低壓TSC無功補(bǔ)償裝置主控器件設(shè)計(jì)及選型原則

江蘇省徐州技師學(xué)院　姚　霞

低壓TSC無功補(bǔ)償裝置主控器件設(shè)計(jì)及選型原則

江蘇省徐州技師學(xué)院姚霞

以低壓電網(wǎng)TSC無功補(bǔ)償裝置的投切控制原理為依據(jù)，結(jié)合國家電網(wǎng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及無功補(bǔ)償裝置技術(shù)要求與設(shè)計(jì)規(guī)范，分析討論TSC低壓無功補(bǔ)償裝置中投切電容、投切開關(guān)以及串聯(lián)電抗器等主控元件的選型原則及工作特點(diǎn)，為配網(wǎng)無功補(bǔ)償設(shè)備的投切系統(tǒng)的可靠運(yùn)行、管理與維護(hù)提供數(shù)據(jù)支持及技術(shù)保障。

低壓配網(wǎng)無功補(bǔ)償；投切電容；復(fù)合開關(guān)；串聯(lián)電抗器

0　引言

廣大居民用電處于低壓電網(wǎng)的末端，低壓無功補(bǔ)償裝置的合理投運(yùn)，不但可以減少電能損失，緩解上一級(jí)電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)膲毫?，并進(jìn)一步有效提升用戶配電變壓器的利用率，優(yōu)化電壓質(zhì)量以及改善用戶功率因數(shù)。現(xiàn)有的TSC無功補(bǔ)償控制器以三相共補(bǔ)的方式進(jìn)行無功補(bǔ)償，主電路采用的是TSC三角形接線，將并聯(lián)補(bǔ)償電容器分成若干組，可選用由雙向可控硅（TSC）與接觸器（MSC）并聯(lián)組成的復(fù)合開關(guān)，控制器根據(jù)系統(tǒng)電壓和無功情況做出投切決策，并將投切指令傳達(dá)給晶閘管觸發(fā)電路，通過與機(jī)械開關(guān)聯(lián)合動(dòng)作，智能投切電容器組以完成系統(tǒng)對(duì)無功容量的補(bǔ)償調(diào)節(jié)［1］。其三相結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

圖1　復(fù)合開關(guān)投切電容接線形式

并聯(lián)電容器裝置的設(shè)計(jì)及主控設(shè)備元件的選型設(shè)置，應(yīng)根據(jù)安裝地點(diǎn)的電網(wǎng)條件、補(bǔ)償要求、環(huán)境狀況、運(yùn)行檢修要求和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來確定［2］，具體補(bǔ)償容量，接線方式、配套設(shè)備、保護(hù)和控制方式、布置及安裝方式更要嚴(yán)格遵守《國家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償配置技術(shù)原則》以及《城市配電網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)則》。

1　電容器選型

依據(jù)GB/T12747.1規(guī)定，組成并聯(lián)電容器裝置的電容器選型原則如下［3］：

（1）標(biāo)稱電壓1KV及以下交流電力系統(tǒng)采用自愈式并聯(lián)電容器。（2）遵照下列要求選擇電容器額定電壓：

1）宜按電容器接入電網(wǎng)處的運(yùn)行電壓進(jìn)行計(jì)算；

2）電容器應(yīng)能承受1.1倍長(zhǎng)期工頻過電壓；

3）電容器運(yùn)行電壓應(yīng)計(jì)入串聯(lián)電抗器引起的電容器運(yùn)行電壓升高，按下式計(jì)算：

（3）通常元器件及輔件的選擇應(yīng)滿足1.43倍電容器額定電流條件下連續(xù)運(yùn)行。

本裝置中采用三相共補(bǔ)（△型接法）的補(bǔ)償方式，電容器選用0.4kV三相自愈式并聯(lián)電容器，實(shí)施動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)無功功率。以ABB公司的CLMD型三相自愈式并聯(lián)電容器為例，該系列電容器的技術(shù)特點(diǎn)包括［4］：

