江蘇省徐州技師學(xué)院 姚 霞

TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置中輔助元件的選型設(shè)計(jì)

江蘇省徐州技師學(xué)院 姚 霞

以低壓電網(wǎng)TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置的主線路結(jié)構(gòu)為模型，結(jié)合國(guó)家電網(wǎng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及無(wú)功補(bǔ)償裝置技術(shù)要求與設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)TSC低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置中的低壓斷路器、避雷器以及熔斷器等相關(guān)輔助設(shè)備元件的選型原則及工作特點(diǎn)進(jìn)行研究，有效配合主控設(shè)備實(shí)現(xiàn)合理投運(yùn)，為配網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的可靠運(yùn)行、管理與維護(hù)提供技術(shù)保障。

TSC無(wú)功補(bǔ)償；低壓電網(wǎng)；設(shè)備選型；輔助元件

0　引言

隨著社會(huì)用電量的上升，配網(wǎng)系統(tǒng)承受著巨大的運(yùn)行壓力，低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置的合理投運(yùn)，在降低系統(tǒng)無(wú)功、優(yōu)化電壓質(zhì)量以及改善用戶(hù)功率因數(shù)等方面具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義［1］。筆者結(jié)合當(dāng)前低壓配網(wǎng)智能型TSC低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置的主電路結(jié)構(gòu)，對(duì)除主控投切設(shè)備以外的相關(guān)輔助元件設(shè)備的功能及其選型要求加以闡述說(shuō)明。

1. TSC低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置的線路結(jié)構(gòu)

本文研究的智能型TSC低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置，裝配在配電變壓器低壓側(cè)母線上，對(duì)配電變壓器所帶負(fù)荷進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，采用集中補(bǔ)償方式［2］，可以就近供應(yīng)380V配電線路的前段部分及所帶用電設(shè)備的無(wú)功功率損耗，具有接線簡(jiǎn)單，便于維護(hù)和控制，具有較高的經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，是目前無(wú)功功率補(bǔ)償中常用的手段之一。

無(wú)功補(bǔ)償裝置主電路接線結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 無(wú)功補(bǔ)償裝置主電路接線示意圖

圖1中，F(xiàn)K為復(fù)合開(kāi)關(guān)，其結(jié)構(gòu)為雙向反并聯(lián)晶閘管與交流接觸器相并聯(lián)的形式。

整個(gè)裝置的構(gòu)成大致包括［3］控制器、開(kāi)關(guān)電器、電容器、單組電容器保護(hù)熔斷器、避雷器、電源總刀閘或開(kāi)關(guān)、采樣及測(cè)量用互感器以及電容器組運(yùn)行狀態(tài)指示燈等幾個(gè)部分。由圖1可以看出，低壓斷路器作為補(bǔ)償裝置總開(kāi)關(guān)，避雷器經(jīng)電流互感器與三相電源線相連后接地。電網(wǎng)中A、B、C三相電源經(jīng)熔斷器與投切開(kāi)關(guān)連接，電容器串聯(lián)限流電抗后，經(jīng)投切開(kāi)關(guān)與熔斷器連接。由雙向反并聯(lián)晶閘管和交流接觸器組成的（TSC + MSC）復(fù)合投切裝置對(duì)電容器組進(jìn)行智能投切控制。

2. 補(bǔ)償裝置主控器件介紹

該裝置由并聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器以及交流接觸器與雙相反并聯(lián)晶閘管相結(jié)合形成的復(fù)合開(kāi)關(guān)等主控器件組成核心投切機(jī)構(gòu)。迄今已有眾多學(xué)者對(duì)此類(lèi)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行研究分析，在此不做贅述，其中：

（1）電容器為系統(tǒng)提供補(bǔ)償無(wú)功容量，標(biāo)稱(chēng)電壓1KV及以下交流電力系統(tǒng)應(yīng)采用自愈式并聯(lián)電容器，并對(duì)其額定電壓與接線方式有嚴(yán)格的要求標(biāo)準(zhǔn)［4］；

（2）串聯(lián)電抗器用于抑制諧波以及限制合閘涌流值，并且其電抗率、絕緣水平、允許過(guò)電流值、以及額定電壓與額定電流等參數(shù)的選取有嚴(yán)格的規(guī)定；

