淺談低壓電容補償裝置的選型及安裝調(diào)試

【摘要】工礦企業(yè)的配電系統(tǒng)中， 低壓電容補償裝置在提高功率因數(shù)，改善電壓質(zhì)量方面，發(fā)揮著積極的作用。本文根據(jù)污水處理廠建設(shè)中的電氣安裝實踐， 對電容補償裝置的選型及安裝調(diào)試進行分析論述，并提出技術(shù)要求和解決方案。

【關(guān)鍵詞】低壓配電系統(tǒng)、電容補償、安裝調(diào)試、功率因數(shù)

1.引言

低壓電容補償裝置廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)的配電系統(tǒng)中，起到降低無功功率，提高配電系統(tǒng)有功功率的輸送比例，提高功率因數(shù)，改善電壓質(zhì)量，穩(wěn)定設(shè)備運行的作用。

然而裝置中的各主要元件若配置不當，則容易發(fā)生過度補償、欠補償、補償投切過于頻繁、電容器過熱，造成設(shè)備故障，嚴重時甚至發(fā)生爆炸事故。為保證電容補償裝置正常運行，減少電氣事故的發(fā)生，必須切實做好電容補償裝置的選型及安裝調(diào)試工作。

2.電容補償原理

在配電系統(tǒng)中存在一種電場與磁場的交換，用作于電氣設(shè)備中建立和維持磁場的電功率，這就是無功功率。無功功率并不用于做有用功，但它是通過電網(wǎng)產(chǎn)生、傳輸和配送，從而加大了變壓器、發(fā)電機和線路的負擔(dān)，引起線路壓降和損耗，降低功率因數(shù)。

電容補償?shù)脑恚前丫哂腥菪怨β守摵傻难b置和感性功率負荷并聯(lián)在同一電路系統(tǒng)里，能量在兩種負荷間相互轉(zhuǎn)換。電容補償裝置主要是由若干組開關(guān)（含熔斷器）、切換電容接觸器、電抗器、電容器，以及具有測量、控制、保護、信號和調(diào)節(jié)功能的功率因數(shù)控制器組成。當系統(tǒng)中電動機起動時，產(chǎn)生感性無功功率，控制器檢測到電流矢量滯后于電壓矢量，通過吸合接觸器，投入一組電容器進行容性無功功率補償，緩解這種滯后現(xiàn)象。一般企業(yè)都采用低壓電容補償裝置來降低無功功率，提高功率因數(shù)。

3.低壓電容補償方式宜采用集中補償和分散補償相結(jié)合的方式

3.1 集中補償：裝設(shè)在企業(yè)總變電所的變壓器低壓側(cè)母線上，可減少變壓器及輸電線路的無功損耗，而且能提高本變電所的供電電壓質(zhì)量。

3.2 分散補償：根據(jù)用電設(shè)備對無功的需要量，將單臺或多臺低壓電容器組分散地裝設(shè)在車間低壓母線上。其特點是用電設(shè)備運行時，無功補償投入，用電設(shè)備停運時，補償設(shè)備也退出，可減少配配電系統(tǒng)中的無功流動，減少線路的導(dǎo)線截面，無功容量較小，效果較明顯。

3.3 低壓補償?shù)膬?yōu)點：接線簡單、運行維護工作量小，使無功就地平衡，從而提高變壓器的利用率，降低網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟性，是目前無功補償中常用的手段之一。

4.低壓電容補償裝置關(guān)鍵元器件的技術(shù)要求

低壓電容補償裝置采用自動分步補償電容的方式，補償無功同時，具備消諧功能。補償回路采用主熔斷器、分路熔斷器、電容器接觸器、濾波電抗器、電容器串聯(lián)回路形式，以自動控制電容器的投入與切離，達到所設(shè)定的功率因數(shù)并有效抑制諧波電流，使生產(chǎn)設(shè)備可靠運行。

4.1 功率因數(shù)控制器：設(shè)定范圍：0.80（電感性）～1～–0.8（電容性）；報警功能：欠/過補償，欠/過電流，欠/過電壓，過溫度，諧波電壓過大。

4.2 低壓電力電容器：干式電容器，額定電壓420V以上，采用聚丙烯膜作電介質(zhì)，具有自愈性能，具過電流、過壓力、過溫度保護功能。電容器被永久擊穿時僅故障元件退出運行，其他元件仍可正常運行。

