單母線接線雙回路電源進(jìn)線電容補(bǔ)償電流采樣方案比較與分析

趙 龍

（合肥水泥研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230051）

在工礦企業(yè)中，為了滿(mǎn)足供電部門(mén)提出的功率因數(shù)指標(biāo)要求，提高用電效率，企業(yè)多采用的是集中和就地、高壓和低壓補(bǔ)償相結(jié)合的方式對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償。在現(xiàn)有水泥生產(chǎn)線中的用電負(fù)載大部分都是如異步電動(dòng)機(jī)、變壓器等感性負(fù)荷，會(huì)產(chǎn)生大量無(wú)功功率，若在運(yùn)行中不對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，其功率因數(shù)肯定無(wú)法達(dá)到供電部門(mén)所要求的指標(biāo)。以下就是在ATTOCK水泥生產(chǎn)線項(xiàng)目中高壓母線采用集中補(bǔ)償時(shí)所遇到的問(wèn)題以及對(duì)該問(wèn)題所提出的幾種解決方案進(jìn)行的比較分析。

1 主接線方案

圖1中，本項(xiàng)目主接線采用單母線接線方式，下設(shè)進(jìn)線柜2臺(tái)，PT柜1臺(tái)，變壓器開(kāi)關(guān)柜2臺(tái)，高壓電機(jī)開(kāi)關(guān)柜2臺(tái)，電容補(bǔ)償開(kāi)關(guān)柜1臺(tái)，備用開(kāi)關(guān)柜1臺(tái)。兩路電源進(jìn)線來(lái)自不同變電站，一用一備，2臺(tái)進(jìn)線柜內(nèi)設(shè)有電氣聯(lián)鎖裝置。

2 補(bǔ)償方案及問(wèn)題

無(wú)功功率補(bǔ)償采用集中和就地補(bǔ)償相結(jié)合的方式，水泥磨電機(jī)采用在定子側(cè)安裝電容器組進(jìn)行就地補(bǔ)償，在母線上設(shè)置1套集中自動(dòng)補(bǔ)償裝置進(jìn)行集中補(bǔ)償。

圖1 主接線圖

根據(jù)要求，集中補(bǔ)償裝置的自動(dòng)補(bǔ)償控制器需要采樣母線上電壓以及進(jìn)線柜的電流進(jìn)行功率因數(shù)計(jì)算并作出投切控制。但是在本項(xiàng)目中，母線上有主備兩路互鎖的進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜給同一段母線供電，若采樣主進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜的CT，則當(dāng)主進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜分?jǐn)?，備用進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜合閘，則自動(dòng)補(bǔ)償控制器無(wú)法采樣通過(guò)備用進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜的電流，也就無(wú)法測(cè)量此時(shí)的母線功率因數(shù)，無(wú)法進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償裝置的投切，反之若采樣備用進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜的CT，也存在同樣問(wèn)題。

3 解決方案

為了解決電容補(bǔ)償裝置電流采樣問(wèn)題，提出幾種方案。

（1）通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。

圖2中，TAa1為主進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜的CT，TAa1’為備用進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜的CT，RVC為自動(dòng)補(bǔ)償控制器，SA為轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，對(duì)主備兩臺(tái)進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜的電流采樣通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA切換來(lái)采樣。當(dāng)母線電源取自主進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜時(shí)，在主進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜一次通電前將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA轉(zhuǎn)到左側(cè)，RVC采樣主進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜的電流；當(dāng)主進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜電源失電，啟用備用進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜時(shí)，需先斷開(kāi)主進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜，再合上備用進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜，然后將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA轉(zhuǎn)到右側(cè)，送電后，RVC采樣備用進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜的電流。

（2）通過(guò)連接片實(shí)現(xiàn)。

圖3中，TAa1為主進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜的CT，TAa1’為備用進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜的CT，RVC為自動(dòng)補(bǔ)償控制器，XB1與XB1’為連接片，對(duì)主備兩臺(tái)進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜的電流采樣通過(guò)連接片切換來(lái)采樣。當(dāng)母線電源取自主進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜時(shí)，XB1合上，XB1’斷開(kāi)，RVC采樣主進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜的電流；當(dāng)母線電源取自備用進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜時(shí)，XB1’合上，XB1斷開(kāi)，RVC采樣備用進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜的電流。

