氯堿企業(yè)高低壓無功補償裝置的改造

孫昌穩(wěn)，白軍同

（唐山三友氯堿有限責任公司，河北 唐山 063305）

氯堿企業(yè)高低壓無功補償裝置的改造

孫昌穩(wěn)，白軍同

（唐山三友氯堿有限責任公司，河北 唐山 063305）

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

TSC無功補償裝置特點；過零投切；改造方案；無功補償改造效果

1　電力系統(tǒng)原有無功補償裝置

1.1原有無功補償裝置的組合方式

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

1.2原有無功補償裝置的弊端

原有10 kV無功補償裝置以并聯(lián)電容器固定補償為主要手段，固定并聯(lián)電容器補償方式不產(chǎn)生諧波、運行維護簡單、可靠性高，但無法解決過補償和欠補償?shù)膯栴}。所以本次改造引用了目前TSC動態(tài)自動投切的新技術，晶閘管的投入時刻按照給定觸發(fā)脈沖可以精確控制，能做到快速無沖擊地將電容器接入系統(tǒng)，大大降低了對電力系統(tǒng)的沖擊，特別適用于頻繁投切，并且能做到動態(tài)補償。380 V低壓母線段電容補償全部是傳統(tǒng)接觸器投切方式的電容補償裝置，柜內(nèi)由主回路由刀熔開關、斷路器、接觸器、熱繼電器、串聯(lián)電抗器、獨立電容器等分立元件通過導線連接組裝成的。由于是接觸器投切電容器，所以涌流大，對電網(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，空開主觸頭等部分元件的損壞，維護費用高，強度大。這種無功補償裝置沒有動態(tài)補償?shù)墓δ苋菀自斐蛇^補償和欠補償情況的發(fā)生，補償效果差。隨著公司生產(chǎn)能力不斷擴大，感性用電設備也在不斷增加，原高低壓補償設計容量已經(jīng)不能滿足多余的無功需求，所以急需擴容，改造。

2　改造方案

2.1改造中無功補償關鍵技術的應用

通過深入調(diào)研無功補償?shù)淖钚录夹g，經(jīng)論證TSC無功補償技術是一種利用晶閘管投切電容器組的電容補償裝置，利用晶閘管無觸點控制的特性，使電容器組在系統(tǒng)電壓過零點投入，電流過零點切除，投切過程中不產(chǎn)生涌流、拉弧和暫態(tài)過電壓，對系統(tǒng)無沖擊，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，所以響應時間小于20 ms，能夠快速實現(xiàn)動態(tài)、連續(xù)投入或切除補償電容器。利用過零投切技術，能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)無功補償、減小電壓波動，降低線損，從而達到節(jié)能降耗的目的。由于目前晶閘管生產(chǎn)技術水平的不斷提高，耐壓技術已經(jīng)成熟，所以本次改造，在10 kV高壓無功補償和380 V低壓無功補償裝置中，都采用了晶閘管觸發(fā)最新技術，裝置可靠性大幅提高。

2.210 kV無功補償改造方案

公司共6臺動力變，容量全為12 500 kVA，輸出10 kV母線共6段，每段設置一臺補償裝置，無功補償裝置容量定為變壓器容量的7.2%，即900 kVAr。這6臺10 kV無功補償裝置，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，補償系統(tǒng)穩(wěn)定的無功量，TSC補償隨生產(chǎn)負荷的變化，動態(tài)跟蹤補償。在對負荷進行補償?shù)倪^程中，靜態(tài)補償和動態(tài)補償相互結(jié)合，HVC補償基本無功，TSC快速響應，組合投切實現(xiàn)細調(diào)，既能保證補償精度，又可實現(xiàn)動態(tài)快速跟蹤補償。

2.3380 V低壓無功補償改造方案

低壓配電系統(tǒng)共30臺變壓器，配置有30套低壓無功補償裝置，變壓器容量均為2 000 kVA，補償容量按照變壓器容量的20%補償，即每套低壓無功補償裝置容量是400 kVAr。這些無功補償裝置，全部為傳統(tǒng)接觸器投切方式的無功補償裝置，運行過程中，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)處于無法投運狀態(tài)，急需改造。此外由于是靜態(tài)補償，無法跟蹤用電負荷的變化，造成系統(tǒng)的過補償、欠補償情況較多，常常會引起系統(tǒng)電壓過高，線損增加等狀況發(fā)生。此次改造利用原有補償柜，拆除柜內(nèi)部分元件，只保留刀熔開關及電壓表，重新布線安裝新型TSC低壓模塊式無功補償裝置。補償容量增容為變壓器容量的25%，即500 kVAr，每個電容模塊容量為60 kVAr，5個模塊組成一套補償電容裝置，通過對控制器的編程，使得5個電容模塊循環(huán)定時投切，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算，根據(jù)負荷的變化隨時跟蹤無功量，按照設定的補償功率因數(shù)值，及時調(diào)整補償容量，不會造成過補償和欠補償?shù)那闆r發(fā)生。

