单母线接线双回路电源进线电容补偿电流采样方案比较与分析

赵 龙

（合肥水泥研究设计院，安徽 合肥 230051）

在工矿企业中，为了满足供电部门提出的功率因数指标要求，提高用电效率，企业多采用的是集中和就地、高压和低压补偿相结合的方式对供电系统进行无功功率补偿。在现有水泥生产线中的用电负载大部分都是如异步电动机、变压器等感性负荷，会产生大量无功功率，若在运行中不对供电系统进行无功功率补偿，其功率因数肯定无法达到供电部门所要求的指标。以下就是在ATTOCK水泥生产线项目中高压母线采用集中补偿时所遇到的问题以及对该问题所提出的几种解决方案进行的比较分析。

1 主接线方案

图1中，本项目主接线采用单母线接线方式，下设进线柜2台，PT柜1台，变压器开关柜2台，高压电机开关柜2台，电容补偿开关柜1台，备用开关柜1台。两路电源进线来自不同变电站，一用一备，2台进线柜内设有电气联锁装置。

2 补偿方案及问题

无功功率补偿采用集中和就地补偿相结合的方式，水泥磨电机采用在定子侧安装电容器组进行就地补偿，在母线上设置1套集中自动补偿装置进行集中补偿。

图1 主接线图

根据要求，集中补偿装置的自动补偿控制器需要采样母线上电压以及进线柜的电流进行功率因数计算并作出投切控制。但是在本项目中，母线上有主备两路互锁的进线开关柜给同一段母线供电，若采样主进线开关柜的CT，则当主进线开关柜分断，备用进线开关柜合闸，则自动补偿控制器无法采样通过备用进线开关柜的电流，也就无法测量此时的母线功率因数，无法进行无功补偿装置的投切，反之若采样备用进线开关柜的CT，也存在同样问题。

3 解决方案

为了解决电容补偿装置电流采样问题，提出几种方案。

（1）通过转换开关实现。

图2中，TAa1为主进线开关柜的CT，TAa1’为备用进线开关柜的CT，RVC为自动补偿控制器，SA为转换开关，对主备两台进线开关柜的电流采样通过转换开关SA切换来采样。当母线电源取自主进线开关柜时，在主进线开关柜一次通电前将转换开关SA转到左侧，RVC采样主进线开关柜的电流；当主进线开关柜电源失电，启用备用进线开关柜时，需先断开主进线开关柜，再合上备用进线开关柜，然后将转换开关SA转到右侧，送电后，RVC采样备用进线开关柜的电流。

（2）通过连接片实现。

图3中，TAa1为主进线开关柜的CT，TAa1’为备用进线开关柜的CT，RVC为自动补偿控制器，XB1与XB1’为连接片，对主备两台进线开关柜的电流采样通过连接片切换来采样。当母线电源取自主进线开关柜时，XB1合上，XB1’断开，RVC采样主进线开关柜的电流；当母线电源取自备用进线开关柜时，XB1’合上，XB1断开，RVC采样备用进线开关柜的电流。

（3）通过断路器辅助触点实现。

图2 转换开关图

图3 连接接片图

图4 断路器辅助接点图

图5 自动补偿控制器图

图4中，TAa1为主进线开关柜的CT，TAa1’为备用进线开关柜的CT，RVC为自动补偿控制器，QF1与QF1’分别为主备进线开关柜真空断路器的辅助触点，对主备两台进线开关柜的电流采样通过真空断路器的辅助触点闭合和断开来实现。当母线电源取自主进线开关柜时，主断路器QF1合闸，备断路器QF1’分断，则常闭点QF1断开，常闭点QF1’闭合，RVC采样主进线开关柜的电流；反之，当母线电源取自备用进线开关柜时，RVC采样备用进线开关柜的电流。

（4）通过增加自动补偿控制器实现。

图5中，TAa1为主进线开关柜的CT，TAa1’为备用进线开关柜的CT，RVC和RVC’为自动补偿控制器，即将原电容补偿装置分成2套，设置2台自动补偿控制器，RVC采样主进线开关柜电流，RVC’采样备用进线开关柜电流。当母线电源取自主进线开关柜时，RVC采样主进线开关柜电流，同时RVC作为主控制器通过并机通讯的方式来控制RVC’投切动作；反之当备用开关柜合闸时，RVC’作为主控制器通过并机通讯的方式来控制RVC投切动作，从而使电容补偿柜全部可以投入。

4 方案比较

上述四个方案，都可以解决自动补偿控制器采样进线柜的电流进行功率因数计算并作出投切控制。但是由于在正常工作状态下，电流互感器二次不允许开路，否则将使电流互感器二次回路出现高压和带电现象，轻则损坏电气设备，重则危及人身安全。

方案一和方案二：在主备电源进行切换的过程中，必须要严格按照操作顺序进行，即当主进线开关合闸前，必须保证转换开关和连接片操作正确完成，使得采样主进线开关柜电流二次回路连通，采样备用进线开关柜电流二次回路断开。在备用进线开关合闸前，则转换开关和连接片的操作相同。若采用这两种方案，当出现误操作或操作顺序不当时，使得电流互感器二次开路运行，其二次回路将出现高压和带电现象。

方案三：在该方案中是利用高压开关柜的断路器辅助触点来接通或分断电流互感器的二次回路，此方案解决了方案一和方案二因操作的问题引起的电流互感器的二次开路，但是利用断路器的常闭点也有安全隐患，当断路器常闭点损坏或不能正常合分时，会造成自动补偿控制器不能正常采样电流以及出现电流互感器二次开路的状况。

方案四：采用2套自动补偿控制器，分别采样主备两台进线开关柜的电流，然后其中的1台自动补偿控制器通过通讯的方式控制另1台自动补偿控制器进行投切操作。此方案电流互感器直接接入自动补偿控制器，二次回路中没有其他元器件，2台自动补偿控制器通过通讯线连接，该方案故障点少，技术成熟，可靠性高。

因此，通过对几种方案进行比较，从操作性、安全性、可靠性等角度考虑，方案四都要优于其他三个方案。ATTOCK水泥生产线采用了方案四后，系统工作稳定，两台自动补偿控制器能根据进线电源情况判断，并通过通讯方式实现两套电容补偿装置的正常投切，大大提高系统的自动化程度，并且功率因数保证在0.95以上，降低了变压器损耗和线路损耗，对系统电压稳定和平衡无功都有着明显的效果。