優(yōu)化無功補償提高功率因素

郭先標

(江西銅業(yè)集團公司德興銅礦，江西德興 334224)

1 引言

經濟發(fā)展和電網改造帶動了生產用電規(guī)模的不斷擴大，用電量與日俱增，用電結構逐步趨于復雜多樣，使電力供需矛盾突出。東破變電站受礦山擴能與電動輪倒礦影響，大功率的非線性負荷量大幅度增加，整個電網在運行過程中，面臨的無功沖擊和各種諧波污染情況越來越嚴重［1］。同時由于配電系統(tǒng)中存在大量的感性負荷，電能波動很大，線路電壓損失增大，電能損耗增加，輸配電設備效率降低，導致配電系統(tǒng)運行中的大量無功功率消耗，系統(tǒng)功率因數(shù)降低，而變電站功率因數(shù)是衡量電力系統(tǒng)經濟運行的重要指標。而現(xiàn)場又由于電容器分組不合理、容量不夠、不能自動投切等問題，從而使東破站存在電能質量差、功率因素低、無功功率分配不合理等狀況。

對東破變電站無功補償裝置改造，可以很大程度讓35kV整個電網中的電壓更加穩(wěn)定，使得電網的運行更為安全，推動整個電網的運行質量，電能質量也得到提升，從而使整個系統(tǒng)運行狀況得到改善［2］。

2 無功補償裝置

2.1 無功補償目的

通過投入電容器來提供無功容量，在滿足電壓的條件下，提高系統(tǒng)的功率因素，降低線損。當出現(xiàn)變電站處于低負荷運行時，無功功率相對較大，造成功率因素較低;或者當投入一組電容器后，由于電容器組的容量相對較大，往往會出現(xiàn)過補償?shù)那闆r，功率因素無法高，沒有達到降低線損的情況［3］。針對以上矛盾，我們在每段6kV母線接入一組可調磁控電抗器，當出現(xiàn)電容過補償?shù)那闆r時，通過調節(jié)可調磁控電抗器吸收過量的無功，這樣可使系統(tǒng)的無功降到最小，功率因素盡可能提高。

2.2 無功補償原理

電網輸出的功率包括兩部分:一是有功功率，直接消耗電能，把電能轉變?yōu)闄C械能、熱能、化學能或聲能，利用這些能作功，這部分功率稱為有功功率;二是無功功率，不消耗電能，只是把電能轉換為另一種形式的能，這種能作為電氣設備能夠作功的必備條件，并且這種能是在電網中與電能進行周期性轉換［4］，這部分功率稱為無功功率(如電磁元件建立磁場占用的電能，電容器建立電場所占的電能)。無功補償?shù)木唧w實現(xiàn)方式是把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷并聯(lián)接在同一電路，能量在兩種負荷之間相互交換。這樣，感性負荷所需要的無功功率可由容性負荷輸出的無功功率補償。

動態(tài)無功補償由無功補償控制器通過站內的綜自系統(tǒng)來實現(xiàn)對主變、電容器的開關進行控制，站內6kV電壓、各主變的有功和無功功率、主變檔位、電容器的開關位置由綜自系統(tǒng)送到無功補償裝置［5］，經邏輯判斷后，把結果送綜自系統(tǒng)執(zhí)行，同時在無功補償裝置與調度自動化系統(tǒng)之間設置對主變檔位遙調和電容器開關遙控的閉鎖功能，當無功補償裝置投入閉環(huán)運行時，自動閉鎖調度自動化系統(tǒng)的遠方和當?shù)貙χ髯兒碗娙萜鞯目刂乒δ堋?/p>

3 無功補償工藝介紹

3.1 無功補償系統(tǒng)改造

對東破變電站6kV高壓無功補償系統(tǒng)進行改造，增加無功補償裝置以及相關的控制配套設施，比如電容器、真空斷路器、保護等，無功補償裝置和配套設施共同作用，對變電站實現(xiàn)無功補償。通過對站內6kV電壓、主變的無功功率、電容器的開關位置等這些數(shù)據(jù)的采集，結合操作人員的設定值，實現(xiàn)對電容器、分接開關等實施自動控制，改善變電站電能性質，減少電能波動，從而有效提高變電站功率因素。

