孫昌穩(wěn)，白軍同

（唐山三友氯堿有限責(zé)任公司，河北 唐山 063305）

氯堿企業(yè)高低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置的改造

孫昌穩(wěn)，白軍同

（唐山三友氯堿有限責(zé)任公司，河北 唐山 063305）

介紹了高低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置改造的必要性以及改造方案的制定，應(yīng)用TSC無(wú)功補(bǔ)償?shù)南冗M(jìn)技術(shù)，通過對(duì)10 kV母線段和380 V低壓母線段全部無(wú)功補(bǔ)償裝置的改造，從而達(dá)到了提高電壓質(zhì)量、功率因數(shù)和降低線損的目的。

TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置特點(diǎn)；過零投切；改造方案；無(wú)功補(bǔ)償改造效果

1　電力系統(tǒng)原有無(wú)功補(bǔ)償裝置

1.1原有無(wú)功補(bǔ)償裝置的組合方式

唐山三友氯堿有限責(zé)任公司是一家年生產(chǎn)能力達(dá)50萬(wàn)t燒堿和40萬(wàn)t PVC的大型氯堿企業(yè)，生產(chǎn)設(shè)備中，電動(dòng)機(jī)、變壓器等感性負(fù)荷較多。10 kV電動(dòng)機(jī)達(dá)到了76臺(tái)，10 kV變壓器達(dá)到了30臺(tái)，低壓電動(dòng)機(jī)有2 600臺(tái)，這些感性負(fù)荷在系統(tǒng)內(nèi)吸收大量的無(wú)功功率，造成了配電網(wǎng)無(wú)功匱乏。無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑瓌t是就地補(bǔ)償，配電室集中補(bǔ)償。本次改造考慮到該公司為防爆企業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)不適合安裝電氣設(shè)備，故采用了高低壓配電室集中補(bǔ)償方式。有些企業(yè)為了投資少，一般在低壓母線段進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，而公司10 kV母線段，電動(dòng)機(jī)、變壓器等感性負(fù)載眾多，低壓母線段的無(wú)功補(bǔ)償裝置不能滿足這部分無(wú)功要求，故采用了10 kV母線加380 V母線共同補(bǔ)償?shù)姆绞健?0 kV配電網(wǎng)共有6臺(tái)無(wú)功補(bǔ)償裝置，每套補(bǔ)償裝置容量為900 kVAr，分別安裝在10 kV配電室1-6段10 kV母線側(cè)。380 V配電網(wǎng)共有30臺(tái)無(wú)功補(bǔ)償裝置，每套容量為400 kVAr，分別安裝在低壓配電室相應(yīng)母線段。

1.2原有無(wú)功補(bǔ)償裝置的弊端

原有10 kV無(wú)功補(bǔ)償裝置以并聯(lián)電容器固定補(bǔ)償為主要手段，固定并聯(lián)電容器補(bǔ)償方式不產(chǎn)生諧波、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單、可靠性高，但無(wú)法解決過補(bǔ)償和欠補(bǔ)償?shù)膯栴}。所以本次改造引用了目前TSC動(dòng)態(tài)自動(dòng)投切的新技術(shù)，晶閘管的投入時(shí)刻按照給定觸發(fā)脈沖可以精確控制，能做到快速無(wú)沖擊地將電容器接入系統(tǒng)，大大降低了對(duì)電力系統(tǒng)的沖擊，特別適用于頻繁投切，并且能做到動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。380 V低壓母線段電容補(bǔ)償全部是傳統(tǒng)接觸器投切方式的電容補(bǔ)償裝置，柜內(nèi)由主回路由刀熔開關(guān)、斷路器、接觸器、熱繼電器、串聯(lián)電抗器、獨(dú)立電容器等分立元件通過導(dǎo)線連接組裝成的。由于是接觸器投切電容器，所以涌流大，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)沖擊大，容易造成操作過電壓，并且極易造成接觸器觸點(diǎn)，空開主觸頭等部分元件的損壞，維護(hù)費(fèi)用高，強(qiáng)度大。這種無(wú)功補(bǔ)償裝置沒有動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)墓δ苋菀自斐蛇^補(bǔ)償和欠補(bǔ)償情況的發(fā)生，補(bǔ)償效果差。隨著公司生產(chǎn)能力不斷擴(kuò)大，感性用電設(shè)備也在不斷增加，原高低壓補(bǔ)償設(shè)計(jì)容量已經(jīng)不能滿足多余的無(wú)功需求，所以急需擴(kuò)容，改造。

