無(wú)功補(bǔ)償裝置在膠東調(diào)水泵站中的應(yīng)用

袁　東，宋厚清，嚴(yán)　蕾（山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250014）

無(wú)功補(bǔ)償裝置在膠東調(diào)水泵站中的應(yīng)用

袁東，宋厚清，嚴(yán)蕾
（山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250014）

【摘要】壓控調(diào)容式無(wú)功補(bǔ)償裝置突破傳統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償理念，改變了電容器分組投切方式，一次性固定投入電容容量，通過(guò)改變電容器端電壓達(dá)到改變無(wú)功補(bǔ)償容量的目的，解決了電容器投切中的過(guò)電壓、涌流等技術(shù)難題，這一技術(shù)的應(yīng)用大大提高無(wú)功功率的投切質(zhì)量和無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的使用壽命。本文闡述了壓控調(diào)容式高壓無(wú)功補(bǔ)償裝置的特點(diǎn)以及在膠東調(diào)水大型輸水泵站變電站中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】壓控調(diào)容；高壓無(wú)功補(bǔ)償；膠東調(diào)水

膠東地區(qū)引黃調(diào)水工程是山東省最大的引黃調(diào)水工程，工程涉及濱州、東營(yíng)、濰坊、青島、煙臺(tái)、威海7市的多個(gè)縣區(qū)，是南水北調(diào)輸水干線的一個(gè)重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)山東水資源合理配置，尤其是緩解膠東地區(qū)的煙臺(tái)市和威海市水資源短缺，改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的重要水利基礎(chǔ)設(shè)施，是膠東地區(qū)經(jīng)濟(jì)生活穩(wěn)定、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展的重要保證。

高疃泵站是山東省膠東地區(qū)引黃調(diào)水工程新建第6級(jí)抽水梯級(jí)泵站，設(shè)計(jì)流量 5.5m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程65m，裝設(shè)4臺(tái)10kV高壓電機(jī)，其中2 臺(tái)1700kW同步電機(jī)，2臺(tái)1700kW異步調(diào)速電機(jī)，總裝機(jī)容量6800kW。星石泊泵站是山東省膠東地區(qū)引黃調(diào)水工程新建第7級(jí)抽水梯級(jí)泵站，設(shè)計(jì)流量 4.8m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程73m，裝設(shè)4 臺(tái)10kV高壓電機(jī)，其中3臺(tái)1700kW同步電機(jī)，1臺(tái)1700kW異步調(diào)速電機(jī)，總裝機(jī)容量也為6800kW。

1　　泵站無(wú)功補(bǔ)償方式的選擇

由于泵站需要長(zhǎng)期運(yùn)行，在泵站設(shè)計(jì)方案上應(yīng)選用節(jié)能、使用壽命長(zhǎng)的設(shè)備。而無(wú)功補(bǔ)償在供電系統(tǒng)中起到提高供電功率因數(shù)，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善電能質(zhì)量的作用。正確使用補(bǔ)償裝置，對(duì)于膠東調(diào)水大型泵站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有非常重要的作用，如使用不當(dāng)，可能造成電網(wǎng)電壓波動(dòng)、諧波增大、補(bǔ)償裝置壽命短等不利后果。

目前我國(guó)常用的高壓無(wú)功補(bǔ)償方式分為固定式和自動(dòng)補(bǔ)償方式。固定式無(wú)功補(bǔ)償裝置，由于補(bǔ)償容量不能隨著用電負(fù)荷大小的變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，已經(jīng)很少用于集中補(bǔ)償，多用于用電負(fù)荷固定的就地補(bǔ)償方式。自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償裝置由于能跟隨用電負(fù)荷的變化而自動(dòng)變換補(bǔ)償容量，使之供電系統(tǒng)的功率因數(shù)始終保持在0.9以上，達(dá)到節(jié)約電能降低電費(fèi)的目的，得到廣泛應(yīng)用。

