氯堿企業高低壓無功補償裝置的改造

孫昌穩，白軍同

（唐山三友氯堿有限責任公司，河北 唐山 063305）

氯堿企業高低壓無功補償裝置的改造

孫昌穩，白軍同

（唐山三友氯堿有限責任公司，河北 唐山 063305）

介紹了高低壓無功補償裝置改造的必要性以及改造方案的制定，應用TSC無功補償的先進技術，通過對10 kV母線段和380 V低壓母線段全部無功補償裝置的改造，從而達到了提高電壓質量、功率因數和降低線損的目的。

TSC無功補償裝置特點；過零投切；改造方案；無功補償改造效果

1　電力系統原有無功補償裝置

1.1原有無功補償裝置的組合方式

唐山三友氯堿有限責任公司是一家年生產能力達50萬t燒堿和40萬t PVC的大型氯堿企業，生產設備中，電動機、變壓器等感性負荷較多。10 kV電動機達到了76臺，10 kV變壓器達到了30臺，低壓電動機有2 600臺，這些感性負荷在系統內吸收大量的無功功率，造成了配電網無功匱乏。無功補償的原則是就地補償，配電室集中補償。本次改造考慮到該公司為防爆企業，現場不適合安裝電氣設備，故采用了高低壓配電室集中補償方式。有些企業為了投資少，一般在低壓母線段進行無功補償，而公司10 kV母線段，電動機、變壓器等感性負載眾多，低壓母線段的無功補償裝置不能滿足這部分無功要求，故采用了10 kV母線加380 V母線共同補償的方式。10 kV配電網共有6臺無功補償裝置，每套補償裝置容量為900 kVAr，分別安裝在10 kV配電室1-6段10 kV母線側。380 V配電網共有30臺無功補償裝置，每套容量為400 kVAr，分別安裝在低壓配電室相應母線段。

1.2原有無功補償裝置的弊端

原有10 kV無功補償裝置以并聯電容器固定補償為主要手段，固定并聯電容器補償方式不產生諧波、運行維護簡單、可靠性高，但無法解決過補償和欠補償的問題。所以本次改造引用了目前TSC動態自動投切的新技術，晶閘管的投入時刻按照給定觸發脈沖可以精確控制，能做到快速無沖擊地將電容器接入系統，大大降低了對電力系統的沖擊，特別適用于頻繁投切，并且能做到動態補償。380 V低壓母線段電容補償全部是傳統接觸器投切方式的電容補償裝置，柜內由主回路由刀熔開關、斷路器、接觸器、熱繼電器、串聯電抗器、獨立電容器等分立元件通過導線連接組裝成的。由于是接觸器投切電容器，所以涌流大，對電網系統沖擊大，容易造成操作過電壓，并且極易造成接觸器觸點，空開主觸頭等部分元件的損壞，維護費用高，強度大。這種無功補償裝置沒有動態補償的功能容易造成過補償和欠補償情況的發生，補償效果差。隨著公司生產能力不斷擴大，感性用電設備也在不斷增加，原高低壓補償設計容量已經不能滿足多余的無功需求，所以急需擴容，改造。

2　改造方案

2.1改造中無功補償關鍵技術的應用

通過深入調研無功補償的最新技術，經論證TSC無功補償技術是一種利用晶閘管投切電容器組的電容補償裝置，利用晶閘管無觸點控制的特性，使電容器組在系統電壓過零點投入，電流過零點切除，投切過程中不產生涌流、拉弧和暫態過電壓，對系統無沖擊，摒棄了傳統分立電器控制元件部分觸頭容易損壞的弊端。由于是晶閘管控制電容器的投切，所以響應時間小于20 ms，能夠快速實現動態、連續投入或切除補償電容器。利用過零投切技術，能夠實現動態無功補償、減小電壓波動，降低線損，從而達到節能降耗的目的。由于目前晶閘管生產技術水平的不斷提高，耐壓技術已經成熟，所以本次改造，在10 kV高壓無功補償和380 V低壓無功補償裝置中，都采用了晶閘管觸發最新技術，裝置可靠性大幅提高。

