而加大了變壓器、發(fā)電機(jī)和線路的負(fù)擔(dān)，引起線路壓降和損耗，降低功率因數(shù)。

電容補(bǔ)償?shù)脑恚前丫哂腥菪怨β守?fù)荷的裝置和感性功率負(fù)荷并聯(lián)在同一電路系統(tǒng)里，能量在兩種負(fù)荷間相互轉(zhuǎn)換。電容補(bǔ)償裝置主要是由若干組開關(guān)（含熔斷器）、切換電容接觸器、電抗器、電容器，以及具有測(cè)量、控制、保護(hù)、信號(hào)和調(diào)節(jié)功能的功率因數(shù)控制器組成。當(dāng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生感性無功功率，控制器檢測(cè)到電流矢量滯后于電壓矢量，通過吸合接觸器，投入一組電容器進(jìn)行容性無功功率補(bǔ)償，緩解這種滯后現(xiàn)象。一般企業(yè)都采用低壓電容補(bǔ)償裝置來降低無功功率，提高功率因數(shù)。

3.低壓電容補(bǔ)償方式宜采用集中補(bǔ)償和分散補(bǔ)償相結(jié)合的方式

3.1 集中補(bǔ)償：裝設(shè)在企業(yè)總變電所的變壓器低壓側(cè)母線上，可減少變壓器及輸電線路的無功損耗，而且能提高本變電所的供電電壓質(zhì)量。

3.2 分散補(bǔ)償：根據(jù)用電設(shè)備對(duì)無功的需要量，將單臺(tái)或多臺(tái)低壓電容器組分散地裝設(shè)在車間低壓母線上。其特點(diǎn)是用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停運(yùn)時(shí)，補(bǔ)償設(shè)備也退出，可減少配配電系統(tǒng)中的無功流動(dòng)，減少線路的導(dǎo)線截面，無功容量較小，效果較明顯。

3.3 低壓補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：接線簡單、運(yùn)行維護(hù)工作量小，使無功就地平衡，從而提高變壓器的利用率，降低網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，是目前無功補(bǔ)償中常用的手段之一。

4.低壓電容補(bǔ)償裝置關(guān)鍵元器件的技術(shù)要求

低壓電容補(bǔ)償裝置采用自動(dòng)分步補(bǔ)償電容的方式，補(bǔ)償無功同時(shí)，具備消諧功能。補(bǔ)償回路采用主熔斷器、分路熔斷器、電容器接觸器、濾波電抗器、電容器串聯(lián)回路形式，以自動(dòng)控制電容器的投入與切離，達(dá)到所設(shè)定的功率因數(shù)并有效抑制諧波電流，使生產(chǎn)設(shè)備可靠運(yùn)行。

4.1 功率因數(shù)控制器：設(shè)定范圍：0.80（電感性）～1～–0.8（電容性）；報(bào)警功能：欠/過補(bǔ)償，欠/過電流，欠/過電壓，過溫度，諧波電壓過大。

4.2 低壓電力電容器：干式電容器，額定電壓420V以上，采用聚丙烯膜作電介質(zhì)，具有自愈性能，具過電流、過壓力、過溫度保護(hù)功能。電容器被永久擊穿時(shí)僅故障元件退出運(yùn)行，其他元件仍可正常運(yùn)行。

4.3 消諧電抗器：專用電抗器的額定電壓為400V，工礦企業(yè)取諧波5次以上，電抗率宜選用4.5～7%。

4.4 電容器接觸器：專用接觸器，采用容性接觸器，帶有滅弧功能的超前輔助觸點(diǎn)。額定絕緣電壓：690V。

4.5 低壓電容補(bǔ)償裝置應(yīng)安裝于室內(nèi)，環(huán)境溫度：-25℃～+45℃；電容器的開關(guān)、保護(hù)裝置及連接件的額定電流必須能承受電容器額定電流的1.5倍；為保證調(diào)諧頻率準(zhǔn)確和穩(wěn)定，電容器、電抗器宜采用同一生產(chǎn)廠家生產(chǎn)。

5.安裝調(diào)試要點(diǎn)

5.1 按設(shè)計(jì)要求，功率因數(shù)控制器取樣電流與取樣電壓不能同相。即若取A相作電流信號(hào)，那么電壓必須取B、C相電壓。如果取樣接線不正確，功率因數(shù)控制器就不能正常工作，補(bǔ)償結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)的錯(cuò)誤。

