線路低壓無功自動補償箱的安裝分析

陶永軍

（北京市京電博源供用電工程安裝有限公司，北京 昌平 102200）

本文對線路低壓無功自動補償箱的安裝進行分析，明確安裝各個環(huán)節(jié)的要點，減少電能耗損。

1 無功補償與自動補償箱選擇

低壓無功自動補償箱主要有綜合變壓器補償箱、工業(yè)沖擊性負荷變壓器補償箱兩種類型。第一，綜合變壓器補償箱的負荷變化速率較低，一般不像低壓無功自動補償箱頻繁投切，每天投切5～8 次即可。選擇補償箱時，以帶有觸點的補償箱為主，并且考慮其經(jīng)濟性、穩(wěn)定性，例如將交流接觸器當作開關(guān)元件，交流接觸器投切壽命約為數(shù)千次。第二，工業(yè)沖擊性負荷變壓器補償箱，常在選礦、煉鐵等領(lǐng)域應(yīng)用。因為負荷變化比較快，所以低壓無功自動補償箱投切頻率也比較高，每天投切次數(shù)約幾十次。選擇設(shè)備時，建議優(yōu)先挑選大功率可控硅，將其作為開關(guān)元件。優(yōu)勢在于沒有火花和噪聲，無震動，且具有極高的穩(wěn)定性，抑制沖擊性與波動性，可規(guī)避負載對于電網(wǎng)電壓波動的干擾，保證電能質(zhì)量，延長無觸點開關(guān)元件使用壽命，且可控硅投切次數(shù)多達十萬次。

2 設(shè)定低壓無功自動補償箱額定參數(shù)

無功補償裝置是由串聯(lián)補償裝置、同步電機、并聯(lián)電抗器補償裝置、并聯(lián)電容器補償裝置、靜補裝置等組成：（1）串聯(lián)補償裝置。輸電線路上將電容器串聯(lián)，起到抵消線路電感的作用，一般在長距離高壓輸電線路中應(yīng)用，可以加強電網(wǎng)輸電性能。由于低壓電網(wǎng)電流大，所以無法采用串聯(lián)補償裝置[1]。（2）同步電機。同步電機處于特殊工況下，當感受到系統(tǒng)電壓降低，會自動增加無功輸出，提高電壓的同時吸收無功，使電力系統(tǒng)始終保持平衡。（3）并聯(lián)電抗器補償裝置。該裝置在超高壓電路中比較常用，連接輸電線末端與地。（4）并聯(lián)電容器補償裝置。對于110 kV及以下用戶，如果自然功率因數(shù)不足，便會選擇安裝并聯(lián)電容器補償裝置，達到人工補償?shù)哪康腫2]。

低壓無功自動補償箱和電容器補償裝置并聯(lián)，通常在AC 660 V、AC 380 V電網(wǎng)無功就地平衡中的適用性較高。設(shè)計自動補償箱額定參數(shù)，首先需要計算無功補償箱電容器的容量。最大負荷計算補償容量為

式中：Q為補償容量；Pc為最大負荷有功功率；tanφ1為最大負荷功率因數(shù)角正切值；tanφ2為目標功率因數(shù)角正切值。

提升電壓要求計算補償容量，公式為

式中：Q為補償容量；ΔU為補償之后的變電站母線電壓升高值；Ub為補償之前變電站母線電壓；XL為變電站送電線路感抗值。

平均負荷計算補償容量，公式為

式中：Q為補償容量；Pc為最大負荷有功功率；aaυ為年平均有功負荷系數(shù)。

其次需要確定無功補償箱電容器的額定電壓，需要分析電網(wǎng)額定電壓，以及并聯(lián)電容器在連接電網(wǎng)之后引起母線電壓升高的情況，串聯(lián)電抗器使電容器端子電壓提升，以及諧波導致電壓升高。

3 低壓無功自動補償箱安裝要點

3.1 安裝線路加裝補償箱

確定補償綜合變壓器安裝部位。綜合變壓器的低壓負荷具有較高均衡性，一般情況下沒有絕對大的無功流量。所以，無功補償箱采樣電流，建議將變壓器低壓側(cè)出口電流作為基準。組織補償箱測試，可以得知變壓器出口無功需量比較大，在投入了無功容量之后，變壓器經(jīng)過補償無功，輸出電流對比總負荷電流較小[3]。

確定補償工業(yè)沖擊性負荷變壓器的安裝部位。比如選礦使用變壓器的負荷具有集中性，所以無功補償裝置采樣電流建議選擇負荷側(cè)工作電流，優(yōu)先以沖擊負荷就地補償為主。根據(jù)低壓無功自動補償箱安裝的實操經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)補償箱測試環(huán)節(jié)可以確定負荷側(cè)無功需量比較大，在投入無功容量后，補償負荷需要的無功功率也相對較大，變壓器輸出電流和補償之前的總負荷電流相比較小，使得變壓器容載比得到提升。

3.2 確定補償容量與單組容量

選擇補償容量。綜合變壓器負載率以50%為準，具體可以將變壓器自然功率因數(shù)設(shè)定為0.8進行計算。若變壓器容量設(shè)定為315 kVA，那么補償無功需要按照進行計算，得出無功值在變壓器容量中的占比是Q/S= 95/315 = 0.3，為30%。為此，綜合變壓器無功補償容量以變壓器容量25%～30%為準進行設(shè)定。選礦與煉鐵領(lǐng)域應(yīng)用的變壓器，因為其負載率比較高，部分實際負載率甚至會達到變壓器額定容量150%～180%。所以補償容量需要參考測量負荷電流再行確定，以免選定電流互感器變比小導致電流互感器、補償箱中的設(shè)備出現(xiàn)燒毀現(xiàn)象[4]。

選擇單組容量。補償箱內(nèi)部所有電容容量的確定，建議以變壓器最小負荷為依據(jù)確定。當負荷電流I= 50 A 時，自然功率因數(shù)可以設(shè)定為0.8，需要補 償 無 功 可 以 根 據(jù) 公 式r進行計算。如果每組容量超過Q時，即表示無法投入或是投入之后可能導致過補現(xiàn)象。為此，每組電容容量以15～20 kvar為最佳。

4 低壓無功自動補償箱安裝效果

實踐表明，自動補償箱運行狀況較好，功率因數(shù)得到基本改善，減少運行期間電能的耗損消，提升電能質(zhì)量，用電成本減少。自動補償箱具有監(jiān)測電網(wǎng)數(shù)據(jù)的功能，用戶電力負荷水平發(fā)生異常波動，電容器組容量自動增減，與此同時也會自動跟蹤補償無功功率，達到節(jié)能降耗的目的。安裝線路低壓無功自動補償箱，應(yīng)提前設(shè)定好相關(guān)額定參數(shù)，同時應(yīng)結(jié)合實際需求選擇合適的補償箱，最大程度地發(fā)揮出自動補償箱優(yōu)勢，減少電能耗損與成本支出，提高電力系統(tǒng)以及相關(guān)設(shè)備的運行效率。