2.210 kV無功補償改造方案

公司共6臺動力變，容量全為12 500 kVA，輸出10 kV母線共6段，每段設置一臺補償裝置，無功補償裝置容量定為變壓器容量的7.2%，即900 kVAr。這6臺10 kV無功補償裝置，是傳統固定電容器組的裝置，現改造取變壓器容量的12%計算，用900 kVAr HVC與600 kVAr TSC相結合的方案，HVC電容器組由真空接觸器來投切，補償系統穩定的無功量，TSC補償隨生產負荷的變化，動態跟蹤補償。在對負荷進行補償的過程中，靜態補償和動態補償相互結合，HVC補償基本無功，TSC快速響應，組合投切實現細調，既能保證補償精度，又可實現動態快速跟蹤補償。

2.3380 V低壓無功補償改造方案

低壓配電系統共30臺變壓器，配置有30套低壓無功補償裝置，變壓器容量均為2 000 kVA，補償容量按照變壓器容量的20%補償，即每套低壓無功補償裝置容量是400 kVAr。這些無功補償裝置，全部為傳統接觸器投切方式的無功補償裝置，運行過程中，投切電容器組產生的涌流，極易造成電器觸頭的老化，故障率較高，多數處于無法投運狀態，急需改造。此外由于是靜態補償，無法跟蹤用電負荷的變化，造成系統的過補償、欠補償情況較多，常常會引起系統電壓過高，線損增加等狀況發生。此次改造利用原有補償柜，拆除柜內部分元件，只保留刀熔開關及電壓表，重新布線安裝新型TSC低壓模塊式無功補償裝置。補償容量增容為變壓器容量的25%，即500 kVAr，每個電容模塊容量為60 kVAr，5個模塊組成一套補償電容裝置，通過對控制器的編程，使得5個電容模塊循環定時投切，減少了模塊的溫升。智能控制器通過采樣電流和采樣電壓的計算，根據負荷的變化隨時跟蹤無功量，按照設定的補償功率因數值，及時調整補償容量，不會造成過補償和欠補償的情況發生。

3　改造后10 kV系統HVC+TSC電容補償裝置特點

3.1組合方式

HVC+TSC-10/1500 kVAr高壓動態無功補償裝置總容量為1500kVAr，其中HVC容量為900kVAr，TSC容量為600 kVAr。每套補償裝置由兩面電容柜和一面控制柜組成，電容柜內合理安裝1 500 kVAr電容器組，控制柜控制HVC和TSC相互配合，根據負荷變化組合投切，可實現3級投切。

3.2動態無功補償裝置技術特點

（1）無功量的補償能夠根據電網系統無功功率大小和功率因數設定值自動投切，實現了細調，不需要人工干預，提高補償精度，快速動態補償無功功率，達到了理想的補償效果；

（2）裝置能夠實時跟蹤負荷變化，響應時間小于20 ms；

（3）此裝置采用全數字化智能控制系統，由微機實時監測、智能調節；

（4）無功補償裝置采用了大功率晶閘管串聯組成高壓交流無觸點開關，對多級電容器組的快速過零投切，能夠實現無觸點、無涌流、無過渡投切；

（5）TSC可控硅的觸發采用了光電觸發方式，主電路與控制電路的信號采用光電隔離方式，抗干擾能力強，觸發可靠；

（6）TSC控制能夠實現電流過零投切，投切過程中無涌流沖擊、無操作過電壓、電弧不會發生重燃現象，使用壽命較長；

（7）補償控制器全數字化，液晶顯示，具有聯網通訊功能，顯示屏可查看時間、運行方式、投切組別、以及每段母線的電壓、電流、功率因數；

（8）內置自放電元件，裝置脫離電網后，可以在5 s內將殘留電壓降至50 V以下；

（9）裝置具有過電壓、欠壓、開口三角保護、過流和速斷短路保護，確保電容器組可靠運行。

4　改造后TSC低壓電容補償裝置特點

4.1組成結構

本次改造，TSC低壓無功補償裝置采用了一套微型化的低壓智能無功補償裝置和調諧濾波裝置。以無油化低壓電力電容器為主體，采用數字電子技術、微型傳感技術、微型網絡技術和電氣制造技術，將智能控制器、濾波器、電抗器、電流互感器、熱繼電器、熔斷器、避雷器等部分元件微型化，全套裝置安裝在電容器的上方，封裝在一個金屬殼體內。整體體積很小，特別適合整套電容器組安裝在原無功補償配電柜內。

