聯(lián)通數(shù)據(jù)中心電容柜改造實(shí)例分析

王旦清

（深圳通意達(dá)機(jī)電設(shè)備有限公司上海分公司，上海201114）

電力系統(tǒng)的規(guī)模隨著城市功能的不斷擴(kuò)大，電力系統(tǒng)中的故障概率也加大了，因?yàn)橄到y(tǒng)中的感性、容性等非線性等組成的諧波污染也隨之增加,電力系統(tǒng)中的電能質(zhì)量也悄然下降。因此人們需要更加重視電能質(zhì)量，不論是從經(jīng)濟(jì)性還是安全性角度。

電能質(zhì)量如果不能達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，會給工業(yè)生產(chǎn)和日常生活帶來種種問題，造成不可避免的損失。例如變頻器調(diào)速設(shè)備、溫度控制設(shè)備、空調(diào)和照明設(shè)備等，這些設(shè)備除了要消耗大量的電力外，還給配電網(wǎng)帶來了污染。針對此情況需要重點(diǎn)關(guān)注電能質(zhì)量，并采取相應(yīng)的治理方式。

1 項(xiàng)目概況

聯(lián)通寧橋局位于上海浦東，其二期建設(shè)于2012 年，低壓室共有五層，每層有兩臺變壓器，共有變壓器2500kVA 的6 臺，1250kVA 的4 臺，期間低壓室未進(jìn)行過任何改造。在一次現(xiàn)場巡檢抄表時(shí)，發(fā)現(xiàn)部分低壓開關(guān)進(jìn)線側(cè)的多功能儀表功率因素顯示值與電容柜顯示屏的讀數(shù)值存在較大差異，且電容柜運(yùn)行指示燈顯示與顯示屏投運(yùn)指示有差異，因此決定展開排查改造項(xiàng)目。

2 電容柜原始設(shè)計(jì)情況

低壓室1 樓、2 樓和3 樓的配電系統(tǒng)采用的是相同的設(shè)計(jì)，包括其電容柜。通常2500kVA 的變壓器取30%的無功補(bǔ)償容量，因此設(shè)計(jì)的無功補(bǔ)償容量應(yīng)在750kVar 左右?，F(xiàn)場的實(shí)際配置分為主輔柜，主柜和輔柜各300kVar 和50A 的有源濾波，總計(jì)600kVar 和100A，與理論配置接近。

低壓室4 樓和5 樓的配電系統(tǒng)采用的是相同的設(shè)計(jì)，包括電容柜，采用1250kVA 的變壓器，設(shè)計(jì)的無功補(bǔ)償容量在400kVar 左右。現(xiàn)場為單柜，無功補(bǔ)償容量為300kVar 和有源濾波器容量為50A，與理論配置接近。

低壓室1 樓、2 樓和3 樓的無功補(bǔ)償裝置配置方式為2 個480V 的25kVarABB 品 牌 的CLMD43 的 電 容 器 為1 組，1 組50kVar，共2 組；4 個480V 的25kvarABB 品牌的CLMD43 的電容器為1 組，1 組100kVar，共5 組。另外，除了增加了有源濾波，還配了7%的電抗，以抑制諧波5 次諧波，但是現(xiàn)場電抗器非ABB 原配，分別為日芝電氣的CKSG-50/0.48-7 和CKSG-100/0.48-7， 銘牌上電壓和無功值讀取為 480V3.49kVar 和480V6.97kVar，經(jīng)計(jì)算電抗率=電抗值/電容值x100%，電抗率（2 個25kVar）=3.49/50≈7.0%，電抗率（4 個25kVar）=6.97/100≈7.0%，雖然無功補(bǔ)償成套裝置非原配，是不同品牌組合而成的，但是電壓和電抗率均符合要求。

低壓室4 樓和5 樓的無功補(bǔ)償裝置配置方式為1 個480V的25kVarABB 品牌的CLMD43 的電容器為1 組，共1 組；1 個480V 的25kvarABB 品牌的CLMD43 的電容器為1 組，1 組50kVar，共1 組；3 個480V 的25kvarABB 品牌的CLMD43 的電容器為1 組，1 組75kVar，共3 組。除了增加有源濾波，還配備7%的電抗，以抑制諧波5 次諧波?，F(xiàn)場電抗器同樣非ABB 原配， 為 日 芝 電 氣 的 CKSG-25/0.48-7、CKSG-50/0.48-7 和CKSG-75/0.48-7，銘牌上電壓和無功值讀取為480V1.74kVar 、480V3.49kVar 和480V5.25kVar，經(jīng)計(jì)算電抗率=電抗值/電容值x100%，電抗率（1 個25kVar）=1.74/25≈7.0%，電抗率（2 個25kVar）=3.49/50≈7.0%，電抗率（3 個25kVar）=5.25/75≈7.0%，電壓和電抗率均符合標(biāo)準(zhǔn)。

5 層樓的有源濾波裝置都未看到銘牌，只看到CIBAUD 的字樣，經(jīng)查未搜到相應(yīng)品牌，暫估該有源濾波是國內(nèi)組裝產(chǎn)品并且有源濾波裝置一直未運(yùn)行。

