并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置應(yīng)用案例分析

柳 蕙

（上海石化公用事業(yè)部，上海200540）

0 引言

并聯(lián)電容器是一種無功電源，它的主要用途是補(bǔ)償電力網(wǎng)中感性負(fù)荷需要的無功，提高電網(wǎng)功率因數(shù)，降低供電線路的電流，減少線損，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

上海石化股份公司要求下屬各單位加大管理力度，將提高功率因數(shù)作為工作目標(biāo)，并進(jìn)行獎(jiǎng)懲考核。上海石化延焦變電所共有4路6 kV進(jìn)線，4路6 kV進(jìn)線所供的6 kV三段和6 kV四段有并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置，但6 kV一段和6 kV二段沒有并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置。4路6 kV進(jìn)線的1#、3#進(jìn)線電源來自焦化總降6 kV一段，2#、4#進(jìn)線電源來自焦化總降6 kV二段，焦化總降沒有并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置。

2017年，上海石化計(jì)劃對(duì)延焦變電所6 kV三段和6 kV四段并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置進(jìn)行報(bào)廢更新，筆者作為該項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人，對(duì)該項(xiàng)目的實(shí)施進(jìn)行了綜合技術(shù)考慮。

1 并聯(lián)電容器的補(bǔ)償方式

并聯(lián)電容器的補(bǔ)償方式可分為個(gè)別補(bǔ)償、分散補(bǔ)償和集中補(bǔ)償。

（1）個(gè)別補(bǔ)償是電容器直接接到單臺(tái)用電設(shè)備的同一電氣回路，用同一臺(tái)開關(guān)控制，同時(shí)運(yùn)行或斷開。對(duì)于上海石化，用電設(shè)備數(shù)量龐大、分散，這種補(bǔ)償方法難以實(shí)現(xiàn)；且若用電設(shè)備是作為工藝備機(jī)的電動(dòng)機(jī)，這種補(bǔ)償方法利用率太低。

（2）分散補(bǔ)償是將電容器組分組安裝在分變電所各分路的線路上，它可以與工廠部分負(fù)荷的變動(dòng)同時(shí)投入或切除。但對(duì)于上海石化上百個(gè)變電所，這種方法不易集中管理和維護(hù)，不適用于上海石化電氣集中管理模式。

（3）集中補(bǔ)償是把電容器組集中安裝在總變電所（總降）的母線上，這種補(bǔ)償方式利用率高，操作和運(yùn)行管理方便，能充分發(fā)揮補(bǔ)償作用，適用于上海石化電氣集中管理模式。上海石化延焦變電所6 kV三段和6 kV四段并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置單純的報(bào)廢更新解決不了延焦變電所6 kV一段和6 kV二段的無功補(bǔ)償問題，所以在報(bào)廢延焦變電所6 kV三段和6 kV四段并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置后，新電容器安裝到焦化總降，采用焦化總降集中補(bǔ)償方式。

2 并聯(lián)電容器的容量配置

2.1 補(bǔ)償容量的分析

如果補(bǔ)償前流經(jīng)電力網(wǎng)的電流為I1，其有功、無功分量為I1R和I1X，則I1=I1R-jI1X；如果補(bǔ)償后流經(jīng)電力網(wǎng)的電流為I2，其有功、無功分量為I2R和I2X，則I2=I2R-jI2X；由于投入電容器后，將不會(huì)改變補(bǔ)償前的有功分量，故有I1R=I2R；則補(bǔ)償容量：

2.2 焦化總降新增電容器容量配置的計(jì)算

按上海石化公用事業(yè)部對(duì)功率因數(shù)不小于0.92的考核要求，以焦化總降2016年6 kV一段負(fù)荷變化和實(shí)際功率因數(shù)來計(jì)算焦化總降新增6 kV電容器所需容量（2016年延焦變電所6 kV電容器因故障已退出運(yùn)行），計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 焦化總降新增6 kV電容器所需容量計(jì)算表

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，焦化總降6 kV一段所需并聯(lián)電容器的補(bǔ)償量分別有1 000 kvar、2 000 kvar和3 000 kvar三種情況，所以筆者將焦化總降6 kV每一段并聯(lián)電容器的容量需求定為3 000 kvar，并分成兩組，其中一組為1 000 kvar，另一組為2 000 kvar。

