馬勁東，盧美玲，周恩珍

（1.溫州電力局，浙江 溫州 35000；2.東嶼發(fā)電廠，浙江 溫州 325000）

農(nóng)村低壓電網(wǎng)處于電網(wǎng)的最末端，用戶多為低壓用戶，因此，補(bǔ)償?shù)蛪簾o功負(fù)荷是農(nóng)網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵。搞好低壓補(bǔ)償，不但可以減輕上一級(jí)電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)膲毫?，而且還可以提高用戶配電變壓器的利用率，改善用戶功率因數(shù)和電壓質(zhì)量，并有效降低電能損失，減少用戶電費(fèi)，因而低壓補(bǔ)償對(duì)用戶和電力部門均有益。

溫州電力局甌海供電分局轄有約1500多臺(tái)公用配變，其中大部分布置在農(nóng)村，并且都是已經(jīng)配上不銹鋼三門配電箱（簡(jiǎn)稱三門箱）的桿變。三門箱中除了極少量容量或負(fù)荷很小的公變外均配有無功補(bǔ)償設(shè)備。為降低線損在大力增加無功補(bǔ)償設(shè)備的同時(shí)，改造并保證已有的無功補(bǔ)償設(shè)備可靠運(yùn)行，將會(huì)使設(shè)備起到應(yīng)有的作用。

1 并聯(lián)無功補(bǔ)償原理

公變?nèi)T箱無功補(bǔ)償設(shè)備主要采用跟蹤補(bǔ)償?shù)牟⒙?lián)電容器無功補(bǔ)償原理。跟蹤補(bǔ)償是指以無功補(bǔ)償投切設(shè)備作為控制、保護(hù)設(shè)備，將低壓電容器組補(bǔ)償在0.4 kV母線上的補(bǔ)償方式。補(bǔ)償電容器的固定連接組可起到相當(dāng)于隨器補(bǔ)償?shù)淖饔茫S器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓保險(xiǎn)接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無功的補(bǔ)償方式），補(bǔ)償用戶自身的無功基荷。而投切連接組則用于補(bǔ)償無功峰荷部分，方式分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種。用戶負(fù)荷有一定的波動(dòng)性，故選用自動(dòng)投切方式，可較好地跟蹤無功負(fù)荷變化，運(yùn)行方式靈活，運(yùn)行維護(hù)工作量小。

在實(shí)際電力系統(tǒng)中大部分負(fù)載為異步電動(dòng)機(jī)，包括異步電動(dòng)機(jī)在內(nèi)的絕大部分電氣設(shè)備的等效電路可看作電阻R與電感L串聯(lián)的電路，其功率因數(shù)為：

將R，L電路并聯(lián)再接入電容C之后，電路如圖1（a）所示，電路的電流方程為：

圖1 并聯(lián)電容補(bǔ)償無功功率的電路和相量圖

為提高無功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益，減少無功功率的流動(dòng)，應(yīng)盡量選擇就地就近分組補(bǔ)償，如果補(bǔ)償?shù)碾娙蓦娏鞯扔陔姼须娏?，功率因?shù)將等于1，這時(shí)無功功率全部由電容器供給，而電網(wǎng)只傳輸有功功率，是最佳補(bǔ)償狀態(tài)。

2 設(shè)備運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的問題

公變?nèi)T箱無功補(bǔ)償設(shè)備主要由無功補(bǔ)償控制器、電流互感器、熔斷器、空氣開關(guān)、接觸器、電容器等組成。其中，1個(gè)空氣開關(guān)和1個(gè)7.5 kvar電容器連接組成固定補(bǔ)償，相當(dāng)于隨器補(bǔ)償?shù)淖饔?。而其?組并聯(lián)電容器構(gòu)成自動(dòng)補(bǔ)償，接線原理如圖2所示。

無功補(bǔ)償控制器，采用高性能單片機(jī)，充分利用計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算力和邏輯判斷力，對(duì)電流互感器采樣所得的電流信號(hào)等進(jìn)行運(yùn)算和判斷，按功率因數(shù)的大小向接觸器發(fā)出指令，通過接觸器的動(dòng)作與否決定電容器的投入和切除。熔斷器的作用是在電容器或接觸器故障時(shí)能迅速熔斷切除故障設(shè)備保護(hù)其他設(shè)備的正常運(yùn)行。

在公變?nèi)T箱無功補(bǔ)償設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)中，發(fā)現(xiàn)了以下問題：

圖2 公變?nèi)T配電箱無功補(bǔ)償裝置改造前系統(tǒng)設(shè)備原理圖

（1）作為隨器補(bǔ)償作用的固定連接電容器都是7.5 kvar，而變壓器的容量型號(hào)是不同的，故而一些配變?cè)谪?fù)荷低谷接近空載時(shí)會(huì)出現(xiàn)過補(bǔ)償。通常不希望出現(xiàn)過補(bǔ)償?shù)那闆r，因?yàn)檫@會(huì)引起變壓器二次電壓的升高，而且容性無功功率在電力線路上傳輸同樣會(huì)增加電能損耗，如果供電線路電壓因此而升高，還會(huì)增大電容器本身的功率損耗，使溫升增大，影響電容器的壽命。

