低壓綜合配電箱無功補(bǔ)償室的研究*

韓先鶴, 楊青書, 桑賢臣

[南瑞集團(tuán)(國網(wǎng)電力科學(xué)研究院)有限公司, 江蘇 南京 211106]

0 引 言

近年來,隨著人們生活水平的提高,單相大功率負(fù)荷越來越多,造成低壓配電網(wǎng)存在無功補(bǔ)償缺額大、末端電壓低、三相不平衡等情況,并由于越來越多農(nóng)村人口進(jìn)城務(wù)工、生活等,平日里部分農(nóng)村負(fù)荷偏低,線損考核壓力大。

為了解決存在的農(nóng)村電網(wǎng)存在的無功、末端電壓低、三相不平衡等問題,國家電網(wǎng)公司在配電網(wǎng)的改造過程中,采用新增配電臺(tái)區(qū)布點(diǎn)、縮短供電半徑、更換負(fù)載率大的變壓器、更換運(yùn)行周期長的低壓綜合配電箱等方式改造配電臺(tái)區(qū)。

本文介紹了低壓綜合配電箱無功補(bǔ)償室的設(shè)計(jì),采用三相不平衡模塊和智能電容器相結(jié)合的方式,并考慮整柜功耗、散熱等。

1 目前臺(tái)區(qū)的情況

低壓綜合配電箱由進(jìn)線室、出線室、計(jì)量室、無功補(bǔ)償室等功能室組成,具有臺(tái)區(qū)線路的分支、計(jì)量、保護(hù)、無功補(bǔ)償?shù)裙δ堋?/p>

1.1 進(jìn)線室

國家電網(wǎng)公司典型設(shè)計(jì)中進(jìn)線室采用熔斷器式隔離開關(guān)作為進(jìn)線開關(guān),部分省市項(xiàng)目也存在采用電子式塑殼斷路器(如福建)或者旋轉(zhuǎn)把手的隔離開關(guān)(如遼寧)為進(jìn)線開關(guān)的方式。

1.2 出線室

國家電網(wǎng)公司典型設(shè)計(jì)中出線室采用一體式剩余電流動(dòng)作斷路器的方式,也有部分省市項(xiàng)目采用塑殼斷路器作為出線開關(guān)的方式,部分地區(qū)還增加接地刀閘,以確保安全。目前,浙江、福建、江蘇等電網(wǎng)公司已經(jīng)開展或正在開展剩余電流動(dòng)作斷路器接入系統(tǒng)的工作,通過臺(tái)區(qū)智能配電終端實(shí)現(xiàn)對(duì)剩余電流動(dòng)作斷路器的“四遙”控制。

1.3 計(jì)量室

計(jì)量室由計(jì)量表、接線盒等組成,按照國網(wǎng)典設(shè)要求預(yù)留了配電終端模塊的安裝位置。計(jì)量互感器安裝在進(jìn)線室內(nèi),一般電力設(shè)備企業(yè)預(yù)留位置,供電公司現(xiàn)場配置。

1.4 無功補(bǔ)償室

目前,臺(tái)區(qū)無功補(bǔ)償主要采用集中補(bǔ)償?shù)姆绞?。無功補(bǔ)償室2014年以前一般采用控制器+復(fù)合開關(guān)+普通電容器方式,由于該方式維護(hù)較復(fù)雜,之后大部分企業(yè)采用智能電容器的方式。智能電容器模塊化,上電后能夠自組網(wǎng),方便維護(hù)。

無功補(bǔ)償容量按照配電容量的30%配置或者不配置,并對(duì)共補(bǔ)、分補(bǔ)電容容量做了規(guī)定[1],一般分補(bǔ)電容占整個(gè)容量的1/3。

1.5 臺(tái)區(qū)三相不平衡的治理

在國家電網(wǎng)公司《國網(wǎng)運(yùn)檢部關(guān)于開展配電臺(tái)區(qū)三相負(fù)荷不平衡治理工作的通知》(運(yùn)檢三[2017]68號(hào))文件中,明確了三相不平衡治理的設(shè)備和范圍。

三相不平衡治理有相間電容器、三相不平衡模塊、換相開關(guān)3種方式。換相開關(guān)涉及到臺(tái)區(qū)主開關(guān)和多個(gè)支路開關(guān),改造的施工比較復(fù)雜,故此次無功補(bǔ)償室設(shè)計(jì)不包含換相開關(guān)。

2 帶三相不平衡模塊的低壓綜合配電箱設(shè)計(jì)

低壓綜合配電箱采用相間電容器和三相不平衡模塊相結(jié)合,既能補(bǔ)償無功,又能治理三相不平衡。電容器具有功耗低、成本低、可靠性高等優(yōu)勢,三相不平衡模塊具有精細(xì)、響應(yīng)快等優(yōu)勢。

2.1 三相不平衡治理模塊與電容器控制方式

目前,相間電容器與三相不平衡模塊之間的配合有3種方式。

(1) 第一種方式為主從運(yùn)行方式[2]。三相不平衡模塊與相間電容器組采用統(tǒng)一的控制器進(jìn)行協(xié)調(diào)控制,整個(gè)無功補(bǔ)償室由控制器通過對(duì)負(fù)荷的測量,控制電容器組投入的數(shù)量,然后再協(xié)調(diào)控制三相不平衡模塊進(jìn)行跟蹤調(diào)補(bǔ)。該方案的缺點(diǎn)是一旦控制器發(fā)生故障,將導(dǎo)致整個(gè)無功補(bǔ)償室失效。

