線路低壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償箱的安裝分析

陶永軍

（北京市京電博源供用電工程安裝有限公司，北京 昌平 102200）

本文對(duì)線路低壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償箱的安裝進(jìn)行分析，明確安裝各個(gè)環(huán)節(jié)的要點(diǎn)，減少電能耗損。

1 無(wú)功補(bǔ)償與自動(dòng)補(bǔ)償箱選擇

低壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償箱主要有綜合變壓器補(bǔ)償箱、工業(yè)沖擊性負(fù)荷變壓器補(bǔ)償箱兩種類型。第一，綜合變壓器補(bǔ)償箱的負(fù)荷變化速率較低，一般不像低壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償箱頻繁投切，每天投切5～8 次即可。選擇補(bǔ)償箱時(shí)，以帶有觸點(diǎn)的補(bǔ)償箱為主，并且考慮其經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性，例如將交流接觸器當(dāng)作開關(guān)元件，交流接觸器投切壽命約為數(shù)千次。第二，工業(yè)沖擊性負(fù)荷變壓器補(bǔ)償箱，常在選礦、煉鐵等領(lǐng)域應(yīng)用。因?yàn)樨?fù)荷變化比較快，所以低壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償箱投切頻率也比較高，每天投切次數(shù)約幾十次。選擇設(shè)備時(shí)，建議優(yōu)先挑選大功率可控硅，將其作為開關(guān)元件。優(yōu)勢(shì)在于沒(méi)有火花和噪聲，無(wú)震動(dòng)，且具有極高的穩(wěn)定性，抑制沖擊性與波動(dòng)性，可規(guī)避負(fù)載對(duì)于電網(wǎng)電壓波動(dòng)的干擾，保證電能質(zhì)量，延長(zhǎng)無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)元件使用壽命，且可控硅投切次數(shù)多達(dá)十萬(wàn)次。

2 設(shè)定低壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償箱額定參數(shù)

無(wú)功補(bǔ)償裝置是由串聯(lián)補(bǔ)償裝置、同步電機(jī)、并聯(lián)電抗器補(bǔ)償裝置、并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置、靜補(bǔ)裝置等組成：（1）串聯(lián)補(bǔ)償裝置。輸電線路上將電容器串聯(lián)，起到抵消線路電感的作用，一般在長(zhǎng)距離高壓輸電線路中應(yīng)用，可以加強(qiáng)電網(wǎng)輸電性能。由于低壓電網(wǎng)電流大，所以無(wú)法采用串聯(lián)補(bǔ)償裝置[1]。（2）同步電機(jī)。同步電機(jī)處于特殊工況下，當(dāng)感受到系統(tǒng)電壓降低，會(huì)自動(dòng)增加無(wú)功輸出，提高電壓的同時(shí)吸收無(wú)功，使電力系統(tǒng)始終保持平衡。（3）并聯(lián)電抗器補(bǔ)償裝置。該裝置在超高壓電路中比較常用，連接輸電線末端與地。（4）并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置。對(duì)于110 kV及以下用戶，如果自然功率因數(shù)不足，便會(huì)選擇安裝并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置，達(dá)到人工補(bǔ)償?shù)哪康腫2]。

低壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償箱和電容器補(bǔ)償裝置并聯(lián)，通常在AC 660 V、AC 380 V電網(wǎng)無(wú)功就地平衡中的適用性較高。設(shè)計(jì)自動(dòng)補(bǔ)償箱額定參數(shù)，首先需要計(jì)算無(wú)功補(bǔ)償箱電容器的容量。最大負(fù)荷計(jì)算補(bǔ)償容量為

式中：Q為補(bǔ)償容量；Pc為最大負(fù)荷有功功率；tanφ1為最大負(fù)荷功率因數(shù)角正切值；tanφ2為目標(biāo)功率因數(shù)角正切值。

提升電壓要求計(jì)算補(bǔ)償容量，公式為

式中：Q為補(bǔ)償容量；ΔU為補(bǔ)償之后的變電站母線電壓升高值；Ub為補(bǔ)償之前變電站母線電壓；XL為變電站送電線路感抗值。

平均負(fù)荷計(jì)算補(bǔ)償容量，公式為

式中：Q為補(bǔ)償容量；Pc為最大負(fù)荷有功功率；aaυ為年平均有功負(fù)荷系數(shù)。

其次需要確定無(wú)功補(bǔ)償箱電容器的額定電壓，需要分析電網(wǎng)額定電壓，以及并聯(lián)電容器在連接電網(wǎng)之后引起母線電壓升高的情況，串聯(lián)電抗器使電容器端子電壓提升，以及諧波導(dǎo)致電壓升高。