4.3 消諧電抗器：專用電抗器的額定電壓為400V，工礦企業(yè)取諧波5次以上，電抗率宜選用4.5～7%。

4.4 電容器接觸器：專用接觸器，采用容性接觸器，帶有滅弧功能的超前輔助觸點。額定絕緣電壓：690V。

4.5 低壓電容補償裝置應(yīng)安裝于室內(nèi)，環(huán)境溫度：-25℃～+45℃；電容器的開關(guān)、保護裝置及連接件的額定電流必須能承受電容器額定電流的1.5倍；為保證調(diào)諧頻率準確和穩(wěn)定，電容器、電抗器宜采用同一生產(chǎn)廠家生產(chǎn)。

5.安裝調(diào)試要點

5.1 按設(shè)計要求，功率因數(shù)控制器取樣電流與取樣電壓不能同相。即若取A相作電流信號，那么電壓必須取B、C相電壓。如果取樣接線不正確，功率因數(shù)控制器就不能正常工作，補償結(jié)果就會出現(xiàn)的錯誤。

5.2 回路的通電試驗。在通電使用之前，應(yīng)該先檢驗回路接線是否正確，再進行通電試驗。當所有接線正確無誤后，在輔助電路分別通以85%和100%額定電壓下進行5次操作，所有電器元件的動作顯示，應(yīng)符合電路圖的要求，并且各個元器件動作靈活。

5.3 工頻過電壓保護試驗。進行該項試驗時，應(yīng)將電容器拆除，然后給裝置接上電源。并將電容器投切開關(guān)閉合，調(diào)整電源電壓到1.1倍額定電壓值，在規(guī)定1min時間內(nèi)，過電壓保護設(shè)施應(yīng)能將電容器支路與電源斷開。

5.4 功率因數(shù)控制器參數(shù)設(shè)置。

5.4.1 電流變比：變比值依據(jù)電流互感器變比，若電流互感器變比是800/5，則設(shè)置的變比值是160。

5.4.2 電容量：依據(jù)每組電容器實際配置的容量進行設(shè)置，單位：Kvar。

5.4.3 投切延時：30s。

5.4.4 功率因數(shù)cosΦ：0.95～0.97。

5.4.5 過電壓設(shè)置：430V。

5.5 電容補償裝置的調(diào)試

手動模式（空載）調(diào)試。將控制器設(shè)置為手動模式，進行手動投切電容試驗，同時觀察電容的投切是否正確，以及補償電流的變化是否正確。

自動模式（帶負載）調(diào)試。將控制器設(shè)置為自動模式，啟動一臺較大功率的設(shè)備，觀察功率因數(shù)低于設(shè)定值時，電容器應(yīng)能自動投入；停止這臺設(shè)備，電容器應(yīng)能自動切離。

6.電容器的安全運行

6.1 允許運行電流

正常運行時，電容器應(yīng)在額定電流下運行，最大運行電流不得超過額定電流的1.3倍，三相電流差不超過5 %。

6.2 允許運行電壓

電容器對電壓十分敏感，因電容器的損耗與電壓平方成正比，過電壓會使電容器發(fā)熱嚴重，電容器絕緣會加速老化，壽命縮短，甚至電擊穿。因此，電容器裝置應(yīng)在額定電壓下運行，一般不宜超過額定電壓的1.05倍，最高運行電壓不宜超過額定電壓的1.1倍。當母線超過1.1倍額定電壓時，須采取降溫措施。

6.3 合閘問題

電容器組禁止帶電重合閘。主要是因電容器放電需要一定時間，當電容器組的開關(guān)跳閘后，如果馬上重合閘，電容器是來不及放電的，在電容器中就可能殘存著與重合閘電壓極性相反的電荷，這將使合閘瞬間產(chǎn)生很大的沖擊電流，從而造成電容器外殼膨脹，甚至爆炸。所以，電容器組再次合閘時，必須在斷路器斷開3 min之后才可進行。因此，電容器不允許裝設(shè)自動重合閘裝置，相反應(yīng)裝設(shè)無壓釋放自動跳閘裝置。

6.4 允許運行溫度

電容器正常工作時，其周圍額定環(huán)境溫度一般為40℃～-25℃；其內(nèi)部介質(zhì)的溫度應(yīng)低于65℃，最高不得超過70℃，否則會引起熱擊穿，或是引起鼓肚現(xiàn)象。電容器外殼的溫度是在介質(zhì)溫度與環(huán)境溫度之間，不應(yīng)超過55℃。因此，應(yīng)保持電容器室內(nèi)通風(fēng)良好，確保其運行溫度不超過允許值。