（2）為了能安全地進(jìn)行無功補(bǔ)償設(shè)備維修，每次維修均需對(duì)相關(guān)變壓器停電。因?yàn)?2只瓷管型熔斷器是裸露著緊密排列的，在平時(shí)檢修維護(hù)時(shí)會(huì)有安全隱患。若是帶電檢修，這些裸露老化的瓷管熔斷器極易引起短路或觸電；若是停電檢修，則會(huì)導(dǎo)致供電量的損失，降低供電可靠性。

（3）在無功補(bǔ)償控制器的出廠參數(shù)中，默認(rèn)的電容器投入和切除的功率因數(shù)門限分別為0.95和1。而提高功率因數(shù)除了合理選擇設(shè)備容量、努力提高自然功率因數(shù)外，一般多采用并聯(lián)電容補(bǔ)償。當(dāng)功率因數(shù)愈接近1時(shí)，提高功率因數(shù)所需的補(bǔ)償設(shè)備費(fèi)用愈大，如負(fù)荷為120 kW、功率因數(shù)為0.72時(shí)，要將功率因數(shù)提高到0.9，經(jīng)計(jì)算所需的電容器容量為57.5 kvar；如提高到1，則需116 kvar?？梢?，功率因數(shù)由0.72提高到0.9時(shí)，每提高0.01所需的電容器容量為57.5/18＝3.2 kvar；而由0.9提高到1時(shí)，則每提高0.01就需（116-57.5）/10＝5.85 kvar，兩者相差近一倍。 因此無功補(bǔ)償控制器的參數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況重新設(shè)定。

（4）春節(jié)期間是年負(fù)荷低谷，為保證電網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備的安全和電網(wǎng)的供電質(zhì)量，對(duì)電網(wǎng)無功電壓進(jìn)行專項(xiàng)控制治理，公用配變手動(dòng)補(bǔ)償?shù)碾娙萜魅客顺觯詣?dòng)補(bǔ)償設(shè)備卻無法與系統(tǒng)脫離。原來自動(dòng)切除的功率因數(shù)門限為1，而春節(jié)期間的功率因數(shù)是不能超過0.97的，這也要求對(duì)切除門限進(jìn)行重置并對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效地改造。

3 改造措施

（1）由于固定補(bǔ)償能有效限制農(nóng)網(wǎng)無功基荷，補(bǔ)償效果好，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，因此應(yīng)該從各個(gè)容量等級(jí)的配電變壓器上進(jìn)行隨器補(bǔ)償。為了防止出現(xiàn)過補(bǔ)償或產(chǎn)生鐵磁諧振等情況，應(yīng)確定補(bǔ)償容量Qc小于配電變壓器的空載無功功率Q0，有資料推薦選用 Qc＝（0.95～0.98）Q0。 確定隨器補(bǔ)償電容器的容量可參照表1，對(duì)不同容量型號(hào)的配變進(jìn)行區(qū)別配置。

表1 補(bǔ)償配電變壓器空載無功的最大電容量 kvar

（2）設(shè)備停電檢修大多會(huì)減少供電、降低供電可靠性，有些還會(huì)破壞電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，增加線損。為了解決無功補(bǔ)償設(shè)備運(yùn)行維護(hù)的安全可靠，并且盡量減少停電次數(shù)、縮短停電時(shí)間，降低線損，可在無功補(bǔ)償設(shè)備的接入口加裝容量適當(dāng)、外形較小的空氣開關(guān)。為使開關(guān)正常工作，應(yīng)對(duì)無功補(bǔ)償設(shè)備的最大工作電流進(jìn)行計(jì)算。如普通公變?nèi)T箱無功補(bǔ)償設(shè)備共有5個(gè)電容器，容量4個(gè)為16 kvar，1個(gè)為7.5 kvar。電容器的額定電流是：

式中：IN為電容器額定電流；QN為電容器額定功率；UN為電容器額定電壓。

則無功補(bǔ)償設(shè)備的額定電流是：

式中：IS為無功補(bǔ)償設(shè)備的額定電流；Ii為單臺(tái)電容器的額定電流。

由此選擇外形較小、額定電流160 A的空氣開關(guān)（DZ253）加在無功補(bǔ)償設(shè)備的接入口，見圖2中的虛框部分，既可以起到對(duì)設(shè)備的保護(hù)，又大大方便了平時(shí)的維護(hù)，檢修時(shí)不需停電，只要斷開空氣開關(guān)即可。在春節(jié)年負(fù)荷低谷期，也只要斷開空氣開關(guān)，就可以退出所有電容器，使電網(wǎng)無功電壓控制效率大大提高。

（3）在無功補(bǔ)償設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)中，對(duì)所有的整定參數(shù)進(jìn)行調(diào)查和調(diào)整，主要是重新設(shè)定投入和切除的功率因數(shù)門限為0.9和0.97。根據(jù)不同的線路無功負(fù)荷，在不同的配變?nèi)T箱上配置不同容量的電容器，既能達(dá)到無功精確補(bǔ)償?shù)哪康?，又能降低補(bǔ)償設(shè)備的費(fèi)用。

4 結(jié)語

在長期的摸索實(shí)踐中，甌海供電分局著眼于公變?nèi)T箱無功補(bǔ)償設(shè)備的細(xì)節(jié)，逐步開展了以片區(qū)站所所屬的公變?yōu)橹鞯妮喠鳈z修維護(hù)。通過認(rèn)真調(diào)查和計(jì)算，開展了設(shè)備的專業(yè)創(chuàng)新改造，取得了良好的效益。

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