高壓自動(dòng)無(wú)補(bǔ)償裝置大致可分為機(jī)械開(kāi)關(guān)式、壓控調(diào)容式、SVC高壓靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置、SVG高壓靜止無(wú)功發(fā)生器。機(jī)械開(kāi)關(guān)式是采用接觸器或斷路器投切電容器，開(kāi)關(guān)觸頭易受電弧作用而損壞，且開(kāi)斷過(guò)程容易產(chǎn)生過(guò)電壓，但價(jià)格低，在一般普通工業(yè)采用較多。SVC高壓靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置是一種通稱，包括TCR、TSR、TSC以及它們之間或與機(jī)械投切式無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備（MSC、MSR）構(gòu)成的某種組合體，屬于基于晶閘管控制/投切型FACTS控制器。SVC的特點(diǎn)是采用晶閘管投切，避免產(chǎn)生過(guò)電壓，投切速度快，但價(jià)格高，且容易產(chǎn)生高次諧波，適用于大容量補(bǔ)償并帶有消除諧波裝置的變電站。SVG高壓靜止無(wú)功發(fā)生器的原理是利用大功率的自動(dòng)換相橋式電路，通過(guò)橋式電路調(diào)節(jié)并聯(lián)在電網(wǎng)的電抗器，從而調(diào)節(jié)交流電壓和電流，達(dá)到吸收或者放出無(wú)功功率的目的，從而動(dòng)態(tài)地進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，該種補(bǔ)償裝置價(jià)格非常高，不適合本工程使用。壓控調(diào)容式通過(guò)調(diào)整有載調(diào)壓自耦變壓器的電壓來(lái)調(diào)節(jié)電容器的補(bǔ)償容量，避免產(chǎn)生過(guò)電壓，可連續(xù)調(diào)節(jié)，不產(chǎn)生高次諧波，具有簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、可靠、價(jià)格合理等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛推廣使用。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)人員計(jì)算與比較，兩個(gè)泵站最終選用壓控調(diào)容補(bǔ)償方式進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。

2　　壓控調(diào)容無(wú)功補(bǔ)償方式特點(diǎn)

2.1控制原理

壓控調(diào)容式無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置的控制原理，是把一組大容量無(wú)功補(bǔ)償電容器并接在一臺(tái)可有載調(diào)壓的自藕變壓器的輸出側(cè)，自藕變壓器的一次側(cè)接在電容開(kāi)關(guān)柜的下方，通過(guò)對(duì)變壓器9個(gè)檔位的調(diào)節(jié)，改變電容器上的電壓，從而改變無(wú)功補(bǔ)償容量。控制系統(tǒng)可對(duì)系統(tǒng)的電壓、電流、功率因數(shù)、無(wú)功等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和顯示；同時(shí)對(duì)各項(xiàng)控制和保護(hù)參數(shù)進(jìn)行整定。依據(jù)電壓無(wú)功多種控制策略，對(duì)電壓無(wú)功的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)有載分接開(kāi)關(guān)的檔位來(lái)改變自耦式有載調(diào)壓的輸出電壓，以達(dá)到9級(jí)無(wú)功輸出。由于電容切換是通過(guò)有載調(diào)壓方式，電容器在1～9檔之間不會(huì)出現(xiàn)斷電的過(guò)程，因此無(wú)過(guò)電壓存在，對(duì)電網(wǎng)的電流沖擊也很小，并且電容大部分時(shí)間工作在較低電壓，可以保證電容器安全，大大延長(zhǎng)其使用壽命。

壓控調(diào)容式無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置采用電容器固定接入，通過(guò)改變其端電壓從而改變電容器組補(bǔ)償容量。根據(jù)Q=2πfCUcn2原理，電容器不變，端電壓從100%Ucn降到50%額定電壓，其輸出容量就可在（100%～25%）×Qcn范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，假設(shè)每檔調(diào)節(jié)電壓相等（0.0625Ucn），則各檔對(duì)應(yīng)的電容器組輸出容量如表1所示：

表1端電壓與電容器組輸出容量值

2.2壓控調(diào)容無(wú)功補(bǔ)償適用范圍

壓控調(diào)容式無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置，可以廣泛用于6～110kV變電站，保證電壓合格率，保證功率因數(shù)在0.95～0.99之間，有效降低線損。壓控調(diào)容式無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置可以在6～35kV母線上進(jìn)行無(wú)功自動(dòng)調(diào)節(jié)。

2.3壓控調(diào)容無(wú)功補(bǔ)償特點(diǎn)和使用要點(diǎn)

1）保證電壓指標(biāo)。首先保證電壓在合適的范圍內(nèi)，才考慮調(diào)整無(wú)功參數(shù)。母線電壓在合格范圍的同時(shí)，確保功率因數(shù)穩(wěn)定在給定范圍內(nèi)，為水泵電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行提供重要保障。

2）壓控調(diào)容式無(wú)功補(bǔ)償裝置采用改變電容器端電壓從而改變電容器組補(bǔ)償容量，改變電壓調(diào)節(jié)精度就可以改變?nèi)萘空{(diào)節(jié)精度。這種調(diào)節(jié)方式可以分級(jí)補(bǔ)償，達(dá)到類似無(wú)極調(diào)整的目的，使電網(wǎng)電壓更加平穩(wěn)。

3）采用全自動(dòng)集中控制的方式。通過(guò)設(shè)計(jì)好的程序進(jìn)行控制，減少了人為操作帶來(lái)的失誤，并且嚴(yán)格按照電網(wǎng)參數(shù)規(guī)范進(jìn)行調(diào)整，保證使用的安全性與可靠性。