2　改造方案

2.1改造中無(wú)功補(bǔ)償關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

通過深入調(diào)研無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖钚录夹g(shù)，經(jīng)論證TSC無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)是一種利用晶閘管投切電容器組的電容補(bǔ)償裝置，利用晶閘管無(wú)觸點(diǎn)控制的特性，使電容器組在系統(tǒng)電壓過零點(diǎn)投入，電流過零點(diǎn)切除，投切過程中不產(chǎn)生涌流、拉弧和暫態(tài)過電壓，對(duì)系統(tǒng)無(wú)沖擊，摒棄了傳統(tǒng)分立電器控制元件部分觸頭容易損壞的弊端。由于是晶閘管控制電容器的投切，所以響應(yīng)時(shí)間小于20 ms，能夠快速實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、連續(xù)投入或切除補(bǔ)償電容器。利用過零投切技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償、減小電壓波動(dòng)，降低線損，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。由于目前晶閘管生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提高，耐壓技術(shù)已經(jīng)成熟，所以本次改造，在10 kV高壓無(wú)功補(bǔ)償和380 V低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置中，都采用了晶閘管觸發(fā)最新技術(shù)，裝置可靠性大幅提高。

2.210 kV無(wú)功補(bǔ)償改造方案

公司共6臺(tái)動(dòng)力變，容量全為12 500 kVA，輸出10 kV母線共6段，每段設(shè)置一臺(tái)補(bǔ)償裝置，無(wú)功補(bǔ)償裝置容量定為變壓器容量的7.2%，即900 kVAr。這6臺(tái)10 kV無(wú)功補(bǔ)償裝置，是傳統(tǒng)固定電容器組的裝置，現(xiàn)改造取變壓器容量的12%計(jì)算，用900 kVAr HVC與600 kVAr TSC相結(jié)合的方案，HVC電容器組由真空接觸器來投切，補(bǔ)償系統(tǒng)穩(wěn)定的無(wú)功量，TSC補(bǔ)償隨生產(chǎn)負(fù)荷的變化，動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償。在對(duì)負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償?shù)倪^程中，靜態(tài)補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償相互結(jié)合，HVC補(bǔ)償基本無(wú)功，TSC快速響應(yīng)，組合投切實(shí)現(xiàn)細(xì)調(diào)，既能保證補(bǔ)償精度，又可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)快速跟蹤補(bǔ)償。

2.3380 V低壓無(wú)功補(bǔ)償改造方案

低壓配電系統(tǒng)共30臺(tái)變壓器，配置有30套低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置，變壓器容量均為2 000 kVA，補(bǔ)償容量按照變壓器容量的20%補(bǔ)償，即每套低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置容量是400 kVAr。這些無(wú)功補(bǔ)償裝置，全部為傳統(tǒng)接觸器投切方式的無(wú)功補(bǔ)償裝置，運(yùn)行過程中，投切電容器組產(chǎn)生的涌流，極易造成電器觸頭的老化，故障率較高，多數(shù)處于無(wú)法投運(yùn)狀態(tài)，急需改造。此外由于是靜態(tài)補(bǔ)償，無(wú)法跟蹤用電負(fù)荷的變化，造成系統(tǒng)的過補(bǔ)償、欠補(bǔ)償情況較多，常常會(huì)引起系統(tǒng)電壓過高，線損增加等狀況發(fā)生。此次改造利用原有補(bǔ)償柜，拆除柜內(nèi)部分元件，只保留刀熔開關(guān)及電壓表，重新布線安裝新型TSC低壓模塊式無(wú)功補(bǔ)償裝置。補(bǔ)償容量增容為變壓器容量的25%，即500 kVAr，每個(gè)電容模塊容量為60 kVAr，5個(gè)模塊組成一套補(bǔ)償電容裝置，通過對(duì)控制器的編程，使得5個(gè)電容模塊循環(huán)定時(shí)投切，減少了模塊的溫升。智能控制器通過采樣電流和采樣電壓的計(jì)算，根據(jù)負(fù)荷的變化隨時(shí)跟蹤無(wú)功量，按照設(shè)定的補(bǔ)償功率因數(shù)值，及時(shí)調(diào)整補(bǔ)償容量，不會(huì)造成過補(bǔ)償和欠補(bǔ)償?shù)那闆r發(fā)生。

3　改造后10 kV系統(tǒng)HVC+TSC電容補(bǔ)償裝置特點(diǎn)

3.1組合方式

HVC+TSC-10/1500 kVAr高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置總?cè)萘繛?500kVAr，其中HVC容量為900kVAr，TSC容量為600 kVAr。每套補(bǔ)償裝置由兩面電容柜和一面控制柜組成，電容柜內(nèi)合理安裝1 500 kVAr電容器組，控制柜控制HVC和TSC相互配合，根據(jù)負(fù)荷變化組合投切，可實(shí)現(xiàn)3級(jí)投切。

