聯(lián)通數(shù)據(jù)中心電容柜改造實(shí)例分析

王旦清

（深圳通意達(dá)機(jī)電設(shè)備有限公司上海分公司，上海201114）

電力系統(tǒng)的規(guī)模隨著城市功能的不斷擴(kuò)大，電力系統(tǒng)中的故障概率也加大了，因?yàn)橄到y(tǒng)中的感性、容性等非線(xiàn)性等組成的諧波污染也隨之增加,電力系統(tǒng)中的電能質(zhì)量也悄然下降。因此人們需要更加重視電能質(zhì)量，不論是從經(jīng)濟(jì)性還是安全性角度。

電能質(zhì)量如果不能達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)給工業(yè)生產(chǎn)和日常生活帶來(lái)種種問(wèn)題，造成不可避免的損失。例如變頻器調(diào)速設(shè)備、溫度控制設(shè)備、空調(diào)和照明設(shè)備等，這些設(shè)備除了要消耗大量的電力外，還給配電網(wǎng)帶來(lái)了污染。針對(duì)此情況需要重點(diǎn)關(guān)注電能質(zhì)量，并采取相應(yīng)的治理方式。

1 項(xiàng)目概況

聯(lián)通寧橋局位于上海浦東，其二期建設(shè)于2012 年，低壓室共有五層，每層有兩臺(tái)變壓器，共有變壓器2500kVA 的6 臺(tái)，1250kVA 的4 臺(tái)，期間低壓室未進(jìn)行過(guò)任何改造。在一次現(xiàn)場(chǎng)巡檢抄表時(shí)，發(fā)現(xiàn)部分低壓開(kāi)關(guān)進(jìn)線(xiàn)側(cè)的多功能儀表功率因素顯示值與電容柜顯示屏的讀數(shù)值存在較大差異，且電容柜運(yùn)行指示燈顯示與顯示屏投運(yùn)指示有差異，因此決定展開(kāi)排查改造項(xiàng)目。

2 電容柜原始設(shè)計(jì)情況

低壓室1 樓、2 樓和3 樓的配電系統(tǒng)采用的是相同的設(shè)計(jì)，包括其電容柜。通常2500kVA 的變壓器取30%的無(wú)功補(bǔ)償容量，因此設(shè)計(jì)的無(wú)功補(bǔ)償容量應(yīng)在750kVar 左右。現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際配置分為主輔柜，主柜和輔柜各300kVar 和50A 的有源濾波，總計(jì)600kVar 和100A，與理論配置接近。

低壓室4 樓和5 樓的配電系統(tǒng)采用的是相同的設(shè)計(jì)，包括電容柜，采用1250kVA 的變壓器，設(shè)計(jì)的無(wú)功補(bǔ)償容量在400kVar 左右。現(xiàn)場(chǎng)為單柜，無(wú)功補(bǔ)償容量為300kVar 和有源濾波器容量為50A，與理論配置接近。

低壓室1 樓、2 樓和3 樓的無(wú)功補(bǔ)償裝置配置方式為2 個(gè)480V 的25kVarABB 品 牌 的CLMD43 的 電 容 器 為1 組，1 組50kVar，共2 組；4 個(gè)480V 的25kvarABB 品牌的CLMD43 的電容器為1 組，1 組100kVar，共5 組。另外，除了增加了有源濾波，還配了7%的電抗，以抑制諧波5 次諧波，但是現(xiàn)場(chǎng)電抗器非ABB 原配，分別為日芝電氣的CKSG-50/0.48-7 和CKSG-100/0.48-7， 銘牌上電壓和無(wú)功值讀取為 480V3.49kVar 和480V6.97kVar，經(jīng)計(jì)算電抗率=電抗值/電容值x100%，電抗率（2 個(gè)25kVar）=3.49/50≈7.0%，電抗率（4 個(gè)25kVar）=6.97/100≈7.0%，雖然無(wú)功補(bǔ)償成套裝置非原配，是不同品牌組合而成的，但是電壓和電抗率均符合要求。

