1低壓無功靜動態(tài)補償裝置的結構及技術特性
改進型的低壓無功自動補償裝置從結構上分為兩部分：一是增加了不隨負荷變化的靜態(tài)補償部分，它是隨10kV配變運行而投入;二是隨用電負荷變動的動態(tài)自動補償部分簡稱(TSC)，其一次接線如圖所示：
圖，無功靜動態(tài)自動補償裝置一次接線圖。
接線選擇的設備技術特性如下：QS-HD13BX-400/31型隔離開關;
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，內裝放電電阻和獨特保險裝置，內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)測到的二次負荷電流，當達到預定的功率因數或無功功率時，會發(fā)出邏輯電壓信號(OV和12V)，指令KCS型無觸點開關自動循環(huán)投切電容器組。運行中可通過顯示器LED和操作鍵，顯示系統(tǒng)的電壓和負荷功率因數，也可以調節(jié)修改工作模式的參數值;KCS-容性無觸點開關，它是電子型功率器件模塊、隔離電路、觸發(fā)電路、同步電路及驅動電路、溫度開關等元件組成，其工作原理是：當接到控制器發(fā)來的控制邏輯電壓信號，12V(導通)、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，對電網不產生諧波，這樣延長了電容器組的運行壽命，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，當運行環(huán)境溫度超過75℃時，風機自動開動，低于55℃時，風機自動停止。
低壓無功靜動態(tài)自動補償裝置的設備，裝于10kV箱式變或低壓配電室內的低壓無功補償柜內，戶外臺架式變臺，裝于配變低壓側JPWB配電箱內。
2低壓無功靜動態(tài)補償裝置電容器補償容量的計算
2.1低壓無功靜態(tài)補償容量的計算
低壓無功靜態(tài)補償是用來補償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數，Io%=2;Ua%—中小,型低耗配變短路電壓百分數，Ua%=4—4.5%;β—配變經濟負載系數，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)，用戶感性無功負荷電流較小，配變輕載或空載運行時，無功功率因數角超前，動補償電容器組會全部切除，所以增加了靜態(tài)補償電容器組，它可以單獨運行，以補償配變無功損耗。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)補償容量的計算
低壓無功動態(tài)補償范圍為低壓線路無功損耗和低壓用電設備的無功損耗。
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，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)補償容量的計算
城鎮(zhèn)和工業(yè)客戶用電設備利用率較高，而且城鎮(zhèn)以生活照明用電為主，負荷的自然平均功率因數為0.8—0.85，配變的低壓側負荷的動態(tài)無功補償量為：
Q動=P靜(tgФ1-tgФ2)=P均(0.75-0.33)
=0.17Se(Kvar)
式中：COSФ1·COSФ2—無功補償前后的功率因數，取0.8、0.95;
tgФ1、tgФ2—無功補償后功率因數角Ф1、Ф2的正切值，取0.75、0.33。
城鎮(zhèn)和工業(yè)客戶配變低壓側動態(tài)無功補償量為：
∑Q動=0.17Se+2×10-4·S2e(Kvar)
將配變低壓無功動態(tài)補償量∑Q動分成3-9組路數，每路低壓并聯(lián)電容器額定容量要接近計算值。
2.2.3農村低壓無功動態(tài)補償量的計算
農村低壓用電負荷的功率因數較低，平均自然功率因數為0.7，要求從0.7提高到0.85，則配變低壓側用電負荷無功動態(tài)補償量為：
Q動=Se·COSФ1·β(tgФ1-tgФ2)
=Se×0.7×0.5(1.02-0.62)
=0.14Se(Kvar)
農村配變低壓側動態(tài)無功補償量為：
∑Q動=0.14Se+2×10-4S2e(Kvar)
將50kVA—200kVA配變低壓無功動態(tài)補償量∑Q動分成2-3組路數，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)補償裝置的運行
3.1補償裝置的檢查和調試工作
低壓無功靜動態(tài)補償裝置投入運行前，運行單位應做好檢查和調試工作。