綜合配置統(tǒng)計(jì)如表1 所示。

3 改造思路分析

針對在巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)的問題，通過關(guān)閉電容器組開關(guān)，停電放電后使用萬用表量取電容器兩端的電容值，判斷電容器是否可用?，F(xiàn)場使用的電容器型號為25kvar480V 50Hz。由Qc=3*ω*C*Un2 可 知，C1=Qc/ (3*ω*Un2)=Qc/ (3*2πf* Un2)=25*103/(3*2π*50*4802)=115.23f。電容內(nèi)部為三角形接法，實(shí)際測試時(shí)測試ABC 任意2 相分接頭，測試值C2=1.5C1=172.8μf。根據(jù)國際電工相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)IEC60831 規(guī)定，低壓電容器容值的允許值為80%-110%的標(biāo)稱容值，故25KVAR 電容器的容值允許范圍為138.2-190.0μf。實(shí)測時(shí)，電容器兩端的電容值都在170μf，在電容器允許范圍內(nèi)，由此判斷其電容器可用，一次設(shè)備完好，診斷為二次控制有問題，更換二次控制方式。

3.1 ABB 電容器（如圖1）

ABB 的CLMD 電容器一般由堅(jiān)固的端子、開孔片、接地端子、放電電阻和金屬外殼等組成。其中，CLMD 電容器的干式繞組是經(jīng)過特殊處理的聚丙烯薄膜，具有安全、可靠等特性。熱縮外殼內(nèi)經(jīng)過真空處理并用熱固樹脂材料填充以獲得良好的密封效果，大大提高了CLMD 電容器的電氣特性。

CLMD 電容器采用干式設(shè)計(jì)，可以通過不同的連接方式組成三相電容器或單相電容器并保持相對的頻率，電壓等。電容器箱體內(nèi)填充了惰性的防火無機(jī)顆粒，不會產(chǎn)生漏液等情況，電容器具有一定阻燃性，防止著火燃燒。另外，電容器在運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量可以通過自帶的熱平衡裝置進(jìn)行有效的散熱。在保證了安全性的同時(shí)，CLMD 電容器的損耗也是非常低的，電容器介質(zhì)的損耗低于0.2W/kvar，總損耗低于0.5/kvar。

表1

3.2 RVC 控制器（如圖2）

ABB 的RVC 控制器的適用電壓在100V-440V 之間，可以用來測量和顯示關(guān)鍵參數(shù)，例如常規(guī)的電壓、電流、功率因素；諧波電壓THDV 和諧波電流THDI；起動電流C/K、激活回路數(shù)、切換順序類別、移相、特殊連接等。ABB 的RVC 控制器的采樣電流可以為1A 或者5A，通過現(xiàn)有的功率因素值cosφ 與設(shè)置的目標(biāo)值cosφ，計(jì)算出需要的無功補(bǔ)償量，對電容器進(jìn)行投切。ABB 的RVC 控制器的設(shè)置比較簡單，調(diào)試也比較方便，可以全自動識別參數(shù)并全自動運(yùn)行，也可根據(jù)不同的場景進(jìn)行手動控制。

圖1

如果RVC 控制器運(yùn)行中在發(fā)生了異常，那么會產(chǎn)生報(bào)警信號：

a.電源電壓失壓/欠壓；

b.THDV 的值過大；

c.在投切中，cosφ 一直沒有達(dá)到目標(biāo)值且持續(xù)了6 分鐘；

d.RVC 的內(nèi)部溫度過高，達(dá)到了到85℃及以上。

3.3 改造方法

接觸器安裝通過測量安裝原晶閘管的安裝板，比較接觸器的尺寸，根據(jù)電氣安全要求得出再安裝方案。在鈑金上定位打孔安裝接觸器；RVC 控制器安裝在電容柜側(cè)邊門板，以開槽安裝的方式實(shí)現(xiàn)。

二次線：RVC 控制器的原理是采集進(jìn)線側(cè)的單相電流和單相電壓并控制電容電抗回路的輸出。因此將進(jìn)線A 相電流串聯(lián)，并聯(lián)A 相電壓，拆除電容柜電壓回路，晶閘管的風(fēng)扇控制回路，電容電抗控制回路。這樣既保證了原有源濾波的采樣和控制，又新增了RVC 電容電抗的控制。

4 電容柜改造實(shí)施

4.1 安裝施工

4.1.1 現(xiàn)場情況分析

1 樓至3 樓的電容柜現(xiàn)場有圖紙，經(jīng)查看，現(xiàn)場控制器即控制有源濾波又控制電容器?？刂破鬏斎胗羞M(jìn)線側(cè)的三相電流和三相電壓，電容柜和裝置電壓，輸出有晶閘管的風(fēng)扇控制，電容電抗回路控制，顯示屏的輸出和有源濾波的通訊。最大難點(diǎn)是要保留有源濾波回路。