低壓室4 樓和5 樓的無(wú)功補(bǔ)償裝置配置方式為1 個(gè)480V的25kVarABB 品牌的CLMD43 的電容器為1 組，共1 組；1 個(gè)480V 的25kvarABB 品牌的CLMD43 的電容器為1 組，1 組50kVar，共1 組；3 個(gè)480V 的25kvarABB 品牌的CLMD43 的電容器為1 組，1 組75kVar，共3 組。除了增加有源濾波，還配備7%的電抗，以抑制諧波5 次諧波。現(xiàn)場(chǎng)電抗器同樣非ABB 原配， 為 日 芝 電 氣 的 CKSG-25/0.48-7、CKSG-50/0.48-7 和CKSG-75/0.48-7，銘牌上電壓和無(wú)功值讀取為480V1.74kVar 、480V3.49kVar 和480V5.25kVar，經(jīng)計(jì)算電抗率=電抗值/電容值x100%，電抗率（1 個(gè)25kVar）=1.74/25≈7.0%，電抗率（2 個(gè)25kVar）=3.49/50≈7.0%，電抗率（3 個(gè)25kVar）=5.25/75≈7.0%，電壓和電抗率均符合標(biāo)準(zhǔn)。

5 層樓的有源濾波裝置都未看到銘牌，只看到CIBAUD 的字樣，經(jīng)查未搜到相應(yīng)品牌，暫估該有源濾波是國(guó)內(nèi)組裝產(chǎn)品并且有源濾波裝置一直未運(yùn)行。

綜合配置統(tǒng)計(jì)如表1 所示。

3 改造思路分析

針對(duì)在巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，通過(guò)關(guān)閉電容器組開(kāi)關(guān)，停電放電后使用萬(wàn)用表量取電容器兩端的電容值，判斷電容器是否可用。現(xiàn)場(chǎng)使用的電容器型號(hào)為25kvar480V 50Hz。由Qc=3*ω*C*Un2 可 知，C1=Qc/ (3*ω*Un2)=Qc/ (3*2πf* Un2)=25*103/(3*2π*50*4802)=115.23f。電容內(nèi)部為三角形接法，實(shí)際測(cè)試時(shí)測(cè)試ABC 任意2 相分接頭，測(cè)試值C2=1.5C1=172.8μf。根據(jù)國(guó)際電工相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)IEC60831 規(guī)定，低壓電容器容值的允許值為80%-110%的標(biāo)稱(chēng)容值，故25KVAR 電容器的容值允許范圍為138.2-190.0μf。實(shí)測(cè)時(shí)，電容器兩端的電容值都在170μf，在電容器允許范圍內(nèi)，由此判斷其電容器可用，一次設(shè)備完好，診斷為二次控制有問(wèn)題，更換二次控制方式。

3.1 ABB 電容器（如圖1）

ABB 的CLMD 電容器一般由堅(jiān)固的端子、開(kāi)孔片、接地端子、放電電阻和金屬外殼等組成。其中，CLMD 電容器的干式繞組是經(jīng)過(guò)特殊處理的聚丙烯薄膜，具有安全、可靠等特性。熱縮外殼內(nèi)經(jīng)過(guò)真空處理并用熱固樹(shù)脂材料填充以獲得良好的密封效果，大大提高了CLMD 電容器的電氣特性。

CLMD 電容器采用干式設(shè)計(jì)，可以通過(guò)不同的連接方式組成三相電容器或單相電容器并保持相對(duì)的頻率，電壓等。電容器箱體內(nèi)填充了惰性的防火無(wú)機(jī)顆粒，不會(huì)產(chǎn)生漏液等情況，電容器具有一定阻燃性，防止著火燃燒。另外，電容器在運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量可以通過(guò)自帶的熱平衡裝置進(jìn)行有效的散熱。在保證了安全性的同時(shí)，CLMD 電容器的損耗也是非常低的，電容器介質(zhì)的損耗低于0.2W/kvar，總損耗低于0.5/kvar。