（1）自愈技術(shù)—自行恢復(fù)因電容瞬時(shí)過壓或過載引起的介質(zhì)故障；

（2）壓敏斷路器技術(shù)—安全切除電路中的單相故障電容，同時(shí)保持良好的電絕緣性能；

（3）干式技術(shù)—杜絕補(bǔ)償電容器的漏油問題。

2　串聯(lián)電抗器選型

電容器組投入電網(wǎng)時(shí)的會(huì)有涌流出現(xiàn)，為確保電容器的正常運(yùn)行，通常采用裝設(shè)串聯(lián)電抗器的方式來限制投切開關(guān)的合閘涌流限值。（裝置選用復(fù)合開關(guān)投切并聯(lián)電容器組時(shí)，其合閘涌流限值宜取電容器組額定電流的2～5倍）同時(shí)，由于不同頻率的高次諧波存在于電網(wǎng)中，可能會(huì)出現(xiàn)總電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電容器的允許過電流值的情況，致使電容器因過熱而損壞。通常情況下，系統(tǒng)中非線性負(fù)荷的容量達(dá)到或超過變壓器容量的25%時(shí)，一般采用在補(bǔ)償電容回路中加裝串聯(lián)電抗器方式來抑制諧波分量［5］。

理想的電抗器應(yīng)是具有無噪音、無油、體積小、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、無漏磁、線性度好、耐候性強(qiáng)、過流能力強(qiáng)等特點(diǎn)。實(shí)際電抗器常見類型有：油浸式鐵芯電抗器、干式鐵芯電抗器、干式空芯電抗器、干式半芯電抗器、干式磁屏蔽電抗器等幾種。串聯(lián)電抗器的選取原則如下：

（1）依據(jù)串聯(lián)電抗器接入處的電網(wǎng)電壓要求選定其絕緣水平和額定電壓等參數(shù)。

（2）串聯(lián)電抗器與裝置中的并聯(lián)電容器組取相等的額定電流值，且其允許過電流應(yīng)與低。

于并聯(lián)電容器組的最大過電流值。

（3）串聯(lián)電抗器的電抗率取值應(yīng)遵照如下規(guī)定：

1）取0.1%-1.0%的電抗率值，僅作限制涌流使用。

2）結(jié)合并聯(lián)電容器裝置接入電網(wǎng)處的背景諧波含量測(cè)量值來選擇電抗率，用于抑制諧波。

當(dāng)諧波為3次及以上時(shí)，宜取電抗率為12.0%；當(dāng)諧波為5次及以上時(shí)，宜取電抗率為4.5%～5.0%，也可選擇12.0%和4.5%～5.0%兩種電抗率混裝的方式。

3）串聯(lián)電抗器在抑制諧波時(shí)，需考慮補(bǔ)償裝置工作環(huán)境的無功變化范圍不同來選擇使用調(diào)諧電抗器或是非調(diào)諧電抗器，二者的性能比較如表1所示。

表1　調(diào)諧電抗器與非調(diào)諧電抗器比較

3　投切開關(guān)選型

由于投切開關(guān)選用由雙相反并聯(lián)晶閘管和交流接觸器相并聯(lián)的分立元件結(jié)構(gòu)兩種，因此要分別考慮二者各自的選型標(biāo)準(zhǔn)以及功能特點(diǎn)，單獨(dú)進(jìn)行選擇。

3.1反并聯(lián)晶閘管選型

依據(jù)DL/T842-2003《低壓并聯(lián)電容器裝置實(shí)用技術(shù)條件》中對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)的規(guī)定［6］：

（1）投切開關(guān)宜采用有選項(xiàng)功能和功耗較小的開關(guān)器件；

（2）半導(dǎo)體開關(guān)電器具備電流過零開斷電容器組特性；

（3）承受1.2UN條件下的分?jǐn)嚯妷?，無重?fù)舸┈F(xiàn)象；

（4）以不小于2.5倍單組電容器額定電流值來確定反并聯(lián)晶閘管的額定電流（有效值）。

反并聯(lián)晶閘管投切過程應(yīng)符合：

（1）采用半導(dǎo)體開關(guān)投切的裝置，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間應(yīng)不大于1S；