5.2 回路的通電試驗(yàn)。在通電使用之前，應(yīng)該先檢驗(yàn)回路接線是否正確，再進(jìn)行通電試驗(yàn)。當(dāng)所有接線正確無誤后，在輔助電路分別通以85%和100%額定電壓下進(jìn)行5次操作，所有電器元件的動(dòng)作顯示，應(yīng)符合電路圖的要求，并且各個(gè)元器件動(dòng)作靈活。

5.3 工頻過電壓保護(hù)試驗(yàn)。進(jìn)行該項(xiàng)試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)將電容器拆除，然后給裝置接上電源。并將電容器投切開關(guān)閉合，調(diào)整電源電壓到1.1倍額定電壓值，在規(guī)定1min時(shí)間內(nèi)，過電壓保護(hù)設(shè)施應(yīng)能將電容器支路與電源斷開。

5.4 功率因數(shù)控制器參數(shù)設(shè)置。

5.4.1 電流變比：變比值依據(jù)電流互感器變比，若電流互感器變比是800/5，則設(shè)置的變比值是160。

5.4.2 電容量：依據(jù)每組電容器實(shí)際配置的容量進(jìn)行設(shè)置，單位：Kvar。

5.4.3 投切延時(shí)：30s。

5.4.4 功率因數(shù)cosΦ：0.95～0.97。

5.4.5 過電壓設(shè)置：430V。

5.5 電容補(bǔ)償裝置的調(diào)試

手動(dòng)模式（空載）調(diào)試。將控制器設(shè)置為手動(dòng)模式，進(jìn)行手動(dòng)投切電容試驗(yàn)，同時(shí)觀察電容的投切是否正確，以及補(bǔ)償電流的變化是否正確。

自動(dòng)模式（帶負(fù)載）調(diào)試。將控制器設(shè)置為自動(dòng)模式，啟動(dòng)一臺(tái)較大功率的設(shè)備，觀察功率因數(shù)低于設(shè)定值時(shí)，電容器應(yīng)能自動(dòng)投入；停止這臺(tái)設(shè)備，電容器應(yīng)能自動(dòng)切離。

6.電容器的安全運(yùn)行

6.1 允許運(yùn)行電流

正常運(yùn)行時(shí)，電容器應(yīng)在額定電流下運(yùn)行，最大運(yùn)行電流不得超過額定電流的1.3倍，三相電流差不超過5 %。

6.2 允許運(yùn)行電壓

電容器對(duì)電壓十分敏感，因電容器的損耗與電壓平方成正比，過電壓會(huì)使電容器發(fā)熱嚴(yán)重，電容器絕緣會(huì)加速老化，壽命縮短，甚至電擊穿。因此，電容器裝置應(yīng)在額定電壓下運(yùn)行，一般不宜超過額定電壓的1.05倍，最高運(yùn)行電壓不宜超過額定電壓的1.1倍。當(dāng)母線超過1.1倍額定電壓時(shí)，須采取降溫措施。

6.3 合閘問題

電容器組禁止帶電重合閘。主要是因電容器放電需要一定時(shí)間，當(dāng)電容器組的開關(guān)跳閘后，如果馬上重合閘，電容器是來不及放電的，在電容器中就可能殘存著與重合閘電壓極性相反的電荷，這將使合閘瞬間產(chǎn)生很大的沖擊電流，從而造成電容器外殼膨脹，甚至爆炸。所以，電容器組再次合閘時(shí)，必須在斷路器斷開3 min之后才可進(jìn)行。因此，電容器不允許裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置，相反應(yīng)裝設(shè)無壓釋放自動(dòng)跳閘裝置。

6.4 允許運(yùn)行溫度

電容器正常工作時(shí)，其周圍額定環(huán)境溫度一般為40℃～-25℃；其內(nèi)部介質(zhì)的溫度應(yīng)低于65℃，最高不得超過70℃，否則會(huì)引起熱擊穿，或是引起鼓肚現(xiàn)象。電容器外殼的溫度是在介質(zhì)溫度與環(huán)境溫度之間，不應(yīng)超過55℃。因此，應(yīng)保持電容器室內(nèi)通風(fēng)良好，確保其運(yùn)行溫度不超過允許值。

6.5 爆炸問題

電容器在運(yùn)行過程中，如出現(xiàn)電容器內(nèi)部元件擊穿、電容器對(duì)外殼絕緣損壞、密封不良和漏油、鼓肚和內(nèi)部游離、帶電荷合閘或是溫度過高、通風(fēng)不良、運(yùn)行電壓過高、諧波分量過大、操作過電壓等情況，都有可能引起電容器損壞爆炸。