（3）復(fù)合開(kāi)關(guān)要分別依據(jù)機(jī)械開(kāi)關(guān)和半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的投切特點(diǎn)，結(jié)合二者的工作電壓、額定電流、響應(yīng)時(shí)間以及投切涌流限值等參數(shù)來(lái)依次獨(dú)立選取。

3. 補(bǔ)償裝置輔助元件選型設(shè)計(jì)

依據(jù)GBT15576-2008《低壓成套無(wú)功補(bǔ)償裝置》的規(guī)定［5］：裝置內(nèi)安裝的所有獨(dú)立的電器元件及輔件應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)元器件自身標(biāo)準(zhǔn)，所有電器元件及輔件應(yīng)滿(mǎn)足使用的技術(shù)要求，并按照其制造商的說(shuō)明書(shū)進(jìn)行安裝。整個(gè)補(bǔ)償裝置除了由復(fù)合開(kāi)關(guān)和串聯(lián)電抗器發(fā)揮主要投切控制功能以外，還包括以下幾個(gè)部分。

3.1低壓斷路器選型

低壓斷路器是整個(gè)裝置的總開(kāi)關(guān)。斷路器的選取根據(jù)裝置中電容器容量的大小不同和通過(guò)的電流不同來(lái)選取，具體選型原則如下［6］：

（1）斷路器額定電壓大于或等于線路額定電壓，額定電流大于或等于線路計(jì)算電流；

（2）斷路器的額定短路通斷能力大于或等于線路中最大短路電流；

（3）斷路器欠壓脫扣器額定電壓等于線路額定電壓，分勵(lì)脫扣器額定電壓等于控制電源電壓；（4）斷路器殼架等級(jí)的額定電流大于或等于線路計(jì)算負(fù)載電流；（5）線路末端單相對(duì)地短路電流大于或等于1.5倍斷路器瞬時(shí)（或短延時(shí)）脫扣器整定電流；

（6）斷路器的類(lèi)型應(yīng)符合安裝條件、保護(hù)性能及操作方式的要求。

本文中補(bǔ)償裝置斷路器選擇框架式斷路器，也叫萬(wàn)能式斷路器或智能框架斷路器。比較常用的有施耐德、ABB和西門(mén)子等不同品牌。框架斷路器在外形尺寸、電流等級(jí)、分段能力等方面都要要大于以往常用的塑殼斷路器，而且框架斷路器多應(yīng)用于上級(jí)進(jìn)線，塑殼斷路器多應(yīng)用于框架的下級(jí)。其中，以CW系列為代表的框架式斷路器廣泛應(yīng)用于各種低壓配電領(lǐng)域。一般安裝在低壓配電柜中做主開(kāi)關(guān)起總保護(hù)作用，適用于交流50Hz/60Hz，額定工作電壓400V/690V，額定電流6300A及以下的配電網(wǎng)絡(luò)中，用來(lái)分配電能和保護(hù)線路及設(shè)備免受過(guò)載、短路、欠電壓和接地故障等的危害。

3.2避雷器選型

（1）避雷器連接應(yīng)采用相對(duì)地方式（見(jiàn)圖2）；

（2）避雷器接入位置應(yīng)緊靠電容器組的電源側(cè)；

（3）不得采用三臺(tái)避雷器星形連接后經(jīng)第四臺(tái)避雷器接地的接線方式。

圖2 相對(duì)地避雷器接線

避雷器的參數(shù)選擇應(yīng)以保證電力系統(tǒng)安全為前提［8］，根據(jù)電容器組參數(shù)和避雷器接線方式確定，一般情況選取避雷器額定電壓為系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓的1.2～1.3倍。

以地凱防雷產(chǎn)品為例，一般選擇防雷器主要參考其技術(shù)參數(shù)包括標(biāo)稱(chēng)放電電流、最大放電電流、額定電壓、最大持續(xù)運(yùn)行電壓、動(dòng)作電壓、電壓保護(hù)水平、接口類(lèi)型、外形尺寸、防雷保護(hù)等級(jí)、電壓保護(hù)水平等技術(shù)參數(shù)。

3.3熔斷器選型

熔斷器起保護(hù)作用，保證整個(gè)回路安全可靠的運(yùn)行，防止補(bǔ)償裝置由于過(guò)電流的原因而損壞。依據(jù)DL/T842—2003《低壓并聯(lián)電容器裝置實(shí)用技術(shù)條件》關(guān)于保護(hù)熔斷器的規(guī)定：

