淺析公變?nèi)T配電箱無功補償設(shè)備的改進

馬勁東，盧美玲，周恩珍

（1.溫州電力局，浙江 溫州 35000；2.東嶼發(fā)電廠，浙江 溫州 325000）

農(nóng)村低壓電網(wǎng)處于電網(wǎng)的最末端，用戶多為低壓用戶，因此，補償?shù)蛪簾o功負荷是農(nóng)網(wǎng)無功補償?shù)年P(guān)鍵。搞好低壓補償，不但可以減輕上一級電網(wǎng)補償?shù)膲毫?，而且還可以提高用戶配電變壓器的利用率，改善用戶功率因數(shù)和電壓質(zhì)量，并有效降低電能損失，減少用戶電費，因而低壓補償對用戶和電力部門均有益。

溫州電力局甌海供電分局轄有約1500多臺公用配變，其中大部分布置在農(nóng)村，并且都是已經(jīng)配上不銹鋼三門配電箱（簡稱三門箱）的桿變。三門箱中除了極少量容量或負荷很小的公變外均配有無功補償設(shè)備。為降低線損在大力增加無功補償設(shè)備的同時，改造并保證已有的無功補償設(shè)備可靠運行，將會使設(shè)備起到應(yīng)有的作用。

1 并聯(lián)無功補償原理

公變?nèi)T箱無功補償設(shè)備主要采用跟蹤補償?shù)牟⒙?lián)電容器無功補償原理。跟蹤補償是指以無功補償投切設(shè)備作為控制、保護設(shè)備，將低壓電容器組補償在0.4 kV母線上的補償方式。補償電容器的固定連接組可起到相當(dāng)于隨器補償?shù)淖饔茫S器補償是指將低壓電容器通過低壓保險接在配電變壓器二次側(cè)，以補償配電變壓器空載無功的補償方式），補償用戶自身的無功基荷。而投切連接組則用于補償無功峰荷部分，方式分為自動和手動兩種。用戶負荷有一定的波動性，故選用自動投切方式，可較好地跟蹤無功負荷變化，運行方式靈活，運行維護工作量小。

在實際電力系統(tǒng)中大部分負載為異步電動機，包括異步電動機在內(nèi)的絕大部分電氣設(shè)備的等效電路可看作電阻R與電感L串聯(lián)的電路，其功率因數(shù)為：

將R，L電路并聯(lián)再接入電容C之后，電路如圖1（a）所示，電路的電流方程為：

圖1 并聯(lián)電容補償無功功率的電路和相量圖

為提高無功補償?shù)慕?jīng)濟效益，減少無功功率的流動，應(yīng)盡量選擇就地就近分組補償，如果補償?shù)碾娙蓦娏鞯扔陔姼须娏?，功率因?shù)將等于1，這時無功功率全部由電容器供給，而電網(wǎng)只傳輸有功功率，是最佳補償狀態(tài)。

2 設(shè)備運行中發(fā)現(xiàn)的問題

公變?nèi)T箱無功補償設(shè)備主要由無功補償控制器、電流互感器、熔斷器、空氣開關(guān)、接觸器、電容器等組成。其中，1個空氣開關(guān)和1個7.5 kvar電容器連接組成固定補償，相當(dāng)于隨器補償?shù)淖饔?。而其?組并聯(lián)電容器構(gòu)成自動補償，接線原理如圖2所示。

無功補償控制器，采用高性能單片機，充分利用計算機的高速運算力和邏輯判斷力，對電流互感器采樣所得的電流信號等進行運算和判斷，按功率因數(shù)的大小向接觸器發(fā)出指令，通過接觸器的動作與否決定電容器的投入和切除。熔斷器的作用是在電容器或接觸器故障時能迅速熔斷切除故障設(shè)備保護其他設(shè)備的正常運行。

在公變?nèi)T箱無功補償設(shè)備的運行維護中，發(fā)現(xiàn)了以下問題：

圖2 公變?nèi)T配電箱無功補償裝置改造前系統(tǒng)設(shè)備原理圖

（1）作為隨器補償作用的固定連接電容器都是7.5 kvar，而變壓器的容量型號是不同的，故而一些配變在負荷低谷接近空載時會出現(xiàn)過補償。通常不希望出現(xiàn)過補償?shù)那闆r，因為這會引起變壓器二次電壓的升高，而且容性無功功率在電力線路上傳輸同樣會增加電能損耗，如果供電線路電壓因此而升高，還會增大電容器本身的功率損耗，使溫升增大，影響電容器的壽命。