3.2動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置技術(shù)特點(diǎn)

（1）無(wú)功量的補(bǔ)償能夠根據(jù)電網(wǎng)系統(tǒng)無(wú)功功率大小和功率因數(shù)設(shè)定值自動(dòng)投切，實(shí)現(xiàn)了細(xì)調(diào)，不需要人工干預(yù)，提高補(bǔ)償精度，快速動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無(wú)功功率，達(dá)到了理想的補(bǔ)償效果；

（2）裝置能夠?qū)崟r(shí)跟蹤負(fù)荷變化，響應(yīng)時(shí)間小于20 ms；

（3）此裝置采用全數(shù)字化智能控制系統(tǒng)，由微機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、智能調(diào)節(jié)；

（4）無(wú)功補(bǔ)償裝置采用了大功率晶閘管串聯(lián)組成高壓交流無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)，對(duì)多級(jí)電容器組的快速過零投切，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)涌流、無(wú)過渡投切；

（5）TSC可控硅的觸發(fā)采用了光電觸發(fā)方式，主電路與控制電路的信號(hào)采用光電隔離方式，抗干擾能力強(qiáng)，觸發(fā)可靠；

（6）TSC控制能夠?qū)崿F(xiàn)電流過零投切，投切過程中無(wú)涌流沖擊、無(wú)操作過電壓、電弧不會(huì)發(fā)生重燃現(xiàn)象，使用壽命較長(zhǎng)；

（7）補(bǔ)償控制器全數(shù)字化，液晶顯示，具有聯(lián)網(wǎng)通訊功能，顯示屏可查看時(shí)間、運(yùn)行方式、投切組別、以及每段母線的電壓、電流、功率因數(shù)；

（8）內(nèi)置自放電元件，裝置脫離電網(wǎng)后，可以在5 s內(nèi)將殘留電壓降至50 V以下；

（9）裝置具有過電壓、欠壓、開口三角保護(hù)、過流和速斷短路保護(hù)，確保電容器組可靠運(yùn)行。

4　改造后TSC低壓電容補(bǔ)償裝置特點(diǎn)

4.1組成結(jié)構(gòu)

本次改造，TSC低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置采用了一套微型化的低壓智能無(wú)功補(bǔ)償裝置和調(diào)諧濾波裝置。以無(wú)油化低壓電力電容器為主體，采用數(shù)字電子技術(shù)、微型傳感技術(shù)、微型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和電氣制造技術(shù)，將智能控制器、濾波器、電抗器、電流互感器、熱繼電器、熔斷器、避雷器等部分元件微型化，全套裝置安裝在電容器的上方，封裝在一個(gè)金屬殼體內(nèi)。整體體積很小，特別適合整套電容器組安裝在原無(wú)功補(bǔ)償配電柜內(nèi)。

4.2技術(shù)特點(diǎn)

（1）電抗器和電容器組合成LC濾波回路，既能對(duì)低壓系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，又能對(duì)電網(wǎng)上的諧波電流進(jìn)行有效治理；

（2）裝置采用了先進(jìn)的TSC過零投切技術(shù)，在系統(tǒng)電壓過零點(diǎn)，投入電容器，不會(huì)產(chǎn)生投切涌流，在電流過零點(diǎn)切除，不會(huì)產(chǎn)生拉弧和暫態(tài)過電壓情況，對(duì)系統(tǒng)沖擊??；

（3）電容器組具有循環(huán)定時(shí)投切功能，在補(bǔ)償容量足夠的情況下，單個(gè)電容器單元運(yùn)行時(shí)間滿設(shè)定1 h后即切除，將未投運(yùn)的回路投入，如此循環(huán)投切，均衡電容器的工作時(shí)間和溫升，降低設(shè)備事故率，延長(zhǎng)使用壽命；

（4）智能控制器具有投切狀態(tài)，過補(bǔ)、欠補(bǔ)狀態(tài)，過壓、欠壓狀態(tài)，保護(hù)動(dòng)作類型，故障類型等信號(hào)顯示；

