10kV高壓無功補償裝置的應用

劉孝平

摘 要：電網中的電氣設備和電動機、變壓器等屬于既有電感又有電阻的電感性負載，電感性負載的電壓和電流的相量間存在著一個相位差，相位角的余弦COSφ即是功率因數，它是有功功率與視在功率之比即COSφ=P/S。功率因數是反映電力用戶用電設備合理使用狀況、電能利用程度及用電管理水平的一個重要技術指標，所以必須提高功率因數。我們把具有容性功率的裝置與感性負荷聯接在同一電路，當容性裝置釋放能量時，感性負荷吸收能量，而感性負荷釋放能量時，容性裝置吸收能量，能量在相互轉換，感性負荷所吸收的無功功率可由容性裝置輸出的無功功率中得到補償，這就是無功補償。通過無功補償提高了功率因數，進而改善電壓質量、減少功率損耗和電能損耗，從而帶來更大的經濟效益。文章以柳鋼藍資新材料50萬噸/年凝石生產線10kV高壓無功補償系統為例進行論述。

關鍵詞：功率因數；無功補償；電壓；電能損耗；經濟效益

1 無功補償的目的

由上式可見，當線路中的無功功率Q減少以后，電壓損失ΔU也就減少了。

1.5 以上各參數提高了，用戶的電費開支就減少了，降低生產成本

2 無功補償的設計

參照柳鋼藍資新材料50萬噸/年凝石生產線10kV高壓系統圖及低壓設備參數進行設計，高壓系統圖如圖1。

2.1 無功補償容量的選擇

2.2 無功補償裝置的選擇

根據現場實際情況和補償容量、選用的電抗器型號等參數選擇無功補償裝置的型號為：

TBB23-10-1800/100-2A；

TBB-并聯電容器成套補償裝置的代號；2-裝置布置電容器的列數；3-裝置布置電容器的層數；10-裝置額定電壓；1800-裝置額定容量（kvar）；100-單元電容器的額定容量（kvar）；2-單星形接線，電抗器接于電源側；A-開口三角保護

3 無功補償裝置的安裝：

無功補償裝置立面布置圖如圖2。

無功補償裝置的設備材料清單如表1。

3.1 電抗器安裝

3.1.1 首先核對基礎是否與電抗器吻合，預埋件是否齊全。

3.1.2 把C相電抗器（及底層電抗器）固定在底座上，抬到電抗器基礎上，找正后底座與預埋件焊接牢靠。

3.1.3 再安裝B相和C相電抗器，注意不要碰壞支柱絕緣子，擰塑料螺母時不能用力太大。

3.1.4 電抗器的底座必須可靠接地，但不能構成環路。

3.2 電容器組的安裝

3.2.1 電容器安裝前，先打開包裝箱檢查各零部件及有關隨機文件是否齊全。

3.2.2 然后根據組裝圖對電容器支架進行組裝，支架安裝整齊、美觀，接地良好。

3.2.3 按照出廠編號安裝電容器，嚴禁攀拉其套管，電容器排列整齊固定可靠，電容器的銘牌應向外，以便檢查。

3.2.4 容器接線時不能只擰上面一個螺帽，用力過猛會損壞瓷套管，造成漏油。要用扳手把下面一個螺帽擰住，再擰上面一個螺帽。

3.2.5 電容器安裝完成后安裝電容器專用放電線圈，電容器安裝完成在送電前應松開排氣螺母，排除氣體。

3.3 母排制作、安裝

3.3.1 母排安裝前應固定絕緣子，絕緣子安裝前應進行耐壓實驗，合格后方能安裝。

3.3.2 廠家制作好的母排按照廠家組裝圖方能安裝，還有一些需現場制作。

3.3.3 母排安裝完成后應刷明顯的相色漆，注意搭接部分先用膠布在搭接兩端包纏好，不能讓油漆進入搭接部位。

3.4 網門安裝

3.4.1 根據組裝圖和裝箱清單進行組裝，網門安裝應用塑料隔板進行隔離，不能構成環路。

3.4.2 網門安裝各部件固定牢固，整齊、美觀。

3.4.3 網門應有可靠接地，與接地干線連通。

3.5 輔助設備安裝

3.5.1 接地刀閘安裝

（1）接地刀閘安裝要保證操作機構靈活、可靠。（2）接地刀閘用鍍錫軟絞線與接地干線可靠連接。

3.5.2 避雷器安裝

避雷器安裝前應進行實驗，合格后方能安裝，避雷器安裝時，三相的線芯不能碰在一起，更不能碰在支架上。

3.5.3 安裝電磁鎖、行程開關、輔助開關、端子箱等輔助設備。

3.5.4 安裝電容器上的高壓熔斷器，熔絲應受到一定的拉力，保證熔斷時能脫落。熔管的方向與電容器方向一致，不能偏差太大。

3.6 電纜敷設、連接線安裝

3.6.1 根據廠家二次原理圖敷設電纜、接線，電纜在支架上固定牢靠，電纜接線時套上線號管，便于調試。

3.6.2 安裝放電線圈、避雷器的連接線。

3.6.3 電容器的中性點用鍍錫軟絞線連接，注意連接牢靠。

4 無功補償裝置的調試

（1）避雷器做直流耐壓試驗，檢驗是否合格。

（2）高壓電纜絕緣電阻測量，做直流耐壓實驗，檢驗是否合格。

（3）電容器組做工頻耐壓試驗，檢驗是否合格。

（4）電容器專用放電線圈絕緣檢查，一次繞組的直流電阻測定，變比誤差檢查，做交流耐壓試驗，檢驗是否合格。

（5）檢查二次控制線路，各連鎖信號是否正確，在高壓柜側進行模擬分合閘，檢查是否實現連鎖。

5 無功補償裝置的運行

無功補償裝置的一次原理圖如圖3：

5.1 受電前的檢查工作

5.1.1 繼電保護系統的投入。根據《繼電保護定值通知單》中的定值在AH5柜微機繼電裝置上輸入保護數據，投入系統的各操作電源、直流電源及信號電源。進行繼電保護試驗中，如繼電保護參數值數據與高壓系統實際工作性能有較大的偏差時，應會同業主與設計人員共同修改，確定延時保護的時間應能完全滿足工藝要求，跳合閘不靈敏的應立即檢查斷路器的整機性能。