（3）通過(guò)斷路器輔助觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。

圖2 轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)圖

圖3 連接接片圖

圖4 斷路器輔助接點(diǎn)圖

圖5 自動(dòng)補(bǔ)償控制器圖

圖4中，TAa1為主進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜的CT，TAa1’為備用進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜的CT，RVC為自動(dòng)補(bǔ)償控制器，QF1與QF1’分別為主備進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜真空斷路器的輔助觸點(diǎn)，對(duì)主備兩臺(tái)進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜的電流采樣通過(guò)真空斷路器的輔助觸點(diǎn)閉合和斷開(kāi)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)母線電源取自主進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜時(shí)，主斷路器QF1合閘，備斷路器QF1’分?jǐn)啵瑒t常閉點(diǎn)QF1斷開(kāi)，常閉點(diǎn)QF1’閉合，RVC采樣主進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜的電流；反之，當(dāng)母線電源取自備用進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜時(shí)，RVC采樣備用進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜的電流。

（4）通過(guò)增加自動(dòng)補(bǔ)償控制器實(shí)現(xiàn)。

圖5中，TAa1為主進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜的CT，TAa1’為備用進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜的CT，RVC和RVC’為自動(dòng)補(bǔ)償控制器，即將原電容補(bǔ)償裝置分成2套，設(shè)置2臺(tái)自動(dòng)補(bǔ)償控制器，RVC采樣主進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜電流，RVC’采樣備用進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜電流。當(dāng)母線電源取自主進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜時(shí)，RVC采樣主進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜電流，同時(shí)RVC作為主控制器通過(guò)并機(jī)通訊的方式來(lái)控制RVC’投切動(dòng)作；反之當(dāng)備用開(kāi)關(guān)柜合閘時(shí)，RVC’作為主控制器通過(guò)并機(jī)通訊的方式來(lái)控制RVC投切動(dòng)作，從而使電容補(bǔ)償柜全部可以投入。

4 方案比較

上述四個(gè)方案，都可以解決自動(dòng)補(bǔ)償控制器采樣進(jìn)線柜的電流進(jìn)行功率因數(shù)計(jì)算并作出投切控制。但是由于在正常工作狀態(tài)下，電流互感器二次不允許開(kāi)路，否則將使電流互感器二次回路出現(xiàn)高壓和帶電現(xiàn)象，輕則損壞電氣設(shè)備，重則危及人身安全。

方案一和方案二：在主備電源進(jìn)行切換的過(guò)程中，必須要嚴(yán)格按照操作順序進(jìn)行，即當(dāng)主進(jìn)線開(kāi)關(guān)合閘前，必須保證轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和連接片操作正確完成，使得采樣主進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜電流二次回路連通，采樣備用進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜電流二次回路斷開(kāi)。在備用進(jìn)線開(kāi)關(guān)合閘前，則轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和連接片的操作相同。若采用這兩種方案，當(dāng)出現(xiàn)誤操作或操作順序不當(dāng)時(shí)，使得電流互感器二次開(kāi)路運(yùn)行，其二次回路將出現(xiàn)高壓和帶電現(xiàn)象。

方案三：在該方案中是利用高壓開(kāi)關(guān)柜的斷路器輔助觸點(diǎn)來(lái)接通或分?jǐn)嚯娏骰ジ衅鞯亩位芈?，此方案解決了方案一和方案二因操作的問(wèn)題引起的電流互感器的二次開(kāi)路，但是利用斷路器的常閉點(diǎn)也有安全隱患，當(dāng)斷路器常閉點(diǎn)損壞或不能正常合分時(shí)，會(huì)造成自動(dòng)補(bǔ)償控制器不能正常采樣電流以及出現(xiàn)電流互感器二次開(kāi)路的狀況。

方案四：采用2套自動(dòng)補(bǔ)償控制器，分別采樣主備兩臺(tái)進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜的電流，然后其中的1臺(tái)自動(dòng)補(bǔ)償控制器通過(guò)通訊的方式控制另1臺(tái)自動(dòng)補(bǔ)償控制器進(jìn)行投切操作。此方案電流互感器直接接入自動(dòng)補(bǔ)償控制器，二次回路中沒(méi)有其他元器件，2臺(tái)自動(dòng)補(bǔ)償控制器通過(guò)通訊線連接，該方案故障點(diǎn)少，技術(shù)成熟，可靠性高。

因此，通過(guò)對(duì)幾種方案進(jìn)行比較，從操作性、安全性、可靠性等角度考慮，方案四都要優(yōu)于其他三個(gè)方案。ATTOCK水泥生產(chǎn)線采用了方案四后，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，兩臺(tái)自動(dòng)補(bǔ)償控制器能根據(jù)進(jìn)線電源情況判斷，并通過(guò)通訊方式實(shí)現(xiàn)兩套電容補(bǔ)償裝置的正常投切，大大提高系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，并且功率因數(shù)保證在0.95以上，降低了變壓器損耗和線路損耗，對(duì)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定和平衡無(wú)功都有著明顯的效果。