3.2 無功補償裝置主要功能

(1)電容器運行設置。選擇I、II段的任何一組或二組電容器運行，橙色表示啟用，綠色表示退出運行。

(2)九區(qū)運行設置。上限電壓:該電壓為V上7.1kV，當系統(tǒng)電壓大于該電壓時，系統(tǒng)電壓過高，控制器發(fā)出切除一組電容器組操作命令。如果系統(tǒng)電壓低于該值，則控制器根據(jù)系統(tǒng)無功需求來控制電容器組投切;下限電壓:該電壓為V下6.2kV，當系統(tǒng)電壓低于該電壓時，控制器將根據(jù)當前可投入的電容器組來選擇投入一組電容器，以提高系統(tǒng)電壓。如果系統(tǒng)電壓高于該電壓，則根據(jù)系統(tǒng)無功需求來控制投切電容器組;右防振蕩電壓:該電壓為6.8kv為防振右介限，當系統(tǒng)電壓大于該設置值時，只允許切除電容，不允許投入電容，當系統(tǒng)電壓小于該設置值時允許投、切控制;如果該電壓設置很接近V 上7.1kV［1］，則投入電容器組后，系統(tǒng)電壓會升高到超過V上7.1kV，于是系統(tǒng)會產生投、切振蕩;如果該電壓設置過低，則可能導致部分電容器組不能充分利用。一般防振電壓區(qū)域為200V到300V;該電壓為6.5kv防振左介限，當系統(tǒng)電壓低于該設置值時，只允許投入電容組，不允許切除電容，當系統(tǒng)電壓大于該設置值時允許投、切控制;本系統(tǒng)電容器組最小標稱容量為600kVAR，設置大于該標稱值100就可以。九區(qū)運行電壓、無功運行參數(shù)設置如圖1。

圖1 運行電壓、無功運行參數(shù)設置圖

(3)保護設置。電壓保護值:當系統(tǒng)電壓大于設定的過電壓保護值和低于設定的低電壓保護值時，切除全部電容器組。保護復歸:正常狀態(tài)下黃色按鈕為設備正常運行狀態(tài)指示;當保護跳閘時，按該鍵復歸，使電容自動投入。每組電容有兩個指示，前一個是電容跳閘指示，后一個是有故障電流指示;設置電容器保護動作時延，單位10ms，如設置值為20，保護動作時延則為0.2s。

(4)系統(tǒng)時間調節(jié)。放電延時:設定電容器組切除后最小放電時間單位0.1s，如設置為2000時，時間放電延時為200s，電鏟工作電壓波動時間是指電鏟在下鏟時的電壓波動識別，如設置為50(即5s)，則表明系統(tǒng)電壓穩(wěn)定5s后，才允許電容器投切。

(5)運行狀態(tài)記錄。記錄運行中出現(xiàn)操作、故障狀態(tài)、位置發(fā)生的時間和復歸時間，便于查找問題。

自動操作:在運行狀態(tài)指示界面的右上角有個按鈕，選擇為“自動”狀態(tài)，合上控制柜內的對應空開就可自動運行;手動操作:在運行狀態(tài)指示界面的右上角有個按鈕，選擇為“手”狀態(tài)，合上控制柜內的對應空開，按控制屏前面板上的合閘、分閘按鈕就可投切相應的電容器組［6］。自動和手動操作都受控于系統(tǒng)的安全操作邏輯，有效防止了誤操作。

(6)電容器運行狀態(tài)。當電容器組出現(xiàn)過故障跳閘后，直接在觸摸屏上按復歸按以下步驟操作:系統(tǒng)切換到手動狀態(tài);切斷該故障電容的合閘回路(控制屏內的2P空開);查出該電容器組的故障原因，并恢復，確保設備正常;復歸故障信號;合上該電容器組合閘回路開關;恢復運行。

熔絲熔斷處理:跳開該段電容進線開關，并推到冷備用位置;跳開其他電容器組;斷開控制屏所有電源;等待電容放電;對熔絲熔斷的電容器單獨放電;對電容器驗電、接地;檢測電容器，如果電容器沒有問題，更換熔絲，否則更換電容器;更換的熔絲或電容器型號參數(shù)應該一致;恢復運行。

4 結語

東破變電站通過無功補償系統(tǒng)改造，使無功負荷降低，提高了功率因數(shù);改善了供電電壓質量;安裝補償設備可以減少內部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率損耗，減少相應的電費支出，同時還可以避免因功率因數(shù)低于相關規(guī)定標準值而受到供電部門的經濟處罰［1］。值得在35kV變電站大力推廣。

［1］ 劉銳力.變電站無功補償技術探討［J］.機電信息，2011(14):10－13.

［2］ 劉煥聚，包玉，胡筱嗚，等.地區(qū)電網無功補償技術探討［C］//第四屆(2010)全國電力系統(tǒng)無功/電壓技術交流研討會論文集.上海:《電世界》雜志社，2010:4－6.

［3］ 羅亞橋，章海斌，陳自年.220kV變電站電容器補償技術［C］//2005電力電容器無功補償技術研討會 .西安:中國電工技術學會電力電容器專業(yè)委員會，2005:5－8.

［4］ 徐濤.探討110kV變電站設計與應用［J］.城市建設理論研究(電子版)，2011(36):20－23.

［5］ 林瑞宗.500kV福州變電站無功補償技術的若干問題［J］.福建電力與電工，2003(1):10－15.

［6］ 周佃民，李凱，李關定.無功補償技術在寶鋼供配電系統(tǒng)的應用［J］.電力需求側管理，2012(1):21－25.

［7］ 張建平.淺談無功補償技術在電氣自動化中的應用［J］.機電信息，2012(6):08－15.

［8］ 黃國政.變電站動態(tài)無功補償技術的探討［C］//第四屆(2010)全國電力系統(tǒng)無功/電壓技術交流研討會論文集.上海:《電世界》雜志社，2010:3－7.