低壓無功靜動態(tài)自動補(bǔ)償裝置的應(yīng)用

1低壓無功靜動態(tài)補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)及技術(shù)特性

改進(jìn)型的低壓無功自動補(bǔ)償裝置從結(jié)構(gòu)上分為兩部分：一是增加了不隨負(fù)荷變化的靜態(tài)補(bǔ)償部分，它是隨10kV配變運(yùn)行而投入;二是隨用電負(fù)荷變動的動態(tài)自動補(bǔ)償部分簡稱(TSC)，其一次接線如圖所示：

圖，無功靜動態(tài)自動補(bǔ)償裝置一次接線圖。

接線選擇的設(shè)備技術(shù)特性如下：QS-HD13BX-400/31型隔離開關(guān);

QF-D Z20Y-300型空氣斷路器;

FS-Y1.5W-0.28型低壓避雷器;

RD-NT型快速保護(hù)熔斷器;HD-指示燈;C-BSMJ0.415-3型或BSMJ-0.415-1X3型，低壓自愈式并聯(lián)電容器，內(nèi)裝放電電阻和獨特保險裝置，內(nèi)部故障時能自動脫離電源，為防止三次諧波的影響，電容器接成三角接線較好;TA-LMK1-0.66-□/5A，電流互感器;JKW-12C型微電腦控制器，AC380V/5A,它是由電流互感器監(jiān)測到的二次負(fù)荷電流，當(dāng)達(dá)到預(yù)定的功率因數(shù)或無功功率時，會發(fā)出邏輯電壓信號(OV和12V)，指令KCS型無觸點開關(guān)自動循環(huán)投切電容器組。運(yùn)行中可通過顯示器LED和操作鍵，顯示系統(tǒng)的電壓和負(fù)荷功率因數(shù)，也可以調(diào)節(jié)修改工作模式的參數(shù)值;KCS-容性無觸點開關(guān)，它是電子型功率器件模塊、隔離電路、觸發(fā)電路、同步電路及驅(qū)動電路、溫度開關(guān)等元件組成，其工作原理是：當(dāng)接到控制器發(fā)來的控制邏輯電壓信號，12V(導(dǎo)通)、OV(截止)，能快速實時對電容器組零電壓投入、零電流切除，杜絕合閘涌流和分閘過電壓，對電網(wǎng)不產(chǎn)生諧波，這樣延長了電容器組的運(yùn)行壽命，解決了過去用交流接觸器投切電容器組燒壞觸點的故障，另外，當(dāng)運(yùn)行環(huán)境溫度超過75℃時，風(fēng)機(jī)自動開動，低于55℃時，風(fēng)機(jī)自動停止。

低壓無功靜動態(tài)自動補(bǔ)償裝置的設(shè)備，裝于10kV箱式變或低壓配電室內(nèi)的低壓無功補(bǔ)償柜內(nèi)，戶外臺架式變臺，裝于配變低壓側(cè)JPWB配電箱內(nèi)。

2低壓無功靜動態(tài)補(bǔ)償裝置電容器補(bǔ)償容量的計算

2.1低壓無功靜態(tài)補(bǔ)償容量的計算

低壓無功靜態(tài)補(bǔ)償是用來補(bǔ)償10kV配變的無功損耗△QT，其值有勵磁損耗△Q0和漏磁損耗△Qa，計算值為：

式中：Io%—中小型低耗配變空載電流百分?jǐn)?shù)，Io%=2;Ua%—中小,型低耗配變短路電壓百分?jǐn)?shù)，Ua%=4—4.5%;β—配變經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)，β=0.5;S，Se—配變輸出容量與額定容量，kVA;低壓靜態(tài)無功補(bǔ)償θ靜，315kVA以下的配變可按配變額定容量的5%Se計算，315kVA及以上配變按4%Se計算。

以生活照明用電為主的配變臺區(qū)，用戶感性無功負(fù)荷電流較小，配變輕載或空載運(yùn)行時，無功功率因數(shù)角超前，動補(bǔ)償電容器組會全部切除，所以增加了靜態(tài)補(bǔ)償電容器組，它可以單獨運(yùn)行，以補(bǔ)償配變無功損耗。電容器組選擇的額定容量Qe要接近計算值。

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2.2低壓無功動態(tài)補(bǔ)償容量的計算

低壓無功動態(tài)補(bǔ)償范圍為低壓線路無功損耗和低壓用電設(shè)備的無功損耗。

2.2.1低壓線路無功損耗的計算

低壓線路三相電抗消耗的無功損耗為：

式中：SL—每條低壓線路平均輸送容量，kVA;

N—配變低壓線路出線路數(shù)，取2;

L—低壓線路的總長度，取1.2km;