4.2技術特點

（1）電抗器和電容器組合成LC濾波回路，既能對低壓系統進行無功補償，又能對電網上的諧波電流進行有效治理；

（2）裝置采用了先進的TSC過零投切技術，在系統電壓過零點，投入電容器，不會產生投切涌流，在電流過零點切除，不會產生拉弧和暫態過電壓情況，對系統沖擊小；

（3）電容器組具有循環定時投切功能，在補償容量足夠的情況下，單個電容器單元運行時間滿設定1 h后即切除，將未投運的回路投入，如此循環投切，均衡電容器的工作時間和溫升，降低設備事故率，延長使用壽命；

（4）智能控制器具有投切狀態，過補、欠補狀態，過壓、欠壓狀態，保護動作類型，故障類型等信號顯示；

（5）裝置具有短路速斷保護、過欠壓保護、過電流保護、過溫度保護、過諧波保護、接地保護等功能，可靠性較高。

5　改造效果分析

5.1系統諧波的治理效果

該公司電力系統中，由于變頻器、軟起動器、整流設備等非線性電氣設備較多，電網系統中的諧波量不容忽視，經專業諧波測量儀器測定，系統中以5次諧波為主，其含量已超過標準限值。由于補償電容器對高次諧波最敏感，高次諧波電壓疊加在基波電壓上不僅使電容器的運行電壓有效值增大而且使其峰值電壓增加更多，致使電容器因過負荷而發熱，并可能發生局部放電損壞，高次諧波電流疊加在電容器基波電流上使電容器電流增大，增加了電容器的溫升，導致電容器過熱損壞。電容器對電網高次諧波電流的放大作用十分嚴重，一般可將5～7次諧波放大2～5倍，當系統參數接近諧波諧振頻率時，高次諧波電流的放大可達10～20倍。因此，不僅需考慮諧波對電容器的影響，還需考慮被電容器放大的諧波損壞電網設備，影響電網安全運行。最好的解決方法就是在電容器組串接電抗器來組成諧波濾波器。本次改造中，高低壓無功裝置全部用了電抗率為6%的串聯電抗器與電容器配合。在補償系統無功功率的同時，對系統中的5次、7次諧波具有很好的抑制作用。運行后，測定系統中的奇次諧波都控制在了標準值內，大大改善了電壓質量。

5.2功率因數的提高

提高功率因數可以提高電網電壓質量，減少電費開支，從而降低生產成本。改造前，公司10 kV母線段平均功率因數為0.88，380 V母線段平均功率因數為0.83。通過本次高低壓無功補償裝置的改造，使得高低壓功率因數都達到了0.95，功率因數得到大幅提高，公司消耗電網無功功率從占消耗有功功率的60%，降低到了約占消耗有功功率的30%。由于減少了電網無功功率的傳輸，給公司帶來巨大的經濟效益。此外由于功率因數的提高，隨著公司生產規模的擴大，而電力系統中減少了大量的無功功率的傳輸，使得變壓器和輸電線路容量裕度增加，帶載能力大幅提高，發揮了輸電設備的潛力，延長使用壽命。

6　結論

本次對高低壓無功補償裝置的改造，淘汰了老舊落后設備，引用了TSC無功補償的最新技術，設備完好率得到大幅提高。運行近三年，設備故障率大大降低。高低壓母線段功率因數提高到0.95，減少了系統中大量的無功功率傳輸，降低了電網的線損。系統濾波效果明顯改善，基本抑制了5次、7次諧波對電網的沖擊，提高了電網的供電質量。采用動態無功補償的技術，高低壓無功補償裝置能夠隨著生產系統負荷的不斷變化，隨時快速調整無功補償量，杜絕了系統中過補償和欠補償情況的發生，提高了變壓器、輸電線路等用電設備的利用率，降低了主變的視在功率，在不增加輸電設備投資的情況下，仍然能滿足生產系統的用電設備擴容。

Transformation of high low voltage reactive power compensation device

SUN Chang-wen，BAI Jun-tong
（Tangshan Sanyou chlor alkali Co.Ltd.，Tangshan 063305，China）

Are introduced in this paper our company high and low voltage reactive compensation equipment of the transformation of the necessity and transformation plan formulation，the TSC application without the advanced technology of reactive power compensation，through to 10 kV bus segments and 380 V low voltage bus line no modification of reactive power compensation device，so as to improve the voltage quality and power factor and reduce the loss of purpose.

TSC reactive power compensation device characteristics；zero crossing；reconstruction scheme；reactive power compensation reconstruction effect

TM712

B

1009-1785（2016）09-0041-03

2016-04-05