浅析公变三门配电箱无功补偿设备的改进

马劲东，卢美玲，周恩珍

（1.温州电力局，浙江 温州 35000；2.东屿发电厂，浙江 温州 325000）

农村低压电网处于电网的最末端，用户多为低压用户，因此，补偿低压无功负荷是农网无功补偿的关键。搞好低压补偿，不但可以减轻上一级电网补偿的压力，而且还可以提高用户配电变压器的利用率，改善用户功率因数和电压质量，并有效降低电能损失，减少用户电费，因而低压补偿对用户和电力部门均有益。

温州电力局瓯海供电分局辖有约1500多台公用配变，其中大部分布置在农村，并且都是已经配上不锈钢三门配电箱（简称三门箱）的杆变。三门箱中除了极少量容量或负荷很小的公变外均配有无功补偿设备。为降低线损在大力增加无功补偿设备的同时，改造并保证已有的无功补偿设备可靠运行，将会使设备起到应有的作用。

1 并联无功补偿原理

公变三门箱无功补偿设备主要采用跟踪补偿的并联电容器无功补偿原理。跟踪补偿是指以无功补偿投切设备作为控制、保护设备，将低压电容器组补偿在0.4 kV母线上的补偿方式。补偿电容器的固定连接组可起到相当于随器补偿的作用（随器补偿是指将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧，以补偿配电变压器空载无功的补偿方式），补偿用户自身的无功基荷。而投切连接组则用于补偿无功峰荷部分，方式分为自动和手动两种。用户负荷有一定的波动性，故选用自动投切方式，可较好地跟踪无功负荷变化，运行方式灵活，运行维护工作量小。

在实际电力系统中大部分负载为异步电动机，包括异步电动机在内的绝大部分电气设备的等效电路可看作电阻R与电感L串联的电路，其功率因数为：

将R，L电路并联再接入电容C之后，电路如图1（a）所示，电路的电流方程为：

图1 并联电容补偿无功功率的电路和相量图

为提高无功补偿的经济效益，减少无功功率的流动，应尽量选择就地就近分组补偿，如果补偿的电容电流等于电感电流，功率因数将等于1，这时无功功率全部由电容器供给，而电网只传输有功功率，是最佳补偿状态。

2 设备运行中发现的问题

公变三门箱无功补偿设备主要由无功补偿控制器、电流互感器、熔断器、空气开关、接触器、电容器等组成。其中，1个空气开关和1个7.5 kvar电容器连接组成固定补偿，相当于随器补偿的作用。而其余4组并联电容器构成自动补偿，接线原理如图2所示。

无功补偿控制器，采用高性能单片机，充分利用计算机的高速运算力和逻辑判断力，对电流互感器采样所得的电流信号等进行运算和判断，按功率因数的大小向接触器发出指令，通过接触器的动作与否决定电容器的投入和切除。熔断器的作用是在电容器或接触器故障时能迅速熔断切除故障设备保护其他设备的正常运行。

在公变三门箱无功补偿设备的运行维护中，发现了以下问题：

图2 公变三门配电箱无功补偿装置改造前系统设备原理图

（1）作为随器补偿作用的固定连接电容器都是7.5 kvar，而变压器的容量型号是不同的，故而一些配变在负荷低谷接近空载时会出现过补偿。通常不希望出现过补偿的情况，因为这会引起变压器二次电压的升高，而且容性无功功率在电力线路上传输同样会增加电能损耗，如果供电线路电压因此而升高，还会增大电容器本身的功率损耗，使温升增大，影响电容器的寿命。

（2）为了能安全地进行无功补偿设备维修，每次维修均需对相关变压器停电。因为12只瓷管型熔断器是裸露着紧密排列的，在平时检修维护时会有安全隐患。若是带电检修，这些裸露老化的瓷管熔断器极易引起短路或触电；若是停电检修，则会导致供电量的损失，降低供电可靠性。

（3）在无功补偿控制器的出厂参数中，默认的电容器投入和切除的功率因数门限分别为0.95和1。而提高功率因数除了合理选择设备容量、努力提高自然功率因数外，一般多采用并联电容补偿。当功率因数愈接近1时，提高功率因数所需的补偿设备费用愈大，如负荷为120 kW、功率因数为0.72时，要将功率因数提高到0.9，经计算所需的电容器容量为57.5 kvar；如提高到1，则需116 kvar。可见，功率因数由0.72提高到0.9时，每提高0.01所需的电容器容量为57.5/18＝3.2 kvar；而由0.9提高到1时，则每提高0.01就需（116-57.5）/10＝5.85 kvar，两者相差近一倍。 因此无功补偿控制器的参数应根据现场的实际情况重新设定。

（4）春节期间是年负荷低谷，为保证电网运行设备的安全和电网的供电质量，对电网无功电压进行专项控制治理，公用配变手动补偿的电容器全部退出，但自动补偿设备却无法与系统脱离。原来自动切除的功率因数门限为1，而春节期间的功率因数是不能超过0.97的，这也要求对切除门限进行重置并对设备进行有效地改造。

3 改造措施

（1）由于固定补偿能有效限制农网无功基荷，补偿效果好，具有较高的经济性，因此应该从各个容量等级的配电变压器上进行随器补偿。为了防止出现过补偿或产生铁磁谐振等情况，应确定补偿容量Qc小于配电变压器的空载无功功率Q0，有资料推荐选用 Qc＝（0.95～0.98）Q0。 确定随器补偿电容器的容量可参照表1，对不同容量型号的配变进行区别配置。

表1 补偿配电变压器空载无功的最大电容量 kvar

（2）设备停电检修大多会减少供电、降低供电可靠性，有些还会破坏电网经济运行方式，增加线损。为了解决无功补偿设备运行维护的安全可靠，并且尽量减少停电次数、缩短停电时间，降低线损，可在无功补偿设备的接入口加装容量适当、外形较小的空气开关。为使开关正常工作，应对无功补偿设备的最大工作电流进行计算。如普通公变三门箱无功补偿设备共有5个电容器，容量4个为16 kvar，1个为7.5 kvar。电容器的额定电流是：

式中：IN为电容器额定电流；QN为电容器额定功率；UN为电容器额定电压。

则无功补偿设备的额定电流是：

式中：IS为无功补偿设备的额定电流；Ii为单台电容器的额定电流。

由此选择外形较小、额定电流160 A的空气开关（DZ253）加在无功补偿设备的接入口，见图2中的虚框部分，既可以起到对设备的保护，又大大方便了平时的维护，检修时不需停电，只要断开空气开关即可。在春节年负荷低谷期，也只要断开空气开关，就可以退出所有电容器，使电网无功电压控制效率大大提高。

（3）在无功补偿设备的运行维护中，对所有的整定参数进行调查和调整，主要是重新设定投入和切除的功率因数门限为0.9和0.97。根据不同的线路无功负荷，在不同的配变三门箱上配置不同容量的电容器，既能达到无功精确补偿的目的，又能降低补偿设备的费用。

4 结语

在长期的摸索实践中，瓯海供电分局着眼于公变三门箱无功补偿设备的细节，逐步开展了以片区站所所属的公变为主的轮流检修维护。通过认真调查和计算，开展了设备的专业创新改造，取得了良好的效益。

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