（2）為了能安全地進行無功補償設(shè)備維修，每次維修均需對相關(guān)變壓器停電。因為12只瓷管型熔斷器是裸露著緊密排列的，在平時檢修維護時會有安全隱患。若是帶電檢修，這些裸露老化的瓷管熔斷器極易引起短路或觸電；若是停電檢修，則會導(dǎo)致供電量的損失，降低供電可靠性。

（3）在無功補償控制器的出廠參數(shù)中，默認的電容器投入和切除的功率因數(shù)門限分別為0.95和1。而提高功率因數(shù)除了合理選擇設(shè)備容量、努力提高自然功率因數(shù)外，一般多采用并聯(lián)電容補償。當(dāng)功率因數(shù)愈接近1時，提高功率因數(shù)所需的補償設(shè)備費用愈大，如負荷為120 kW、功率因數(shù)為0.72時，要將功率因數(shù)提高到0.9，經(jīng)計算所需的電容器容量為57.5 kvar；如提高到1，則需116 kvar?？梢?，功率因數(shù)由0.72提高到0.9時，每提高0.01所需的電容器容量為57.5/18＝3.2 kvar；而由0.9提高到1時，則每提高0.01就需（116-57.5）/10＝5.85 kvar，兩者相差近一倍。 因此無功補償控制器的參數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的實際情況重新設(shè)定。

（4）春節(jié)期間是年負荷低谷，為保證電網(wǎng)運行設(shè)備的安全和電網(wǎng)的供電質(zhì)量，對電網(wǎng)無功電壓進行專項控制治理，公用配變手動補償?shù)碾娙萜魅客顺觯詣友a償設(shè)備卻無法與系統(tǒng)脫離。原來自動切除的功率因數(shù)門限為1，而春節(jié)期間的功率因數(shù)是不能超過0.97的，這也要求對切除門限進行重置并對設(shè)備進行有效地改造。

3 改造措施

（1）由于固定補償能有效限制農(nóng)網(wǎng)無功基荷，補償效果好，具有較高的經(jīng)濟性，因此應(yīng)該從各個容量等級的配電變壓器上進行隨器補償。為了防止出現(xiàn)過補償或產(chǎn)生鐵磁諧振等情況，應(yīng)確定補償容量Qc小于配電變壓器的空載無功功率Q0，有資料推薦選用 Qc＝（0.95～0.98）Q0。 確定隨器補償電容器的容量可參照表1，對不同容量型號的配變進行區(qū)別配置。

表1 補償配電變壓器空載無功的最大電容量 kvar

（2）設(shè)備停電檢修大多會減少供電、降低供電可靠性，有些還會破壞電網(wǎng)經(jīng)濟運行方式，增加線損。為了解決無功補償設(shè)備運行維護的安全可靠，并且盡量減少停電次數(shù)、縮短停電時間，降低線損，可在無功補償設(shè)備的接入口加裝容量適當(dāng)、外形較小的空氣開關(guān)。為使開關(guān)正常工作，應(yīng)對無功補償設(shè)備的最大工作電流進行計算。如普通公變?nèi)T箱無功補償設(shè)備共有5個電容器，容量4個為16 kvar，1個為7.5 kvar。電容器的額定電流是：

式中：IN為電容器額定電流；QN為電容器額定功率；UN為電容器額定電壓。

則無功補償設(shè)備的額定電流是：

式中：IS為無功補償設(shè)備的額定電流；Ii為單臺電容器的額定電流。

由此選擇外形較小、額定電流160 A的空氣開關(guān)（DZ253）加在無功補償設(shè)備的接入口，見圖2中的虛框部分，既可以起到對設(shè)備的保護，又大大方便了平時的維護，檢修時不需停電，只要斷開空氣開關(guān)即可。在春節(jié)年負荷低谷期，也只要斷開空氣開關(guān)，就可以退出所有電容器，使電網(wǎng)無功電壓控制效率大大提高。

（3）在無功補償設(shè)備的運行維護中，對所有的整定參數(shù)進行調(diào)查和調(diào)整，主要是重新設(shè)定投入和切除的功率因數(shù)門限為0.9和0.97。根據(jù)不同的線路無功負荷，在不同的配變?nèi)T箱上配置不同容量的電容器，既能達到無功精確補償?shù)哪康?，又能降低補償設(shè)備的費用。

4 結(jié)語

在長期的摸索實踐中，甌海供電分局著眼于公變?nèi)T箱無功補償設(shè)備的細節(jié)，逐步開展了以片區(qū)站所所屬的公變?yōu)橹鞯妮喠鳈z修維護。通過認真調(diào)查和計算，開展了設(shè)備的專業(yè)創(chuàng)新改造，取得了良好的效益。

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