6.5 爆炸問題

電容器在運行過程中，如出現(xiàn)電容器內(nèi)部元件擊穿、電容器對外殼絕緣損壞、密封不良和漏油、鼓肚和內(nèi)部游離、帶電荷合閘或是溫度過高、通風(fēng)不良、運行電壓過高、諧波分量過大、操作過電壓等情況，都有可能引起電容器損壞爆炸。

6.6 案例：電容投切頻繁故障分析

6.6.1 現(xiàn)象：污水廠泵站配電房的電容補償裝置在調(diào)試期間，出現(xiàn)電容投切頻繁問題，直接影響到電路中的主要器件（如接觸器、電容器）的使用壽命，并對設(shè)備的安全運行構(gòu)成威脅。

6.6.2 分析：泵站配電房的電容補償裝置總?cè)萘?00kvar，分為10組，即每組電容40kvar。現(xiàn)場調(diào)查顯示，當電路功率因數(shù)偏低時，補償裝置自動投入一組電容后，功率因數(shù)上升0.08，明顯出現(xiàn)過補償；緊接著補償裝置檢測到功率因數(shù)偏高，自動就退出一組電容，功率因數(shù)則下降0.08，又出現(xiàn)功率因數(shù)偏低的情況。如此循環(huán)，就形成了電容補償裝置投切頻繁的現(xiàn)象。

對無功補償?shù)碾娙萘窟M行復(fù)核。按設(shè)計圖紙的總裝負荷為768.18kw，計算負荷為534.56kw，大功率設(shè)備以4臺150kw的進水泵為主，占設(shè)備負荷84%，其電動機功率因數(shù)cosφ=0.78。取功率因數(shù)cosφ1=0.78提升到cosφ2=0.95，計算需要補償?shù)娜萘浚o功功率）：

Qjs=Pjs（tgφ1-tgφ2）

=P js[tg（arcosφ1）-tg（arcosφ2）]

=534.56×[0.802-0.329]=253（kvar）

（1）

實際上，泵站共有4臺的進水泵，其中常用的2臺由AB變頻器驅(qū)動。AB變頻器功率因素達95%，可不考慮補償，其他設(shè)備的功率因數(shù)都在0.75以上。那么，修正計算取P1=534.56-2×150=234.56（kw），功率因數(shù)cosφ1=0.75提升到cosφ2=0.95，補償容量則有：

Q1=P1（tgφ1-tgφ2）

=P1[tg（arcosφ1）-tg（arcosφ2）]

=234.56×[0.882-0.329]=130（kvar）

（2）

根據(jù)式（1）Qjs=253 kvar，式（2）Q1=130 kvar，對比電容補償裝置配置容量400kvar，顯然大了1倍左右。

綜上述分析，導(dǎo)致電容投切頻繁的原因是過補償，總補償電容量過大，分為10組后的每組電容量也是過大。

6.6.3 解決方案：因為Q1=130kvar，取總?cè)萘縌=150kvar，對裝置相關(guān)元器件的參數(shù)進行調(diào)整，電容器住仍分為10組，則有每組容量15kvar。

6.6.4 方案實施及效果。參照解決方案，按每組容量15kvar對電容補償裝置實施改造后，電容投切頻繁現(xiàn)象得以消除，達到了預(yù)期的使用效果。

6.6.5 案例啟示：低壓配電系統(tǒng)的電容補償裝置無功補償電容量，根據(jù)實際用電設(shè)備參數(shù)進行分析計算，才能取得理想的效果，尤其是對于分散補償方式。當不具備設(shè)計計算條件時，電容器安裝容量可按變壓器容量的10%～30%確定；對于電動機類型的功率負荷，補償量約為40%。

7.結(jié)語

無功電容補償技術(shù)是提高工礦企業(yè)供電能力、減少電壓損失和降低網(wǎng)損的一種有效措。低壓電容補償裝置具有無功補償原理簡單、安裝方便、投資小，有功損耗小，運行維護簡便、安全可靠等優(yōu)點。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和用電需求的不斷增加，運用補償電容器進行合理的無功補償，提高變配電系統(tǒng)的利用率，低壓電容補償裝置將起到重要的作用，取得更好的經(jīng)濟效益。