X0—低壓線路正序電抗，取0.42/km;

Ue—低壓線路額定電壓Ue=0.4kV;

可見，低壓線路無功損耗與輸送容量的平方成正比，與線路額定電壓平方成反比。低壓線路的無功損耗補(bǔ)償容量可按配變額定容量平方的2×10-4Se2計算。

2.2.2城鎮(zhèn)和工業(yè)客戶低壓無功動態(tài)補(bǔ)償容量的計算

城鎮(zhèn)和工業(yè)客戶用電設(shè)備利用率較高，而且城鎮(zhèn)以生活照明用電為主，負(fù)荷的自然平均功率因數(shù)為0.8—0.85，配變的低壓側(cè)負(fù)荷的動態(tài)無功補(bǔ)償量為：

Q動=P靜(tgФ1-tgФ2)=P均(0.75-0.33)

=0.17Se(Kvar)

式中：COSФ1·COSФ2—無功補(bǔ)償前后的功率因數(shù)，取0.8、0.95;

tgФ1、tgФ2—無功補(bǔ)償后功率因數(shù)角Ф1、Ф2的正切值，取0.75、0.33。

城鎮(zhèn)和工業(yè)客戶配變低壓側(cè)動態(tài)無功補(bǔ)償量為：

∑Q動=0.17Se+2×10-4·S2e(Kvar)

將配變低壓無功動態(tài)補(bǔ)償量∑Q動分成3-9組路數(shù)，每路低壓并聯(lián)電容器額定容量要接近計算值。

2.2.3農(nóng)村低壓無功動態(tài)補(bǔ)償量的計算

農(nóng)村低壓用電負(fù)荷的功率因數(shù)較低，平均自然功率因數(shù)為0.7，要求從0.7提高到0.85，則配變低壓側(cè)用電負(fù)荷無功動態(tài)補(bǔ)償量為：

Q動=Se·COSФ1·β(tgФ1-tgФ2)

=Se×0.7×0.5(1.02-0.62)

=0.14Se(Kvar)

農(nóng)村配變低壓側(cè)動態(tài)無功補(bǔ)償量為：

∑Q動=0.14Se+2×10-4S2e(Kvar)

將50kVA—200kVA配變低壓無功動態(tài)補(bǔ)償量∑Q動分成2-3組路數(shù)，要求每路低壓并聯(lián)電容器額定容量要接近計算值。

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3.低壓無功靜動態(tài)補(bǔ)償裝置的運(yùn)行

3.1補(bǔ)償裝置的檢查和調(diào)試工作

低壓無功靜動態(tài)補(bǔ)償裝置投入運(yùn)行前，運(yùn)行單位應(yīng)做好檢查和調(diào)試工作。

3.1.1人員檢查

按照接線圖紙對已組裝好的低壓無功靜動態(tài)補(bǔ)償裝置進(jìn)行詳細(xì)檢查，其接線是否正確，設(shè)備接線是否牢靠，絕緣是否良好，發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行處理經(jīng)調(diào)試合格后方可投入運(yùn)行。

3.1.2調(diào)試工作

用控制器手動投切電容器組試驗。合上補(bǔ)償裝置總刀閘QS，總開關(guān)QF，控制器獲得工作電源，但開始處于閉鎖狀態(tài)，延時30秒后進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。操作“菜單”鍵使控制進(jìn)入手動投切狀態(tài)，手動運(yùn)行指示燈亮。操作遞增鍵△投入第一路電容器組，指示燈IHD亮，操作遞減鍵▽切除第一組電容器組，指示燈IHD熄滅。用同樣操作方法按順序投切第二路、第三路...和各路電容器組，如果各路電容器組手動投切正確，說明補(bǔ)償裝置接線正確，否則說明接線有誤，應(yīng)查明原因排除那些影響正常投切的錯誤隱患。

3.2控制器控制模式和投切門限的選擇

控制器有功率因數(shù)控制模式和無功功率控制模式兩種，但任何時刻只能選一種模式工作?？刂破髟诔鰪S前已將工作模式調(diào)整在功率因數(shù)控制模式下，所有參數(shù)已將最合理的方式裝置見表1值，只要接線正確就能工作，但需操作“菜單”鍵，將控制器置于“功率因數(shù)控制模式”下，自動運(yùn)行指示燈亮。要檢查控制器出廠前預(yù)定的參數(shù)或修改參數(shù)值時，用“菜單”操作方法如下：