5.1.2 受送電前模擬實驗。（1）在相應的CT保護端加入模擬信號，進行跳合閘試驗，檢驗繼電保護的靈敏性及可靠性。（2）進行就地和后臺模擬分、合閘操作試驗。（3）用三相調壓器在PT小母線上加100V電壓，分別檢查綜合保護裝置是否有電壓顯示。（4）對電容器柜AH5進行模擬分、合閘。

5.1.3 外觀檢查。（1）柜內外各設備安裝牢固，無缺損現象，柜內母排應安裝連接正確、牢固；（2）柜內整理干凈，無任何遺留物、線頭、雜質及短接線等；（3）柜內線按設計圖紙正確連接，電流互感器二次側應無開路；（4）檢查高壓柜AH5斷路器均處于分閘狀態，且在檢修位置，機械狀態良好；（5）高壓柜盤面上的保護跳閘短接片正確連接或斷開，各轉換開關打在正確位置，指示燈及信號燈狀態正確，操作電源、控制電源正常；（6）高壓柜前后柜門應全部鎖閉；（7）外部電纜連接正確、牢固，母線連接可靠、相色標志清晰完整；（8）高壓開關柜的接地刀閘均處于接地狀態，在送電前均應把接地刀閘分斷。

5.1.4 絕緣檢查。受電前用高壓搖表檢查高壓并聯電容器成套裝置及電纜的絕緣電阻應符合要求。

5.1.5 接地檢查。所有高壓設備及元件的外殼、非帶電金屬、及設計要求接地的，其接地性能良好可靠。

5.2 高壓并聯電容器成套裝置受電

（由10kV高壓柜AH5向10kV高壓并聯電容器成套裝置送電。）

5.2.1 受電前準備工作。（1）將10kV高壓柜AH5的斷路器手車搖出至試驗位置；（2）將10kV高壓柜AH5的柜后蓋板封閉；（3）填

寫受送電操作票，當場明確并核對操作票受送電程序、步驟及要求。

5.2.2 受電范圍。10kV高壓并聯電容器成套裝置無隔離開關，整套裝置一次受電。

5.2.3 10kV高壓并聯電容器成套裝置受電。（1）將檢查核對無誤后，斷開高壓柜和后高壓并聯電容器成套裝置的接地刀閘，將AH5柜9806的斷路器由試驗位搖至工作位，點合即分9806斷路器快速沖擊高壓并聯電容器成套裝置及電纜，觀察有無異常情況；（2）停止15分鐘后，再合9806斷路器，30秒后分斷進行第二次沖擊，觀察有無異常情況；（3）停止15分鐘后，經再次確認正常后，再合9806斷路器，3分鐘后分斷進行第三次沖擊，觀察有無異常情況，并記錄微機繼電裝置上電流數據；（4）沖擊實驗完成后，合上9806斷路器，10kV高壓并聯電容器成套裝置投入運行。

6 無功補償裝置的效益分析

6.1 功率因數明顯提高

在無功補償裝置投入運行前，功率因數只能達到0.85，無功補償裝置投入運行后，功率因數提高到0.98。

6.2 電壓有所提高

在無功補償裝置投入運行前，高壓柜母排相電壓為9.6kV，無功補償裝置投入運行后，高壓柜母排相電壓提高到為10.3kV，提高了設備的運行條件。

6.3 提高設備的供電能力

由P=S·COSφ可以看出，當設備的視在功率S一定時，如果功率因數COSφ提高，上式中的P也隨之增大，電氣設備的有功出力就提高了，工廠的生產效率同時也就提高了。

6.4 降低電網中的功率損耗和電能損失

由公式可知當有功功率P為定值時，負荷電流I與COSφ成反比，安裝無功補償裝置后，功率因數提高，使線路中的電流減小，從而使功率損耗降低（ΔP=3I2R）。

6.5 電網中的功率損耗和電能損失減少了，用戶電費開支也就減少了，降低了生產成本。

7 結束語

由此可見，無功補償裝置的投入，對提高功率因數、提高供電質量、降低電能損耗等方面起到了很好的作用，更重要的是給我們帶來了良好的經濟效益。在我國無功補償對電力系統的重要性越來越受到重視，合理地投停使用無功補償設備，對調整電網電壓、提高供電質量、抑制諧波干擾、保證電網安全運行都有著十分重要的作用。這里只是介紹了普通的小型無功補償裝置，很多大型鋼廠用的是靜止型無功補償裝置，簡稱SVC，它采用先進的控制系統，響應速度很快，它主要用于沖擊負荷如大型電爐煉鋼、大型軋機以及大型整流設備等，柳鋼第二棒線廠及柳鋼2032熱軋板帶廠就采用了SVC裝置。

參考文獻

[1]工業企業供電[M].冶金工業出版社.

[2]冶金電力設計手冊[M].冶金工業出版社.

[3]吉林冶金設計院設計圖紙，圖號T04104.23230.1.2.

[4]湘潭電力設備有限公司設備隨機資料[Z].