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)補償裝置進行詳細檢查，其接線是否正確，設備接線是否牢靠，絕緣是否良好，發(fā)現(xiàn)問題進行處理經調試合格后方可投入運行。
3.1.2調試工作
用控制器手動投切電容器組試驗。合上補償裝置總刀閘QS，總開關QF，控制器獲得工作電源，但開始處于閉鎖狀態(tài)，延時30秒后進入運行狀態(tài)。操作“菜單”鍵使控制進入手動投切狀態(tài)，手動運行指示燈亮。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，說明補償裝置接線正確，否則說明接線有誤，應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前已將工作模式調整在功率因數控制模式下，所有參數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“功率因數控制模式”下，自動運行指示燈亮。要檢查控制器出廠前預定的參數或修改參數值時，用“菜單”操作方法如下：
表1在功率因數控制模式下參數調節(jié)步驟
注：1、在功率因數控制模式下，切除門限參數必須高于投入門限0.02以上。
4、低壓無功靜動態(tài)補償裝置的運行分析。
無功靜動態(tài)補償裝置，在功率因數控制模式下投入運行后，隨著配變低壓負荷的增加，負荷的功率因數小于0.95投入門限，控制器就會發(fā)出+12V電壓信號指令，無功調節(jié)器會使電容器組按順序投入運行，使功率因數提高到0.95。當配變低壓動力負荷逐漸減小，照明負荷增加，功率因數超過1時，控制器會發(fā)出OV電壓信號，無功調節(jié)器會使電容器組從1路按順序切除各路電容器組，最后只保留靜補償電容器組。若三相動力負荷又增加，功率因數小于0.95時，按順序再使一路、二路電容器組再投入運行。
低壓無功靜動態(tài)補償裝置運行后，能收到如下經濟效益：
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)電容器組投運率，取0.7;
K2—按平均負荷計算損耗時間率，取0.7;
K3—按平均運行電壓電容器輸出
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容量修正系數，
CP—無功經濟當量，電容器在配變低壓側安裝，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)電容器補償總容量，Kvar;
T年—全年計算小時數，取8760小時。
4.2替代10kV線路的無功補償裝置
設10kV線路無功補償前，負荷的自然平均功率因數COSФ1=0.75;要求將功率因數提高到0.9，則無功補償量為：Q(10)=∑Se·COSФ1·β(tgФ1-tgФ2)Kvar，式中：∑Se—10kV線上配變的總容量，kVA。在10kV線路上，配變低壓側安裝的無功靜動態(tài)補償總容量∑Qc(0.4)≈∑Qc(10)時，可以退出10kV線路無功補償裝置，否則10kV電容器會發(fā)生過補償。這樣也能將10kV線路負荷的功率因數COSФ1從0.75，提高到COSФ2=0.9，能降低原10kV線路的功率損耗PR(kW)的百分數為：
可見降損效果較大。
4.3客戶按功率因數調整電費
100kVA及以上工業(yè)客戶和非工業(yè)客戶用電，其電費包括基本電費、電能電費和按功率因數調整電費三部分。客戶在配變低壓側安裝無功靜動態(tài)補償裝置后，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調整電費，見表3。
表3 以0.9標準值的功率因數調整電費表
所以客戶低壓用電負荷功率因數應補償到0.95，較為經濟。
5.結論
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，僅在65臺10kV配變低壓側，安裝了低壓無功靜動態(tài)補償裝置，經多年運行經驗證明，該裝置質量可靠，能使負荷的功率因數提高到預定狀態(tài)，也提高了配變的利用率，減少了網損，改善了供電電壓質量，用電客戶也減收了電費，從而提高了經濟效益和社會效益，因此該裝置在電網得到了廣泛推廣應用。
參考文獻：
1、“中國農村電氣化學術文集”北京供電局王毅華，編著“農網無功補償分析”，中國電力出版社，1988.9。
2、三信國際電器上海有限公司;630kVA箱式變無功補償設計安裝說明書，2003.10。
3、劉利生編著“國家電網公司優(yōu)質化營銷管理指導手冊”，中國電力出版社2011.1。
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