4 樓至5 樓的電容柜現(xiàn)場無圖紙，經(jīng)查看是通過PLC 控制的系統(tǒng)，控制方式與樓下相同，難點(diǎn)是需要合適二次線纜。

4.1.2 實(shí)施步驟

a.停電、驗(yàn)電、隔離；

b.拆除原晶閘管，連接線以及二次控制線路等；

c.安裝固定接觸器，RVC 控制器；

d.制作一次電纜，并接線；

e.制作二次線纜，并接線；

f.檢查接線無誤，檢測絕緣合格后清理柜體，送電調(diào)試。

4.1.3 電氣安裝材料清單

圖2

安裝改造過程中用到的工具包括電動螺絲刀、剝線鉗、電工鉗、尖咀鉗、萬用表等；手電鉆、活動扳手、內(nèi)/外六角扳手、鋼直尺、角度尺、鋼鋸架及鋸條、擴(kuò)孔器、絕緣鞋、安全盔，電工安全帶等。

表2 1 套配電柜（ 1 樓至3 樓，共6 套，1 套2 個柜子）

表3 1 套配電柜（ 4 樓至5 樓，共4 套，1 套1 個柜子）

4.2 調(diào)試與送電

首先，查看一次主回路是否連接，檢查設(shè)備、電纜等的連接螺栓是否有擰緊。通過萬用表等檢查電容柜內(nèi)的二次采樣電流、電壓等接線是否正確，并用萬用表測量導(dǎo)通情況，一切正常后通電，啟動RVC 控制器，按MODE 按鈕兩次激活A(yù)UTO SET模式，AU 出現(xiàn)在液晶顯示屏上。同時(shí)按+和- 按鈕啟動自動設(shè)置，AU 開始閃爍，然后會自動設(shè)置C/K、相位、輸出和序列，停止閃爍后設(shè)置完成。按一下MODE 按鈕以激活目標(biāo)功率因素值0.95 的設(shè)置，重復(fù)使用MODE 按鈕以重新激活A(yù)UTO 方式。

4.3 安全性保障

電容柜關(guān)停熔斷器組后需要將電流互感器的二次側(cè)熔絲斷開再進(jìn)行短接，因?yàn)殡娏骰ジ衅髡９ぷ鲿r(shí)，一次和二次側(cè)的磁通互相抵消，當(dāng)二次側(cè)開路后，二次側(cè)電流為零，二次側(cè)磁通消失，導(dǎo)致一次側(cè)產(chǎn)生的磁通直接加在鐵心上使鐵心發(fā)熱，燒掉絕緣外殼。另外二次開路還會感應(yīng)出很高的電壓,危及人身安全。

雖然熔斷器組已關(guān)停，但是主母排經(jīng)過電容柜的上方帶有400V 的電，依然是安全隱患，所以現(xiàn)場采用絕緣板遮擋，防止改造時(shí)的觸電隱患。

現(xiàn)場開槽安裝RVC 控制器也是一個重要的注意點(diǎn)，現(xiàn)場切割柜門產(chǎn)生金屬屑，會導(dǎo)致短路等危險(xiǎn)，因此現(xiàn)場采用博世的曲線鋸并用抹布遮擋，使其危險(xiǎn)性降至最低。

各類工具在使用前應(yīng)檢查是否有效，無效應(yīng)立即更換。現(xiàn)場實(shí)施時(shí)應(yīng)設(shè)有專人監(jiān)督，在安全質(zhì)量和安全方面等對安裝實(shí)施人員全過程，全方位的監(jiān)督。另外安裝實(shí)施人員應(yīng)穿戴好工作服、鞋、手套、帽等必要的勞保用品。

施工現(xiàn)場可以通過帶電警示裝置，紅白帶等作為安全標(biāo)識，并配有符合要求的專人監(jiān)護(hù)來指引并監(jiān)督安全施工。不同工作界面產(chǎn)生交叉作業(yè)時(shí)，應(yīng)避免不必要的交叉產(chǎn)生的安全隱患。安裝實(shí)施人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)禁觸動一切非本次相關(guān)的客戶設(shè)備，發(fā)現(xiàn)問題時(shí)應(yīng)當(dāng)及時(shí)報(bào)告甲方或現(xiàn)場負(fù)責(zé)人解決。

項(xiàng)目完成或該階段結(jié)束時(shí)，現(xiàn)場人員應(yīng)當(dāng)從現(xiàn)場清除并運(yùn)走任何建筑垃圾和不再需要的臨時(shí)工器具，例如拆卸的舊設(shè)備，安裝時(shí)產(chǎn)生的廢端子等，做到現(xiàn)場整潔、文明施工。

結(jié)束語

本次電容柜改造項(xiàng)目通過改變電容柜的控制方式，將之前的晶閘管控制改為成熟可靠的RVC 控制接觸器吸合，提高了穩(wěn)定性和可靠性。期間遇到的難點(diǎn)主要有兩個，一個是4 樓和5 樓沒有圖紙，需現(xiàn)場排摸；另一個是要保留原有濾波器，由此將控制和采樣回路分別進(jìn)行了串聯(lián)。改造完成后進(jìn)行了為期一個月的試運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)狀態(tài)指示燈、功率因素等均顯示正常，系統(tǒng)正常運(yùn)行。