3 提高功率因數(shù)的效益

3.1 無電容補(bǔ)償裝置的一個(gè)典型案例

2017年，焦化總降2#主變?cè)l(fā)生故障隱患，需停電檢修處理，當(dāng)時(shí)計(jì)劃焦化總降2#主變停役、1#主變帶全負(fù)荷。焦化總降主變6 kV額定電流Un=2 405 A；6 kV實(shí)測(cè)功率因數(shù)cos φ1=0.83，無電容補(bǔ)償裝置；6 kV一段和6 kV二段負(fù)荷總電流I=2 300 A，如果1#主變帶全負(fù)荷，變壓器幾乎滿負(fù)荷運(yùn)行，對(duì)電氣設(shè)備和生產(chǎn)裝置的正常運(yùn)行帶有風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 假設(shè)有電容補(bǔ)償裝置的負(fù)荷計(jì)算

假設(shè)焦化總降有電容補(bǔ)償裝置，并假設(shè)補(bǔ)償后的功率因數(shù)cos φ2=0.95，那么：

通過合理的電容補(bǔ)償可將焦化總降原先的電流2 300 A降到2 009 A以下，可見，投用電容補(bǔ)償裝置，提高功率因數(shù)，可提高變壓器的承載能力，即有利于提高變壓器利用效益和安全供電。

根據(jù)《功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法》，低于功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，增收電費(fèi)；高于功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，減收電費(fèi)。所以，提高功率因數(shù)既對(duì)電網(wǎng)有利，又可以使用戶少付電費(fèi)。

4 并聯(lián)電容器的繼電保護(hù)配置

并聯(lián)電容器延時(shí)速斷保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)按電容器組端部引線發(fā)生兩相短路時(shí)整定，由于保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)限需大于電容器組合閘涌流時(shí)間，所以電容器保護(hù)不宜采用速斷保護(hù)，而采用延時(shí)速斷保護(hù)。將延焦變電所的無功補(bǔ)償改到焦化總降集中補(bǔ)償更有利于延時(shí)速斷保護(hù)的配置。

（1）如果延焦變電所裝有電容器補(bǔ)償裝置，6 kV饋線有變壓器、電動(dòng)機(jī)、電容器，因?yàn)殡娙萜鳛檠訒r(shí)速斷保護(hù)，按照繼電保護(hù)時(shí)間級(jí)差的配合就有：電容器6 kV開關(guān)（大于0.2 s）→延焦變電所6 kV進(jìn)線開關(guān)（大于0.5 s）→焦化總降6 kV饋線開關(guān)（大于0.8 s）→焦化總降主變6 kV開關(guān)（逐級(jí)提高）。

（2）如果將延焦變電所的電容器補(bǔ)償裝置改裝到上一級(jí)的焦化總降集中補(bǔ)償，延焦變電所6 kV饋線只有變壓器、電動(dòng)機(jī)，因?yàn)樽儔浩鳌㈦妱?dòng)機(jī)都有0 s的速斷保護(hù)，按照繼電保護(hù)時(shí)間級(jí)差的配合就有：電動(dòng)機(jī)或變壓器6 kV開關(guān)（0 s）→延焦變電所6 kV進(jìn)線開關(guān)（0.3 s）→焦化總降6 kV饋線開關(guān)（0.6 s）→焦化總降主變6 kV開關(guān)（逐級(jí)提高）。由于電容器6 kV開關(guān)延時(shí)速斷時(shí)間小于焦化總降6 kV饋線開關(guān)延時(shí)時(shí)間，所以方便時(shí)間級(jí)差的配合，并有利于系統(tǒng)短路故障的快速切除。

由此可見，延焦變電所6 kV電容器裝置報(bào)廢后改到焦化總降進(jìn)行集中補(bǔ)償，容易滿足繼電保護(hù)時(shí)間級(jí)差的配合。

5 結(jié)語

并聯(lián)電容器無功補(bǔ)償?shù)闹匾院惋@著優(yōu)點(diǎn)越來越為人們所認(rèn)同，在變電站的運(yùn)行中占據(jù)著越來越重要的地位，只有合理配置、正確使用，才能真正發(fā)揮并聯(lián)電容器在電力行業(yè)中的有效作用。

[1]供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50052—2009[S].

[2]電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范：GB/T 50062—2008[S].

[3]謝文琳，王建偉，周作春.合理配置無功補(bǔ)償設(shè)備運(yùn)行效果顯著[J].電力電容器與無功補(bǔ)償，2008，29（6）：33-35.