(2) 第二種方式為并列運(yùn)行(電氣耦合)方式,即三相不平衡模塊與相間電容器各自獨(dú)立運(yùn)行,按常規(guī)補(bǔ)償測量方式,網(wǎng)側(cè)電流互感器的二次側(cè)電流串聯(lián)經(jīng)過三相不平衡模塊和相間電容器。在三相不平衡模塊出線端裝有一組電流互感器,該互感器的二次線與網(wǎng)側(cè)電流互感器二次側(cè)反向并聯(lián)連接,因此相間電容器就可以根據(jù)負(fù)荷的變化進(jìn)行跟蹤調(diào)補(bǔ),而三相不平衡模塊又根據(jù)相間電容器調(diào)補(bǔ)后的結(jié)果再進(jìn)行動(dòng)態(tài)精細(xì)調(diào)補(bǔ),從而實(shí)現(xiàn)在補(bǔ)償單元容量內(nèi)動(dòng)態(tài)調(diào)補(bǔ)。該方案的優(yōu)點(diǎn)在于兩者通過電流互感器實(shí)現(xiàn)了相互配合的無縫連接,且任何一個(gè)設(shè)備故障均不會(huì)影響另一個(gè)設(shè)備運(yùn)行,因此整個(gè)無功補(bǔ)償室的可靠性高[3]。

(3) 第三種方式是采用把以上兩種方式相互結(jié)合,把智能電容器、三相不平衡模塊、控制器連接起來,以控制器為主控單元,協(xié)調(diào)控制兩者投入或者切除(如第一種方式);當(dāng)控制器失效時(shí),第二種方式運(yùn)行;兩者相互結(jié)合完成控制器的熱備用,提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性。低壓綜合配電箱電氣原理如圖1所示。

圖1 低壓綜合配電箱電氣原理

2.2 低功耗

對(duì)于農(nóng)配網(wǎng)而言,線損是基層供電所最關(guān)心的問題之一,所以設(shè)備功耗是關(guān)鍵,而三相不平衡模塊的效率為3%～4%,待機(jī)功耗為100 W左右,該功耗是農(nóng)配網(wǎng)不能接受的。

考慮到此類情況,低壓綜合配電箱的無功補(bǔ)償室設(shè)計(jì)考慮低功耗,有以下方法:

(1) 方法1:增加三相不平衡門檻值和無功閾值,臺(tái)區(qū)三相不平衡閾值達(dá)到一定程度時(shí)才控制模塊投入。

(2) 方法2:設(shè)置低功耗運(yùn)行方案,控制器判斷不需要投入三相不平衡模塊和相間電容器時(shí),兩者可以切除,無功補(bǔ)償室只有控制器功耗;在三相不平衡超過閾值時(shí),先采用相間電容進(jìn)行補(bǔ)償,必要時(shí)采用三相不平衡模塊進(jìn)行精細(xì)調(diào)補(bǔ)。

2.3 散 熱

一般,散熱有熱交換器、風(fēng)扇冷卻、通風(fēng)口自然冷卻三種。熱交換器冷卻效果較好,但存在成本高、功耗大等缺點(diǎn),不適合于配網(wǎng)臺(tái)區(qū)使用;風(fēng)扇冷卻較好,但存在風(fēng)扇壽命及運(yùn)維的麻煩(需增加除塵網(wǎng),每隔一段時(shí)間需清理),且運(yùn)行時(shí)增加臺(tái)區(qū)線損等。綜合考慮,采用通風(fēng)口自然冷卻方式,以配合三相不平衡模塊風(fēng)機(jī)散熱,達(dá)到整柜散熱的目的。

配電箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 配電箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.4 無功補(bǔ)償?shù)恼{(diào)試與檢驗(yàn)

無功補(bǔ)償室的調(diào)試涉及到三相不平衡模塊、智能電容器各自調(diào)試與聯(lián)調(diào)兩部分:三相不平衡模塊設(shè)置自檢功能,通過階梯的方式變換輸出,從零增加到最大值后逐步減小到零,完成自檢過程,而智能電容器需要通過精度、投切、工頻過電壓等測試;聯(lián)調(diào)分別測試控制器作為主控單元和無控制器的功能,以確保三相不平衡治理模塊與電容器在不同的控制方式均能可靠運(yùn)行。

2.5 現(xiàn)場運(yùn)行情況

無功補(bǔ)償室在現(xiàn)場投運(yùn)一年以來,設(shè)備運(yùn)行良好,有效地對(duì)臺(tái)區(qū)無功、三相不平衡進(jìn)行了治理,低功耗和散熱等設(shè)計(jì)收效良好。

3 結(jié) 語

介紹了帶三相不平衡模塊的低壓綜合配電箱設(shè)計(jì)方案,分析三相不平衡模塊與相間電容器的配合、功耗、散熱等方面問題,提出了以主從方式和并行運(yùn)行方式相結(jié)合的控制方案。