低壓無功補償柜設計要點淺解析

孟憲麗

（海南金盤智能科技股份有限公司）

0 引言

無功功率所具備就地平衡性能，可以對無功電流在系統(tǒng)中的流動進行有效控制，降低電網(wǎng)中原件電壓降以及功率損耗等情況，可以為變電所穩(wěn)定性運行提供可靠保障，是變電系統(tǒng)安全運行的重要影響因素。為達到理想化變電所運行效果，確保變配電系統(tǒng)運行能夠達到最佳，對低壓無功補償柜設計展開深入性研究顯得極為必要。具體研究時，首先需要明確無功補償基本原理，以便為后續(xù)高質(zhì)量設計提供參考。

1 無功補償柜工作原理

通過對無功補償柜工作原理的分析可以發(fā)現(xiàn)，電動機等感性負載設備在進行使用過程中，需要先展開交變磁場的建設，而交變磁場的建設會消耗掉一定無功功率。如果處于沒有功率的狀態(tài)下，電機無法正常進行運轉(zhuǎn)，并不會產(chǎn)生相應轉(zhuǎn)動。設備會運用一部分有功功率進行做功，另一部分不做功的無功電流，隨著電流數(shù)值的不斷增加，使得系統(tǒng)中總電流發(fā)生變大狀況[1]。如果出現(xiàn)感性負載無功電流數(shù)值超過相應標準的情況，會直接影響功率因數(shù)，導致電線路負擔逐漸增加，電力變壓器以及發(fā)電機的帶負荷能力會隨之降低，直接影響線路以及電力設備的整體利用效率，導致線路功率損耗出現(xiàn)增加趨勢。為對此種問題進行有效解決，需要通過安裝額外無功補償設備的方式，通過人為手段提高整體系統(tǒng)功率因數(shù)水平，保證系統(tǒng)運行電流能夠得到合理控制，進而達到理想設備利用率。常規(guī)手段是通過配備并聯(lián)電容器的方式，通過釋放無功電流的方法，運用電容器無功電流對系統(tǒng)中所需無功電流進行抵消，解決感性負載電源之間無功能量交換問題。

2 無功補償柜基本構成

無功補償柜的主要組成包括以下幾方面內(nèi)容：①控制部分。主要以控制器為主，是無功補償整體控制裝置，能夠通過發(fā)出指令的方式對投切開關進行控制，可以達到切除或投入電容器的效果，同時還包括溫控器等二次元件設施；②顯示部分。包括指示燈以及電流表和電壓表等；③投切部分。包括同步開關以及接觸器等；④保護部分。包括避雷器以及熔斷器等設施。因為各配變電系統(tǒng)并不相同，在運行要求以及運行環(huán)境方面存在一定差異，所以柜體組成也存在著一定的不同，需要按照具體情況進行詳細設計[2]。

3 低壓無功補償柜設計要點分析

為更好地對低壓無功補償柜設計要點展開分析，將通過某變電所0.4kV低壓無功補償柜設計要點，對補償柜設計相關內(nèi)容展開詳細介紹。

3.1 工程案例基本情況分析

本次工程為10/0.4kV變電所工程，0.4kV低壓無功補償柜設計質(zhì)量會對整個變配電系統(tǒng)運行產(chǎn)生直接影響。在進行補償柜設計過程中，不僅要對補償容量選擇展開計算，同時還要對環(huán)境溫度和壽命、電抗率和諧波選擇等內(nèi)容展開分析，合理進行投切方式篩選與無功功率補償控制器選擇和運用，以便達到最佳的低壓無功補償柜設計效果，保證變配電系統(tǒng)整體運行性能[3]。

3.2 低壓無功補償柜設計

（1）電容器使用期限與環(huán)境溫度

在對電容器環(huán)境溫度進行選擇過程中，需要按照電容器柜內(nèi)整體環(huán)境溫度情況，對相應溫度進行分析和研究。切記不可按照房間環(huán)境溫度進行選擇，以防出現(xiàn)溫度設計失誤的狀況。主要是因為，通常房間環(huán)境溫度會低于電容器的環(huán)境溫度，如果采用房間環(huán)境溫度進行選擇，很容易會出現(xiàn)所選現(xiàn)溫度不達標的問題[4]。廠家在進行生產(chǎn)時，會對電容器樣本進行使用壽命標注，使用壽命標注最高環(huán)境溫度，便是溫度使用壽命。對使用壽命進行比較過程中，需要以同一基礎溫度為標準，進行綜合分析與比較。由于電子元件溫度出現(xiàn)上升狀態(tài)時，相應可靠性也會隨之下降，使用壽命會出現(xiàn)減小的狀況，所以環(huán)境溫度和電容器的老化速度與使用壽命有著密切關聯(lián)，需要合理進行溫度選擇。

（2）額定電壓、電抗率以及計算容量

1）電抗率。在進行電抗率選擇過程中，需要對諧波次數(shù)以及限制涌流兩項內(nèi)容進行分析。如果諧波次數(shù)在五次或者超過五次，建議電抗率選取5%；如果諧波次數(shù)在三次及以上，建議選擇12%，也可使用12%和5%混裝的方式。如果電容器接入電網(wǎng)諧波相對較低，此時諧波含量在40%以下，在進行電抗率的選取時，需要控制在0.1%到1%之間[5]。如果三次諧波含量均超過國家標準，則需要將電抗率設置在12%或進行5%和12%混裝。諧波在五次或五次以上狀態(tài)時，且諧波含量超過國家標準規(guī)定，建議將電抗率設置在5%左右。如果諧波的來源主要以0.4kV低壓側為主，可以將其設置為6%；如果來源于變壓器高壓位置，需要設置為4.5%。應按照諧振點頻率和電抗率之間對應關系，合理進行電抗率的設置。