3　改造后10 kV系統(tǒng)HVC+TSC電容補償裝置特點

3.1組合方式

HVC+TSC-10/1500 kVAr高壓動態(tài)無功補償裝置總?cè)萘繛?500kVAr，其中HVC容量為900kVAr，TSC容量為600 kVAr。每套補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)負荷變化組合投切，可實現(xiàn)3級投切。

3.2動態(tài)無功補償裝置技術特點

（1）無功量的補償能夠根據(jù)電網(wǎng)系統(tǒng)無功功率大小和功率因數(shù)設定值自動投切，實現(xiàn)了細調(diào)，不需要人工干預，提高補償精度，快速動態(tài)補償無功功率，達到了理想的補償效果；

（2）裝置能夠?qū)崟r跟蹤負荷變化，響應時間小于20 ms；

（3）此裝置采用全數(shù)字化智能控制系統(tǒng)，由微機實時監(jiān)測、智能調(diào)節(jié)；

（4）無功補償裝置采用了大功率晶閘管串聯(lián)組成高壓交流無觸點開關，對多級電容器組的快速過零投切，能夠?qū)崿F(xiàn)無觸點、無涌流、無過渡投切；

（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采用光電隔離方式，抗干擾能力強，觸發(fā)可靠；

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

（7）補償控制器全數(shù)字化，液晶顯示，具有聯(lián)網(wǎng)通訊功能，顯示屏可查看時間、運行方式、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、過流和速斷短路保護，確保電容器組可靠運行。

4　改造后TSC低壓電容補償裝置特點

4.1組成結(jié)構(gòu)

本次改造，TSC低壓無功補償裝置采用了一套微型化的低壓智能無功補償裝置和調(diào)諧濾波裝置。以無油化低壓電力電容器為主體，采用數(shù)字電子技術、微型傳感技術、微型網(wǎng)絡技術和電氣制造技術，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功補償配電柜內(nèi)。

4.2技術特點

（1）電抗器和電容器組合成LC濾波回路，既能對低壓系統(tǒng)進行無功補償，又能對電網(wǎng)上的諧波電流進行有效治理；

（2）裝置采用了先進的TSC過零投切技術，在系統(tǒng)電壓過零點，投入電容器，不會產(chǎn)生投切涌流，在電流過零點切除，不會產(chǎn)生拉弧和暫態(tài)過電壓情況，對系統(tǒng)沖擊?。?/p>

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

（4）智能控制器具有投切狀態(tài)，過補、欠補狀態(tài)，過壓、欠壓狀態(tài)，保護動作類型，故障類型等信號顯示；

（5）裝置具有短路速斷保護、過欠壓保護、過電流保護、過溫度保護、過諧波保護、接地保護等功能，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、軟起動器、整流設備等非線性電氣設備較多，電網(wǎng)系統(tǒng)中的諧波量不容忽視，經(jīng)專業(yè)諧波測量儀器測定，系統(tǒng)中以5次諧波為主，其含量已超過標準限值。由于補償電容器對高次諧波最敏感，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，導致電容器過熱損壞。電容器對電網(wǎng)高次諧波電流的放大作用十分嚴重，一般可將5～7次諧波放大2～5倍，當系統(tǒng)參數(shù)接近諧波諧振頻率時，高次諧波電流的放大可達10～20倍。因此，不僅需考慮諧波對電容器的影響，還需考慮被電容器放大的諧波損壞電網(wǎng)設備，影響電網(wǎng)安全運行。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。在補償系統(tǒng)無功功率的同時，對系統(tǒng)中的5次、7次諧波具有很好的抑制作用。運行后，測定系統(tǒng)中的奇次諧波都控制在了標準值內(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。通過本次高低壓無功補償裝置的改造，使得高低壓功率因數(shù)都達到了0.95，功率因數(shù)得到大幅提高，公司消耗電網(wǎng)無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)無功功率的傳輸，給公司帶來巨大的經(jīng)濟效益。此外由于功率因數(shù)的提高，隨著公司生產(chǎn)規(guī)模的擴大，而電力系統(tǒng)中減少了大量的無功功率的傳輸，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)揮了輸電設備的潛力，延長使用壽命。

6　結(jié)論

本次對高低壓無功補償裝置的改造，淘汰了老舊落后設備，引用了TSC無功補償?shù)淖钚录夹g，設備完好率得到大幅提高。運行近三年，設備故障率大大降低。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次諧波對電網(wǎng)的沖擊，提高了電網(wǎng)的供電質(zhì)量。采用動態(tài)無功補償?shù)募夹g，高低壓無功補償裝置能夠隨著生產(chǎn)系統(tǒng)負荷的不斷變化，隨時快速調(diào)整無功補償量，杜絕了系統(tǒng)中過補償和欠補償情況的發(fā)生，提高了變壓器、輸電線路等用電設備的利用率，降低了主變的視在功率，在不增加輸電設備投資的情況下，仍然能滿足生產(chǎn)系統(tǒng)的用電設備擴容。

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