（1）每組電容器組均應(yīng)裝設(shè)保護(hù)熔斷器；（每臺(tái)電容器都應(yīng)設(shè)有“外熔斷器+內(nèi)熔絲”結(jié)構(gòu)的過(guò)流保護(hù)。當(dāng)電容器發(fā)生故障時(shí)外熔斷器用于切除該電容器，當(dāng)元件發(fā)生故障時(shí)內(nèi)熔絲用來(lái)切除該元件。熔絲額定電流應(yīng)按變壓器額定電流的1.37～1.50倍選擇。）

（2）熔斷器額定工作電流（有效值）應(yīng)按2～3倍單組電容器額定電流選??；

（3）熔斷器開(kāi)斷短路電流能力應(yīng)滿(mǎn)足裝置安全運(yùn)行要求。

（4）熔斷器的選取應(yīng)考慮與空氣斷路器相配合，其跌落電流值應(yīng)為通過(guò)電流的兩倍。

遵照低壓并聯(lián)電容器標(biāo)準(zhǔn)GB/T12747.1-2004，以及低壓無(wú)功補(bǔ)償方式的工作特點(diǎn)，針對(duì)本課題中補(bǔ)償元件包括低壓電容器和串聯(lián)電抗器的情況，正確選擇低壓無(wú)功補(bǔ)償保護(hù)熔斷器應(yīng)該從以下幾個(gè)方面分別考慮：

（1）應(yīng)把電容器和串聯(lián)電抗器作為一個(gè)整體來(lái)分析，補(bǔ)償回路中除了要承載正常的基波無(wú)功電流外，還應(yīng)該允許能夠承載一定量的諧波電流；

（2）在實(shí)際無(wú)功補(bǔ)償過(guò)程中［9］，決定回路過(guò)載能力的是串聯(lián)電抗器的參數(shù)，即電抗器的最大過(guò)電流能力，熔斷器的選擇應(yīng)該以回路的額定電流和電抗器的最大過(guò)電流能力為依據(jù)。

4. 結(jié)語(yǔ)

隨著配網(wǎng)系統(tǒng)日益發(fā)展完善，低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置的合理裝設(shè)成為穩(wěn)定提高電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。通過(guò)研究TSC低壓無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，系統(tǒng)結(jié)合電網(wǎng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及補(bǔ)償設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)范與元件技術(shù)要求，科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪x擇與主控環(huán)節(jié)密切相關(guān)的輔助設(shè)備元件的的型號(hào)及技術(shù)參數(shù)，為系統(tǒng)投切設(shè)備的穩(wěn)定高效運(yùn)行提供技術(shù)保障，有效的降低電能損失，改善用戶(hù)功率因數(shù)和電壓質(zhì)量，最大程度的發(fā)揮配網(wǎng)低壓無(wú)功補(bǔ)償控制設(shè)備的應(yīng)有功能和作用。

［1］張紹通，楊偉杰，周志軍，崔峻，趙新衛(wèi).復(fù)合開(kāi)關(guān)在低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置中的應(yīng)用分析［J］.電力電容器與無(wú)功補(bǔ)償，2014（3）.

［2］GB50227-2008《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》.中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).

［3］《國(guó)家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償配置技術(shù)原則》.國(guó)家電網(wǎng)［2004］435號(hào)印發(fā).

［4］Q/GDW156-2006《城市電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》.

［5］GB/T 14549《電能質(zhì)量—公用電網(wǎng)諧波》中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).

［6］DL/T842-2003 DL/T 842-2003《低壓并聯(lián)電容器裝置使用技術(shù)條件》中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).

［7］GB/T 11024.1-2001標(biāo)稱(chēng)電壓1kV以上交流電力系統(tǒng)用并聯(lián)電容器 第1部分：總則性能、試驗(yàn)和定額安全要求安裝和運(yùn)行導(dǎo)則（IEC60871-1：1997）.

［8］GBT 15576-2008低壓無(wú)功功率靜態(tài)補(bǔ)償裝置總技術(shù)條件.

［9］Q/GDW370-2009《城市配電網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)則》.

姚霞（1980—），女，碩士，講師，主要研究方向：低壓電網(wǎng)TSC無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)。