表1

3.2 RVC 控制器（如圖2）

ABB 的RVC 控制器的適用電壓在100V-440V 之間，可以用來(lái)測(cè)量和顯示關(guān)鍵參數(shù)，例如常規(guī)的電壓、電流、功率因素；諧波電壓THDV 和諧波電流THDI；起動(dòng)電流C/K、激活回路數(shù)、切換順序類(lèi)別、移相、特殊連接等。ABB 的RVC 控制器的采樣電流可以為1A 或者5A，通過(guò)現(xiàn)有的功率因素值cosφ 與設(shè)置的目標(biāo)值cosφ，計(jì)算出需要的無(wú)功補(bǔ)償量，對(duì)電容器進(jìn)行投切。ABB 的RVC 控制器的設(shè)置比較簡(jiǎn)單，調(diào)試也比較方便，可以全自動(dòng)識(shí)別參數(shù)并全自動(dòng)運(yùn)行，也可根據(jù)不同的場(chǎng)景進(jìn)行手動(dòng)控制。

圖1

如果RVC 控制器運(yùn)行中在發(fā)生了異常，那么會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)：

a.電源電壓失壓/欠壓；

b.THDV 的值過(guò)大；

c.在投切中，cosφ 一直沒(méi)有達(dá)到目標(biāo)值且持續(xù)了6 分鐘；

d.RVC 的內(nèi)部溫度過(guò)高，達(dá)到了到85℃及以上。

3.3 改造方法

接觸器安裝通過(guò)測(cè)量安裝原晶閘管的安裝板，比較接觸器的尺寸，根據(jù)電氣安全要求得出再安裝方案。在鈑金上定位打孔安裝接觸器；RVC 控制器安裝在電容柜側(cè)邊門(mén)板，以開(kāi)槽安裝的方式實(shí)現(xiàn)。

二次線(xiàn)：RVC 控制器的原理是采集進(jìn)線(xiàn)側(cè)的單相電流和單相電壓并控制電容電抗回路的輸出。因此將進(jìn)線(xiàn)A 相電流串聯(lián)，并聯(lián)A 相電壓，拆除電容柜電壓回路，晶閘管的風(fēng)扇控制回路，電容電抗控制回路。這樣既保證了原有源濾波的采樣和控制，又新增了RVC 電容電抗的控制。

4 電容柜改造實(shí)施

4.1 安裝施工

4.1.1 現(xiàn)場(chǎng)情況分析

1 樓至3 樓的電容柜現(xiàn)場(chǎng)有圖紙，經(jīng)查看，現(xiàn)場(chǎng)控制器即控制有源濾波又控制電容器。控制器輸入有進(jìn)線(xiàn)側(cè)的三相電流和三相電壓，電容柜和裝置電壓，輸出有晶閘管的風(fēng)扇控制，電容電抗回路控制，顯示屏的輸出和有源濾波的通訊。最大難點(diǎn)是要保留有源濾波回路。

4 樓至5 樓的電容柜現(xiàn)場(chǎng)無(wú)圖紙，經(jīng)查看是通過(guò)PLC 控制的系統(tǒng)，控制方式與樓下相同，難點(diǎn)是需要合適二次線(xiàn)纜。

4.1.2 實(shí)施步驟

a.停電、驗(yàn)電、隔離；

b.拆除原晶閘管，連接線(xiàn)以及二次控制線(xiàn)路等；

c.安裝固定接觸器，RVC 控制器；

d.制作一次電纜，并接線(xiàn)；

e.制作二次線(xiàn)纜，并接線(xiàn)；

f.檢查接線(xiàn)無(wú)誤，檢測(cè)絕緣合格后清理柜體，送電調(diào)試。

4.1.3 電氣安裝材料清單

圖2

安裝改造過(guò)程中用到的工具包括電動(dòng)螺絲刀、剝線(xiàn)鉗、電工鉗、尖咀鉗、萬(wàn)用表等；手電鉆、活動(dòng)扳手、內(nèi)/外六角扳手、鋼直尺、角度尺、鋼鋸架及鋸條、擴(kuò)孔器、絕緣鞋、安全盔，電工安全帶等。