4）減少了變壓器損耗和線路損耗，有效地節(jié)約了能源，并且不會(huì)造成過(guò)補(bǔ)償，更加適合無(wú)人值守。

5）補(bǔ)償?shù)那袚Q是調(diào)整電壓，而調(diào)整電壓是一種柔性切換，不會(huì)產(chǎn)生劇烈的涌流，從而保證了電容和其他元器件的壽命比一般的補(bǔ)償裝置要長(zhǎng)，進(jìn)而帶來(lái)更高的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)水利工程中的泵站工程是十分適合的。

3　　壓控調(diào)容無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)用效果

在膠東調(diào)水工程中的星石泊泵站、高疃泵站采用壓控調(diào)容式變電站高壓無(wú)功補(bǔ)償裝置，有效地解決了無(wú)功精細(xì)調(diào)整，并提高了無(wú)功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行壽命和效率。

星石泊泵站和高疃泵站電氣主接線采用35kV電源進(jìn)線兩回。選擇3臺(tái)主變，其中1B、2B主變?nèi)萘繛?000kVA，變比為35/10.5kV，接線采用聯(lián)合擴(kuò)大單元方式，35kV和10kV母線均為單母線分段，水泵電機(jī)及42B站變從10kVⅡ、Ⅲ母線引接。為了滿足功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)囊螅?0kVⅠ段母線設(shè)壓控調(diào)容式變電站高壓無(wú)功補(bǔ)償裝置。10kVⅡ、Ⅲ母線由同步機(jī)對(duì)異步機(jī)補(bǔ)機(jī)對(duì)異步機(jī)補(bǔ)償即可滿足要求，因此不加補(bǔ)償裝置。高疃泵站3B主變?nèi)萘?00kVA，壓控調(diào)容式變電站高壓無(wú)功補(bǔ)償裝置容量為250kVAR。星石泊泵站3B主變?nèi)萘?30kVA，壓控調(diào)容式變電站高壓無(wú)功補(bǔ)償裝置容量為300kVAR。采用的高壓無(wú)功補(bǔ)償裝置由高壓并聯(lián)電容器組、電抗器、高壓真空接觸器、放電線圈、避雷器、高壓隔離開(kāi)關(guān)和智能控制單元、電容器微機(jī)保護(hù)單元、柜體等組成。

星石泊泵站、高疃泵站的高壓無(wú)功補(bǔ)償裝置實(shí)時(shí)采樣10kV高壓側(cè)的電壓和電流信號(hào)，通過(guò)智能控制單元計(jì)算功率因數(shù)、無(wú)功需求量，按照使電網(wǎng)參數(shù)穩(wěn)定、補(bǔ)償精細(xì)化的原則，由控制器依據(jù)需要投切的容量，控制高壓真空接觸器，然后根據(jù)檢測(cè)的系統(tǒng)電壓，調(diào)節(jié)調(diào)壓器的電壓，按照模糊控制策略實(shí)現(xiàn)了電壓無(wú)功綜合控制。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行運(yùn)行，功率因數(shù)均能到達(dá)0.95以上，效果良好，并且發(fā)現(xiàn)，壓控調(diào)容無(wú)功補(bǔ)償裝置運(yùn)行穩(wěn)定，突出優(yōu)點(diǎn)是無(wú)功補(bǔ)償精細(xì)化。無(wú)功補(bǔ)償精細(xì)化使電網(wǎng)的質(zhì)量保持穩(wěn)定，對(duì)水泵電機(jī)的運(yùn)行起到了非常重要的作用，有效地延長(zhǎng)了電容器和其他用電設(shè)備的使用壽命，使功率因數(shù)長(zhǎng)期滿足電力部門(mén)要求。

4　結(jié)語(yǔ)

規(guī)模比較大的輸水工程中泵站承擔(dān)的運(yùn)行任務(wù)一般比較重，對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)男逝c穩(wěn)定性要求比一般工業(yè)用電更高，并且調(diào)水工程中泵站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行非常重要。在膠東調(diào)水星石泊泵站、高疃泵站應(yīng)用壓控調(diào)容式變電站高壓無(wú)功補(bǔ)償裝置，具有補(bǔ)償精細(xì)，自動(dòng)化程度高，保護(hù)功能齊全，運(yùn)行可靠，壽命更長(zhǎng)的特點(diǎn)，效果十分顯著，并且在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，壓控調(diào)容式變電站高壓無(wú)功補(bǔ)償裝置運(yùn)行穩(wěn)定，對(duì)電壓的穩(wěn)定性起到非常重要的作用，從而給整個(gè)變配電系統(tǒng)帶來(lái)了綜合的效益。這種調(diào)壓調(diào)容補(bǔ)償方式符合國(guó)家高效節(jié)能的要求，值得推廣和使用。

（責(zé)任編輯張玉燕）

【中圖分類號(hào)】S277.1

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1009-6159（2015）-04-0028-02

收稿日期：2015-01-10

作者簡(jiǎn)介：袁東（1984—），男，助理工程師