（2）采用半導(dǎo)體開關(guān)投切電容器的涌流應(yīng)限制在該組電容器額定電流的5倍以下。

目前，市面上可供選擇的晶閘管開關(guān)種類繁多，作為交流無觸點(diǎn)開關(guān)應(yīng)用比較廣泛的，大致有雙向可控硅反并聯(lián)模塊結(jié)構(gòu)和雙向可控硅分立元件結(jié)構(gòu)和兩種形式。本裝置中選用反并聯(lián)模塊做雙向可控硅投切電容器的半導(dǎo)體開關(guān)。該元件具有以下一系列特點(diǎn)：

（1）國際標(biāo)準(zhǔn)封裝，芯片與底板電氣絕緣；

（2）全壓接結(jié)構(gòu)或氮?dú)獗Ｗo(hù)焊接結(jié)構(gòu)，優(yōu)良的溫度特性和功率循環(huán)能力；

（3）安裝簡(jiǎn)單，重量輕。

3.2交流接觸器選型

依據(jù)IEC 60871-1/2標(biāo)準(zhǔn)和DL/842-2003《低壓并聯(lián)電容器裝置實(shí)用技術(shù)條件》中對(duì)機(jī)械式開關(guān)的規(guī)定［7］：

（1）機(jī)械式開關(guān)的投切過程應(yīng)符合：

1）結(jié)合設(shè)備裝設(shè)點(diǎn)的電網(wǎng)條件來決定機(jī)械開關(guān)的短路強(qiáng)度和接通、分?jǐn)嗄芰Φ燃夹g(shù)性能；

2）確保各組電容器端子間的電壓在機(jī)械開關(guān)自動(dòng)投入過程中，不高于額定電壓的10%；

3）機(jī)械開關(guān)投切過程中，主觸點(diǎn)無重?fù)舸┗蛘邚椞F(xiàn)象。

（2）機(jī)械式開關(guān)的運(yùn)行過程應(yīng)符合：

1）以不小于2.5倍電容器額定電流值來選取機(jī)械開關(guān)的額定電流（有效值）；

2）限制機(jī)械開關(guān)的投切涌流值，在該組電容器額定電流值的100倍范圍內(nèi)選取，其額定電流不低于電容器組額定電流的1.43倍。

4　結(jié)語

隨著市電對(duì)低壓電網(wǎng)電能質(zhì)量的要求不斷提高，搞好低壓無功補(bǔ)償成為穩(wěn)定提高電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。本文結(jié)合電網(wǎng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及補(bǔ)償設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)范與元件技術(shù)要求，科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪x擇TSC低壓無功補(bǔ)償設(shè)備的復(fù)合開關(guān)、串聯(lián)電感、投切電容等主控元件的型號(hào)及技術(shù)參數(shù)，從而滿足電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償電容器在“投入—運(yùn)行—切除”全過程的功能需求，有效發(fā)揮配網(wǎng)低壓無功控制器的應(yīng)有功能和作用。

［1］豆書亮，孫科，殷莎，方云輝，張榮偉.用戶變電站無功補(bǔ)償配置方案研究［J］..電力電容器與無功補(bǔ)償，2016（2）.

［2］GB50227-2008《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》.中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).

［3］《國家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償配置技術(shù)原則》.國家電網(wǎng)［2004］435號(hào)印發(fā).

［4］魏玲艷，張德玲.自愈式低壓并聯(lián)電容器應(yīng)用在濾波場(chǎng)合的問題［J］.電力電容器與無功補(bǔ)償，2015（3）.

［5］GB/T 14549《電能質(zhì)量——公用電網(wǎng)諧波》中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).

［6］GB/T12747.1-2004《標(biāo)稱電壓1kV及以下交流電力系統(tǒng)用自愈式并聯(lián)電容器第1部分：總則—性能、試驗(yàn)和定額—安全要求-安裝和運(yùn)行導(dǎo)則》.

［7］張紹通，楊偉杰，周志軍，崔峻，趙新衛(wèi).復(fù)合開關(guān)在低壓無功補(bǔ)償裝置中的應(yīng)用分析［J］.電力電容器與無功補(bǔ)償，2014（3）.

姚霞（1980—），女，碩士，講師，主要研究方向：低壓電網(wǎng)TSC無功補(bǔ)償技術(shù)。