表1在功率因數(shù)控制模式下參數(shù)調(diào)節(jié)步驟

注：1、在功率因數(shù)控制模式下，切除門限參數(shù)必須高于投入門限0.02以上。

4、低壓無功靜動態(tài)補(bǔ)償裝置的運(yùn)行分析。

無功靜動態(tài)補(bǔ)償裝置，在功率因數(shù)控制模式下投入運(yùn)行后，隨著配變低壓負(fù)荷的增加，負(fù)荷的功率因數(shù)小于0.95投入門限，控制器就會發(fā)出+12V電壓信號指令，無功調(diào)節(jié)器會使電容器組按順序投入運(yùn)行，使功率因數(shù)提高到0.95。當(dāng)配變低壓動力負(fù)荷逐漸減小，照明負(fù)荷增加，功率因數(shù)超過1時，控制器會發(fā)出OV電壓信號，無功調(diào)節(jié)器會使電容器組從1路按順序切除各路電容器組，最后只保留靜補(bǔ)償電容器組。若三相動力負(fù)荷又增加，功率因數(shù)小于0.95時，按順序再使一路、二路電容器組再投入運(yùn)行。

低壓無功靜動態(tài)補(bǔ)償裝置運(yùn)行后，能收到如下經(jīng)濟(jì)效益：

4.1年節(jié)電量A：

A年=(K1·K2·K3·∑Q靜+K11·K2·K3·∑Q動)·CP·T年

=(0.95×0.7×0.84×∑Q靜+0.7×0.7×0.84)·0.16·8760

=783·∑Q靜+577∑Q動(kWh)

式中：K1—靜態(tài)電容器組投入率，取0.95;

K11—動態(tài)電容器組投運(yùn)率，取0.7;

K2—按平均負(fù)荷計算損耗時間率，取0.7;

K3—按平均運(yùn)行電壓電容器輸出

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容量修正系數(shù)，

CP—無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，電容器在配變低壓側(cè)安裝，CP=0.16kW/Kvar;

即每千乏電容器節(jié)電0.16千瓦。

∑Q靜，∑Q動—靜，動態(tài)電容器補(bǔ)償總?cè)萘?，Kvar;

T年—全年計算小時數(shù)，取8760小時。

4.2替代10kV線路的無功補(bǔ)償裝置

設(shè)10kV線路無功補(bǔ)償前，負(fù)荷的自然平均功率因數(shù)COSФ1=0.75;要求將功率因數(shù)提高到0.9，則無功補(bǔ)償量為：Q(10)=∑Se·COSФ1·β(tgФ1-tgФ2)Kvar，式中：∑Se—10kV線上配變的總?cè)萘浚琸VA。在10kV線路上，配變低壓側(cè)安裝的無功靜動態(tài)補(bǔ)償總?cè)萘?sum;Qc(0.4)≈∑Qc(10)時，可以退出10kV線路無功補(bǔ)償裝置，否則10kV電容器會發(fā)生過補(bǔ)償。這樣也能將10kV線路負(fù)荷的功率因數(shù)COSФ1從0.75，提高到COSФ2=0.9，能降低原10kV線路的功率損耗PR(kW)的百分?jǐn)?shù)為：

可見降損效果較大。

4.3客戶按功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)

100kVA及以上工業(yè)客戶和非工業(yè)客戶用電，其電費(fèi)包括基本電費(fèi)、電能電費(fèi)和按功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)三部分。客戶在配變低壓側(cè)安裝無功靜動態(tài)補(bǔ)償裝置后，不但可以降低10kV線路功率損耗，對以上客戶還可以按功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)，見表3。

表3 以0.9標(biāo)準(zhǔn)值的功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)表

所以客戶低壓用電負(fù)荷功率因數(shù)應(yīng)補(bǔ)償?shù)?.95，較為經(jīng)濟(jì)。

5.結(jié)論

涿鹿供電分公司在涿鹿鎮(zhèn)、工業(yè)園區(qū)客戶、電氣化村的供電區(qū)域內(nèi)，僅在65臺10kV配變低壓側(cè)，安裝了低壓無功靜動態(tài)補(bǔ)償裝置，經(jīng)多年運(yùn)行經(jīng)驗證明，該裝置質(zhì)量可靠，能使負(fù)荷的功率因數(shù)提高到預(yù)定狀態(tài)，也提高了配變的利用率，減少了網(wǎng)損，改善了供電電壓質(zhì)量，用電客戶也減收了電費(fèi)，從而提高了經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，因此該裝置在電網(wǎng)得到了廣泛推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

1、“中國農(nóng)村電氣化學(xué)術(shù)文集”北京供電局王毅華，編著“農(nóng)網(wǎng)無功補(bǔ)償分析”，中國電力出版社，1988.9。

2、三信國際電器上海有限公司;630kVA箱式變無功補(bǔ)償設(shè)計安裝說明書，2003.10。

3、劉利生編著“國家電網(wǎng)公司優(yōu)質(zhì)化營銷管理指導(dǎo)手冊”，中國電力出版社2011.1。