6.6 案例：電容投切頻繁故障分析

6.6.1 現(xiàn)象：污水廠泵站配電房的電容補(bǔ)償裝置在調(diào)試期間，出現(xiàn)電容投切頻繁問題，直接影響到電路中的主要器件（如接觸器、電容器）的使用壽命，并對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。

6.6.2 分析：泵站配電房的電容補(bǔ)償裝置總?cè)萘?00kvar，分為10組，即每組電容40kvar。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查顯示，當(dāng)電路功率因數(shù)偏低時(shí)，補(bǔ)償裝置自動(dòng)投入一組電容后，功率因數(shù)上升0.08，明顯出現(xiàn)過補(bǔ)償；緊接著補(bǔ)償裝置檢測(cè)到功率因數(shù)偏高，自動(dòng)就退出一組電容，功率因數(shù)則下降0.08，又出現(xiàn)功率因數(shù)偏低的情況。如此循環(huán)，就形成了電容補(bǔ)償裝置投切頻繁的現(xiàn)象。

對(duì)無功補(bǔ)償?shù)碾娙萘窟M(jìn)行復(fù)核。按設(shè)計(jì)圖紙的總裝負(fù)荷為768.18kw，計(jì)算負(fù)荷為534.56kw，大功率設(shè)備以4臺(tái)150kw的進(jìn)水泵為主，占設(shè)備負(fù)荷84%，其電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)cosφ=0.78。取功率因數(shù)cosφ1=0.78提升到cosφ2=0.95，計(jì)算需要補(bǔ)償?shù)娜萘浚o功功率）：

Qjs=Pjs（tgφ1-tgφ2）

=P js[tg（arcosφ1）-tg（arcosφ2）]

=534.56×[0.802-0.329]=253（kvar）

（1）

實(shí)際上，泵站共有4臺(tái)的進(jìn)水泵，其中常用的2臺(tái)由AB變頻器驅(qū)動(dòng)。AB變頻器功率因素達(dá)95%，可不考慮補(bǔ)償，其他設(shè)備的功率因數(shù)都在0.75以上。那么，修正計(jì)算取P1=534.56-2×150=234.56（kw），功率因數(shù)cosφ1=0.75提升到cosφ2=0.95，補(bǔ)償容量則有：

Q1=P1（tgφ1-tgφ2）

=P1[tg（arcosφ1）-tg（arcosφ2）]

=234.56×[0.882-0.329]=130（kvar）

（2）

根據(jù)式（1）Qjs=253 kvar，式（2）Q1=130 kvar，對(duì)比電容補(bǔ)償裝置配置容量400kvar，顯然大了1倍左右。

綜上述分析，導(dǎo)致電容投切頻繁的原因是過補(bǔ)償，總補(bǔ)償電容量過大，分為10組后的每組電容量也是過大。

6.6.3 解決方案：因?yàn)镼1=130kvar，取總?cè)萘縌=150kvar，對(duì)裝置相關(guān)元器件的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，電容器住仍分為10組，則有每組容量15kvar。

6.6.4 方案實(shí)施及效果。參照解決方案，按每組容量15kvar對(duì)電容補(bǔ)償裝置實(shí)施改造后，電容投切頻繁現(xiàn)象得以消除，達(dá)到了預(yù)期的使用效果。

6.6.5 案例啟示：低壓配電系統(tǒng)的電容補(bǔ)償裝置無功補(bǔ)償電容量，根據(jù)實(shí)際用電設(shè)備參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算，才能取得理想的效果，尤其是對(duì)于分散補(bǔ)償方式。當(dāng)不具備設(shè)計(jì)計(jì)算條件時(shí)，電容器安裝容量可按變壓器容量的10%～30%確定；對(duì)于電動(dòng)機(jī)類型的功率負(fù)荷，補(bǔ)償量約為40%。

7.結(jié)語

無功電容補(bǔ)償技術(shù)是提高工礦企業(yè)供電能力、減少電壓損失和降低網(wǎng)損的一種有效措。低壓電容補(bǔ)償裝置具有無功補(bǔ)償原理簡單、安裝方便、投資小，有功損耗小，運(yùn)行維護(hù)簡便、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和用電需求的不斷增加，運(yùn)用補(bǔ)償電容器進(jìn)行合理的無功補(bǔ)償，提高變配電系統(tǒng)的利用率，低壓電容補(bǔ)償裝置將起到重要的作用，取得更好的經(jīng)濟(jì)效益。