高壓并聯(lián)電容器裝置在黃家房子泵站設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

李連全

摘要：泵站高壓電機(jī)多采用高壓并聯(lián)電容器裝置進(jìn)行補(bǔ)償，通過(guò)對(duì)泵站實(shí)例分析，提出了高壓水泵電機(jī)補(bǔ)償方案，得出了實(shí)際補(bǔ)償容量計(jì)算過(guò)程，為高壓水泵電機(jī)補(bǔ)償方式的選擇確定理清了設(shè)計(jì)思路。

關(guān)鍵詞：并聯(lián)電容器;電抗率;串聯(lián)電抗器

1背景介紹

水利工程為民生工程，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，越來(lái)受到國(guó)家的重視，供水、排澇泵站在水利工程建設(shè)中占有較大比例，在泵站設(shè)計(jì)中，水泵電動(dòng)機(jī)大多采用交流異步電動(dòng)機(jī)，而具有一定規(guī)模的泵站，多采用高壓水泵電動(dòng)機(jī)，本文選取已投入運(yùn)行的工程天津市西青區(qū)黃家房子泵站實(shí)例，僅對(duì)高壓異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中需要配置高壓無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行分析論述。西青區(qū)黃家房子泵站位于天津市西青區(qū)辛口鎮(zhèn)境內(nèi)新開(kāi)挖的鄭莊子排干末端，地處子牙河右岸，距上游獨(dú)流減河進(jìn)洪閘6.3km，距下游防洪閘5.7km。該泵站的主要任務(wù)是將原黃家房子排水區(qū)產(chǎn)生的澇水排入子牙河，同時(shí)兼顧從子牙河引水灌溉，其設(shè)計(jì)排澇流量10m3/s，主泵房安裝3臺(tái)1200ZLB（Q）-100（-2°）型立式軸流排澇泵，配套安裝3臺(tái)電機(jī)，單機(jī)容量280kW，總裝機(jī)容量840kW。

2泵站電氣主接線(xiàn)

電源利用附近兩路10kV架空輸電線(xiàn)路作為本站的供電電源，將兩路電源引至泵站旁變電站，兩路電源1用1備。設(shè)2臺(tái)SC13-1250kVA主變壓器，降壓至6kV供3臺(tái)280kW主水泵電機(jī)用電。10kV高壓側(cè)采用線(xiàn)路-變壓器單元組為泵站供電，降壓變電站設(shè)置2臺(tái)主變壓器為泵站主水泵供電，2臺(tái)主變互為備用，每臺(tái)變壓器的設(shè)計(jì)容量均能滿(mǎn)足泵站所有機(jī)組同時(shí)運(yùn)行。6kV線(xiàn)路低壓側(cè)采用單母線(xiàn)分段接線(xiàn)，分段處設(shè)置自動(dòng)投切裝置，當(dāng)工作電源失電時(shí)，備用電源自動(dòng)投入運(yùn)行，同時(shí)設(shè)置機(jī)械互鎖及電氣互鎖。另設(shè)置2臺(tái)SC13-200kVA站用變壓器，為泵站機(jī)組操作、直流系統(tǒng)、水泵輔助設(shè)備、照明、檢修、閘門(mén)、管理等供電，2臺(tái)站用變壓器互為備用。

3補(bǔ)償后的功率因數(shù)確定

《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 》對(duì)功率因數(shù)的考核中要求，100kVA及以上高壓供電的電力用戶(hù)，在用戶(hù)高峰負(fù)荷時(shí)變壓器高壓側(cè)功率因數(shù)不宜低于0.95;其他電力用戶(hù)，功率因數(shù)不宜低于0.90。

4單臺(tái)電容器柜補(bǔ)償容量的確定

本工程水泵電機(jī)單臺(tái)功率為280kw，補(bǔ)償前功率因數(shù)為cosφ1=0.74，補(bǔ)償后功率因數(shù)為cosφ2=0.95，電機(jī)效率92.7%。

根據(jù)GB50227-2017中5.5.2的要求，結(jié)合水利工程運(yùn)行實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，串聯(lián)電抗器的電抗率選取5%較為合適。

電容器的額定電壓計(jì)算為UCN=1.05USN/√3/S/（1-K）

UCN：?jiǎn)闻_(tái)電容器的額定電壓（kV）;

USN：電容器接入點(diǎn)電網(wǎng)標(biāo)稱(chēng)電壓（kV）;

S：電容器組每相的串聯(lián)段數(shù);

K：電抗率。

UCN=1.05×6/√3/1/（1-0.05）=3.83kV

據(jù)DL/T604-2009，7.3表1，單臺(tái)電容器的額定電壓選取6.6/√3kV;

《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)電氣一次部分》式9-1，由單臺(tái)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)電容器的基波補(bǔ)償容量Qcf，m=Pfm×[tg（arccosφ1）- tg（arccosφ2）]=280×（0.908928-0.328684）=162.5kVar