（5）裝置具有短路速斷保護(hù)、過欠壓保護(hù)、過電流保護(hù)、過溫度保護(hù)、過諧波保護(hù)、接地保護(hù)等功能，可靠性較高。

5　改造效果分析

5.1系統(tǒng)諧波的治理效果

該公司電力系統(tǒng)中，由于變頻器、軟起動(dòng)器、整流設(shè)備等非線性電氣設(shè)備較多，電網(wǎng)系統(tǒng)中的諧波量不容忽視，經(jīng)專業(yè)諧波測(cè)量?jī)x器測(cè)定，系統(tǒng)中以5次諧波為主，其含量已超過標(biāo)準(zhǔn)限值。由于補(bǔ)償電容器對(duì)高次諧波最敏感，高次諧波電壓疊加在基波電壓上不僅使電容器的運(yùn)行電壓有效值增大而且使其峰值電壓增加更多，致使電容器因過負(fù)荷而發(fā)熱，并可能發(fā)生局部放電損壞，高次諧波電流疊加在電容器基波電流上使電容器電流增大，增加了電容器的溫升，導(dǎo)致電容器過熱損壞。電容器對(duì)電網(wǎng)高次諧波電流的放大作用十分嚴(yán)重，一般可將5～7次諧波放大2～5倍，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)接近諧波諧振頻率時(shí)，高次諧波電流的放大可達(dá)10～20倍。因此，不僅需考慮諧波對(duì)電容器的影響，還需考慮被電容器放大的諧波損壞電網(wǎng)設(shè)備，影響電網(wǎng)安全運(yùn)行。最好的解決方法就是在電容器組串接電抗器來組成諧波濾波器。本次改造中，高低壓無(wú)功裝置全部用了電抗率為6%的串聯(lián)電抗器與電容器配合。在補(bǔ)償系統(tǒng)無(wú)功功率的同時(shí)，對(duì)系統(tǒng)中的5次、7次諧波具有很好的抑制作用。運(yùn)行后，測(cè)定系統(tǒng)中的奇次諧波都控制在了標(biāo)準(zhǔn)值內(nèi)，大大改善了電壓質(zhì)量。

5.2功率因數(shù)的提高

提高功率因數(shù)可以提高電網(wǎng)電壓質(zhì)量，減少電費(fèi)開支，從而降低生產(chǎn)成本。改造前，公司10 kV母線段平均功率因數(shù)為0.88，380 V母線段平均功率因數(shù)為0.83。通過本次高低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置的改造，使得高低壓功率因數(shù)都達(dá)到了0.95，功率因數(shù)得到大幅提高，公司消耗電網(wǎng)無(wú)功功率從占消耗有功功率的60%，降低到了約占消耗有功功率的30%。由于減少了電網(wǎng)無(wú)功功率的傳輸，給公司帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。此外由于功率因數(shù)的提高，隨著公司生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，而電力系統(tǒng)中減少了大量的無(wú)功功率的傳輸，使得變壓器和輸電線路容量裕度增加，帶載能力大幅提高，發(fā)揮了輸電設(shè)備的潛力，延長(zhǎng)使用壽命。

6　結(jié)論

本次對(duì)高低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置的改造，淘汰了老舊落后設(shè)備，引用了TSC無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖钚录夹g(shù)，設(shè)備完好率得到大幅提高。運(yùn)行近三年，設(shè)備故障率大大降低。高低壓母線段功率因數(shù)提高到0.95，減少了系統(tǒng)中大量的無(wú)功功率傳輸，降低了電網(wǎng)的線損。系統(tǒng)濾波效果明顯改善，基本抑制了5次、7次諧波對(duì)電網(wǎng)的沖擊，提高了電網(wǎng)的供電質(zhì)量。采用動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)，高低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置能夠隨著生產(chǎn)系統(tǒng)負(fù)荷的不斷變化，隨時(shí)快速調(diào)整無(wú)功補(bǔ)償量，杜絕了系統(tǒng)中過補(bǔ)償和欠補(bǔ)償情況的發(fā)生，提高了變壓器、輸電線路等用電設(shè)備的利用率，降低了主變的視在功率，在不增加輸電設(shè)備投資的情況下，仍然能滿足生產(chǎn)系統(tǒng)的用電設(shè)備擴(kuò)容。

Transformation of high low voltage reactive power compensation device

SUN Chang-wen，BAI Jun-tong
（Tangshan Sanyou chlor alkali Co.Ltd.，Tangshan 063305，China）

Are introduced in this paper our company high and low voltage reactive compensation equipment of the transformation of the necessity and transformation plan formulation，the TSC application without the advanced technology of reactive power compensation，through to 10 kV bus segments and 380 V low voltage bus line no modification of reactive power compensation device，so as to improve the voltage quality and power factor and reduce the loss of purpose.

TSC reactive power compensation device characteristics；zero crossing；reconstruction scheme；reactive power compensation reconstruction effect

TM712

B

1009-1785（2016）09-0041-03

2016-04-05