3 低壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償箱安裝要點(diǎn)

3.1 安裝線路加裝補(bǔ)償箱

確定補(bǔ)償綜合變壓器安裝部位。綜合變壓器的低壓負(fù)荷具有較高均衡性，一般情況下沒(méi)有絕對(duì)大的無(wú)功流量。所以，無(wú)功補(bǔ)償箱采樣電流，建議將變壓器低壓側(cè)出口電流作為基準(zhǔn)。組織補(bǔ)償箱測(cè)試，可以得知變壓器出口無(wú)功需量比較大，在投入了無(wú)功容量之后，變壓器經(jīng)過(guò)補(bǔ)償無(wú)功，輸出電流對(duì)比總負(fù)荷電流較小[3]。

確定補(bǔ)償工業(yè)沖擊性負(fù)荷變壓器的安裝部位。比如選礦使用變壓器的負(fù)荷具有集中性，所以無(wú)功補(bǔ)償裝置采樣電流建議選擇負(fù)荷側(cè)工作電流，優(yōu)先以沖擊負(fù)荷就地補(bǔ)償為主。根據(jù)低壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償箱安裝的實(shí)操經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)補(bǔ)償箱測(cè)試環(huán)節(jié)可以確定負(fù)荷側(cè)無(wú)功需量比較大，在投入無(wú)功容量后，補(bǔ)償負(fù)荷需要的無(wú)功功率也相對(duì)較大，變壓器輸出電流和補(bǔ)償之前的總負(fù)荷電流相比較小，使得變壓器容載比得到提升。

3.2 確定補(bǔ)償容量與單組容量

選擇補(bǔ)償容量。綜合變壓器負(fù)載率以50%為準(zhǔn)，具體可以將變壓器自然功率因數(shù)設(shè)定為0.8進(jìn)行計(jì)算。若變壓器容量設(shè)定為315 kVA，那么補(bǔ)償無(wú)功需要按照進(jìn)行計(jì)算，得出無(wú)功值在變壓器容量中的占比是Q/S= 95/315 = 0.3，為30%。為此，綜合變壓器無(wú)功補(bǔ)償容量以變壓器容量25%～30%為準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)定。選礦與煉鐵領(lǐng)域應(yīng)用的變壓器，因?yàn)槠湄?fù)載率比較高，部分實(shí)際負(fù)載率甚至?xí)_(dá)到變壓器額定容量150%～180%。所以補(bǔ)償容量需要參考測(cè)量負(fù)荷電流再行確定，以免選定電流互感器變比小導(dǎo)致電流互感器、補(bǔ)償箱中的設(shè)備出現(xiàn)燒毀現(xiàn)象[4]。

選擇單組容量。補(bǔ)償箱內(nèi)部所有電容容量的確定，建議以變壓器最小負(fù)荷為依據(jù)確定。當(dāng)負(fù)荷電流I= 50 A 時(shí)，自然功率因數(shù)可以設(shè)定為0.8，需要補(bǔ) 償 無(wú) 功 可 以 根 據(jù) 公 式r進(jìn)行計(jì)算。如果每組容量超過(guò)Q時(shí)，即表示無(wú)法投入或是投入之后可能導(dǎo)致過(guò)補(bǔ)現(xiàn)象。為此，每組電容容量以15～20 kvar為最佳。

4 低壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償箱安裝效果

實(shí)踐表明，自動(dòng)補(bǔ)償箱運(yùn)行狀況較好，功率因數(shù)得到基本改善，減少運(yùn)行期間電能的耗損消，提升電能質(zhì)量，用電成本減少。自動(dòng)補(bǔ)償箱具有監(jiān)測(cè)電網(wǎng)數(shù)據(jù)的功能，用戶電力負(fù)荷水平發(fā)生異常波動(dòng)，電容器組容量自動(dòng)增減，與此同時(shí)也會(huì)自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償無(wú)功功率，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。安裝線路低壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償箱，應(yīng)提前設(shè)定好相關(guān)額定參數(shù)，同時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)際需求選擇合適的補(bǔ)償箱，最大程度地發(fā)揮出自動(dòng)補(bǔ)償箱優(yōu)勢(shì)，減少電能耗損與成本支出，提高電力系統(tǒng)以及相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行效率。