2）額定電壓。當電容器和電抗器處于串聯(lián)狀態(tài)時，電容器端電壓會出現(xiàn)上升趨勢，電容器實際端電壓以及額定電壓和系統(tǒng)標稱電壓之間有著密切關聯(lián)，可以利用幾種電壓和電抗率進行額定電壓的計算，進而確定最佳的額定電壓數(shù)值。

3）額定容量、計算容量與實際運行最大輸出容量。需要按照系數(shù)法展開無功補償容量計算，確定補償后功率因數(shù)具體情況[6]。根據(jù)額定電壓以及母線電壓等數(shù)值，科學展開額定容量計算，明確額定電壓下輸出具體容量，根據(jù)補償容量和額定容量之間轉(zhuǎn)換系數(shù)，完成相應轉(zhuǎn)算工作，得到相應容量數(shù)值具體結果。

（3）投切方式篩選

投切方式主要包括瞬時投切、延時投切兩種方式，其中后一種投切方式主要以靜態(tài)補償模式為主，會通過對傳統(tǒng)接觸器動作的運用，對電容涌流問題進行抑制。前一種投切方式主要以動態(tài)補償模式為主，會通過對數(shù)字技術以及半導體電力器件的應用，利用晶閘管投切模式進行投切操作[7]。接觸器投切電容器裝置，具有控制方便以及結構簡單等方面的優(yōu)勢，不僅成本較低，而且性能穩(wěn)定性較好，但在合閘過程中會產(chǎn)生過電壓以及過電流問題，會對串聯(lián)抗電器以及電容器運行產(chǎn)生不良影響。在對濾波支路進行切除過程中，觸頭位置恢復電壓數(shù)值相對較高，可能會出現(xiàn)開關重燃的情況，而且重復多次的擊穿操作，也會使電容器產(chǎn)生過高電壓，進而造成設備損壞。晶閘管投切電容器，具有開關無觸點以及投切精準度高等方面的優(yōu)勢，能夠在電壓過零點時進行精準投切，不僅沖擊電流較小，而且電壓波動整體較弱，能夠高質(zhì)量展開動態(tài)化的無功補償處理。但其在使用過程中存在成本過高以及發(fā)熱嚴重等方面的問題，在具體進行投切設備選擇過程中，需要通過對綜合情況的分析，確定最佳的投切設施。

（4）無功功率補償控制器

控制器是無功補償裝置的主要指揮系統(tǒng)，具備參數(shù)設定以及發(fā)送投切信號等方面性能，需要高質(zhì)量完成運算、采樣以及測量等操作[8]。通常控制器均由電容器廠家配套提供，在對控制器進行篩選過程中，需要保證其能夠與電容投切回路數(shù)相符合，能夠按照相應回路合理進行控制器的篩選與應用，保證控制器運用效果能夠達到預期。

3.3 補償柜設計注意事項

設計時的具體注意事項如下：①需要按照現(xiàn)場負載變化情況，對投切開關類型進行科學選擇，若負載類型相對較為穩(wěn)定，整體電流波動并不明顯，可以選擇靜態(tài)投切補償裝置；②需要按照現(xiàn)場負載變化情況，對無功補償控制器模式進行選擇，確定選擇動態(tài)控制器或靜態(tài)控制器；③在對無功補償柜內(nèi)回路保護進行設計過程中，需要運用一體式快速熔斷器隔離開關，展開回路隔離以及短路保護處理，根據(jù)國家標準要求，對無功補償裝置進行選擇，避免使用微型斷路器展開回路保護操作，以防因為電容器屬于容性負荷類型，導致微型斷路器分段能力無法滿足相應要求；④在進行電容器的選型過程中，需要對系統(tǒng)電壓以及和電抗器串聯(lián)之后的抬升電壓相關內(nèi)容進行分析，按照實際需求配置額定電壓等級電容器設備，保證電容器能夠正常進行使用；⑤需要保證無功補償裝置的通風散熱效果，合理對電容器室溫度進行控制，避免出現(xiàn)電容器內(nèi)部溫度過高問題，可通過在補償柜中安裝通風散熱設施的方式，確保溫度可以被控制在合理范圍之內(nèi)。如果整體環(huán)境溫度相對較高，可通過安裝空調(diào)的方式進行溫度調(diào)節(jié)，保證補償柜內(nèi)電容器運行壽命能夠得到切實延長，避免因為環(huán)境高溫問題導致電容器使用受到嚴重干擾。

4 結束語

由于變電所低壓側的補償柜設計，會對整體變電所運行產(chǎn)生直接影響，所以技術人員需要對補償柜設計要點予以高度關注，不僅要掌握無功補償柜基本工作原理以及基本組成內(nèi)容，同時還要按照變電所的基本要求，根據(jù)變配電系統(tǒng)運行情況，合理展開補償柜設置方案設計。需要對環(huán)境溫度以及投切方式等進行合理分析與安排，以便達到最優(yōu)化的設計效果，確保補償柜的作用與價值能夠得到充分性發(fā)揮。