表2 1 套配電柜（ 1 樓至3 樓，共6 套，1 套2 個(gè)柜子）

表3 1 套配電柜（ 4 樓至5 樓，共4 套，1 套1 個(gè)柜子）

4.2 調(diào)試與送電

首先，查看一次主回路是否連接，檢查設(shè)備、電纜等的連接螺栓是否有擰緊。通過(guò)萬(wàn)用表等檢查電容柜內(nèi)的二次采樣電流、電壓等接線(xiàn)是否正確，并用萬(wàn)用表測(cè)量導(dǎo)通情況，一切正常后通電，啟動(dòng)RVC 控制器，按MODE 按鈕兩次激活A(yù)UTO SET模式，AU 出現(xiàn)在液晶顯示屏上。同時(shí)按+和- 按鈕啟動(dòng)自動(dòng)設(shè)置，AU 開(kāi)始閃爍，然后會(huì)自動(dòng)設(shè)置C/K、相位、輸出和序列，停止閃爍后設(shè)置完成。按一下MODE 按鈕以激活目標(biāo)功率因素值0.95 的設(shè)置，重復(fù)使用MODE 按鈕以重新激活A(yù)UTO 方式。

4.3 安全性保障

電容柜關(guān)停熔斷器組后需要將電流互感器的二次側(cè)熔絲斷開(kāi)再進(jìn)行短接，因?yàn)殡娏骰ジ衅髡９ぷ鲿r(shí)，一次和二次側(cè)的磁通互相抵消，當(dāng)二次側(cè)開(kāi)路后，二次側(cè)電流為零，二次側(cè)磁通消失，導(dǎo)致一次側(cè)產(chǎn)生的磁通直接加在鐵心上使鐵心發(fā)熱，燒掉絕緣外殼。另外二次開(kāi)路還會(huì)感應(yīng)出很高的電壓,危及人身安全。

雖然熔斷器組已關(guān)停，但是主母排經(jīng)過(guò)電容柜的上方帶有400V 的電，依然是安全隱患，所以現(xiàn)場(chǎng)采用絕緣板遮擋，防止改造時(shí)的觸電隱患。

現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)槽安裝RVC 控制器也是一個(gè)重要的注意點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)切割柜門(mén)產(chǎn)生金屬屑，會(huì)導(dǎo)致短路等危險(xiǎn)，因此現(xiàn)場(chǎng)采用博世的曲線(xiàn)鋸并用抹布遮擋，使其危險(xiǎn)性降至最低。

各類(lèi)工具在使用前應(yīng)檢查是否有效，無(wú)效應(yīng)立即更換。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施時(shí)應(yīng)設(shè)有專(zhuān)人監(jiān)督，在安全質(zhì)量和安全方面等對(duì)安裝實(shí)施人員全過(guò)程，全方位的監(jiān)督。另外安裝實(shí)施人員應(yīng)穿戴好工作服、鞋、手套、帽等必要的勞保用品。

施工現(xiàn)場(chǎng)可以通過(guò)帶電警示裝置，紅白帶等作為安全標(biāo)識(shí)，并配有符合要求的專(zhuān)人監(jiān)護(hù)來(lái)指引并監(jiān)督安全施工。不同工作界面產(chǎn)生交叉作業(yè)時(shí)，應(yīng)避免不必要的交叉產(chǎn)生的安全隱患。安裝實(shí)施人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)禁觸動(dòng)一切非本次相關(guān)的客戶(hù)設(shè)備，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)應(yīng)當(dāng)及時(shí)報(bào)告甲方或現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人解決。

項(xiàng)目完成或該階段結(jié)束時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)人員應(yīng)當(dāng)從現(xiàn)場(chǎng)清除并運(yùn)走任何建筑垃圾和不再需要的臨時(shí)工器具，例如拆卸的舊設(shè)備，安裝時(shí)產(chǎn)生的廢端子等，做到現(xiàn)場(chǎng)整潔、文明施工。

結(jié)束語(yǔ)

本次電容柜改造項(xiàng)目通過(guò)改變電容柜的控制方式，將之前的晶閘管控制改為成熟可靠的RVC 控制接觸器吸合，提高了穩(wěn)定性和可靠性。期間遇到的難點(diǎn)主要有兩個(gè)，一個(gè)是4 樓和5 樓沒(méi)有圖紙，需現(xiàn)場(chǎng)排摸；另一個(gè)是要保留原有濾波器，由此將控制和采樣回路分別進(jìn)行了串聯(lián)。改造完成后進(jìn)行了為期一個(gè)月的試運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)狀態(tài)指示燈、功率因素等均顯示正常，系統(tǒng)正常運(yùn)行。