單臺(tái)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)電容器實(shí)際安裝容量Q= Qcf，m×U2CN /U2SN=162.5×6.62/62=196.6 kVar，結(jié)合電容器單臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)容量值，選取3臺(tái)67 kVar電容器。兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)電容器實(shí)際安裝容量Q”=196.6×2=393.2 kVar，結(jié)合電容器單臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)容量值，選取3臺(tái)134 kVar電容器。

根據(jù)水泵運(yùn)行方式，最少1臺(tái)水泵運(yùn)行，最多三臺(tái)水泵同時(shí)運(yùn)行。故單臺(tái)高壓水泵電機(jī)運(yùn)行時(shí)，僅投入第一面高壓無(wú)功補(bǔ)償柜201 kVar;當(dāng)兩臺(tái)高壓水泵電機(jī)運(yùn)行時(shí)，投入第二面高壓無(wú)功補(bǔ)償柜402kVar;當(dāng)三臺(tái)高壓水泵電機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí)，兩面高壓無(wú)功補(bǔ)償柜（201+402）kvar同時(shí)投入運(yùn)行。

5串聯(lián)電抗器型號(hào)的選擇

根據(jù)GB50227-2017要求，選擇5%外露磁場(chǎng)較弱的三相鐵芯干式電抗器。其容量計(jì)算式如下：

串聯(lián)電抗器每相額定感抗值XLe=ωL，串聯(lián)電抗率K= XL/XC=5%，

串聯(lián)電抗器的三相容量QLe=3I2LeXLe。

以67kvar電容器串5%電抗器為例計(jì)算如下：

XC = U2/ Q =（6.6/√3）2×1000/67=216.716Ω

XL=216.716×5%=10.836 Ω

ICN=ILe= U/ XC=6.6/√3/216.716×1000=17.583A

QLe=3I2LeXLe=3×17.5832×10.836/1000=10kVar

串聯(lián)電抗器的額定電壓和絕緣水平，應(yīng)符合接入處的電網(wǎng)電壓，本工程中額定電壓及絕緣水平均選擇6kV電壓等級(jí)，最終選用CKSC-10/6-5型干式鐵芯電抗器。

6放電線(xiàn)圈的選擇

開(kāi)關(guān)柜內(nèi)放電線(xiàn)圈一般采用電容器專(zhuān)用干式放電線(xiàn)圈，放電線(xiàn)圈需與電容器組直接并聯(lián)連接，放電線(xiàn)圈的額定一次電壓應(yīng)與之并聯(lián)的電容器組的額定電壓（6.6/√3）一致，其絕緣水平不應(yīng)低于同電壓等級(jí)的電氣設(shè)備絕緣水平，放電線(xiàn)圈的放電容量不應(yīng)小于其并聯(lián)的電容器容量，依據(jù)廠(chǎng)家提供的樣本，最終選用FDGE-6.6/√3-1.7-1型干式放電線(xiàn)圈。

7熔斷器的選擇

戶(hù)內(nèi)高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)單臺(tái)電容器容量一般不超過(guò)200kvar，容量較小，通常采用外熔斷器進(jìn)行保護(hù)。外熔斷器熔絲的額定電流按照1.37-1.50倍的電容器的額定電流進(jìn)行選擇。以67kvar電容器為例，由上述電容器計(jì)算過(guò)程知，電容器的額定電流為17.583A，考慮高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)散熱情況較差，取1.5倍額定電流進(jìn)行計(jì)算為宜，即17.583×1.5=26.375A，查廠(chǎng)家樣本，取27A。最終選用HY5WR-10/27電容器專(zhuān)用型熔斷器進(jìn)行保護(hù)。8投切開(kāi)關(guān)及避雷器的選擇

10kV及以下高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)一般采用真空斷路器或真空接觸器對(duì)電容器組進(jìn)行投切，并聯(lián)電容器總回路中設(shè)置真空斷路器，用來(lái)全部電容器組和開(kāi)斷總回路短路電流，考慮成本及頻繁投切因素，分組回路一般采用真空接觸器進(jìn)行投切，真空接觸器最終選用JCZ5-7.2D/630A。

為了限制電容器投切產(chǎn)生操作過(guò)電壓幅值，在電容器電源進(jìn)線(xiàn)側(cè)緊鄰電容器位置配置HY5WR-10/27型避雷器，2ms方波電流應(yīng)不小于500A。

8結(jié)束語(yǔ)

高壓并聯(lián)電容器組以其具有的產(chǎn)品成熟、穩(wěn)定可靠、價(jià)格適中等諸多優(yōu)點(diǎn)，在水利行業(yè)泵站中得到了廣泛應(yīng)用。黃家房子泵站無(wú)功補(bǔ)償裝置投運(yùn)后，最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)仍能夠在0.95以上，滿(mǎn)足國(guó)家電網(wǎng)公司對(duì)于無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB50227-2017，并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]DL/T5242-2010，35kV-220kV變電站無(wú)功補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].

（作者單位：河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院）