浅析无功功率补偿器的改进

2019-11-04刘之勇

魅力中国 2019年11期

刘之勇

（民航中南地区空中交通管理局技保中心，广东广州 510000）

电网中的电力负荷大部分属于感性负荷，在运行过程中需要向这些感性负荷设备提供相应的无功功率。通过在电网中安装并联的电容器等无功补偿设备后，可以提供感性负载所消耗的无功功率，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功功率补偿。

一、背景分析

（一）补偿方式

本次案例中采用的是低压集中补偿方式，该方式主要应用在变压器低压侧，是国内较普遍采用的一种无功补偿方式。其中补偿装置通常采用低压并联电容器柜，可根据用户负荷水平的波动来投入适当数量的电容器，从而进行跟踪补偿。

（二）更换前补偿柜状态

本案例中由两路高压供电，经过两个变压器变压后分别供电。在两个变压器后端设置了两个低压补偿柜，每个补偿柜主要由16组电容，16个继电器和1个逻辑控制器组成。低压补偿柜投入使用后可提高功率因数，降低线损和变压器的损耗，提高变压器的供电能力。

二、更换前补偿柜存在问题

（一）运行情况

该柜自启用运行，由于年数较长，部分电容器已经衰减严重，甚至损坏，而部分继电器触点连接不紧密，运行的温度较高，甚至有一个逻辑控制器已坏，不能自动投切。

（二）谐波检测

图1 供电系统概况及测试地点

利用仪表通过对B1 及B2变压器下电能质量进行了检测，并且检测了现有纯电容无功补偿设备在投入和切除时的两种工作状态，对两种情况进行了对比，数据表明，该系统的谐波含量主要是 3、5、7、11、13，而当现有纯电容无功补偿设备投入使用时，系统总的谐波畸变率从原始5%左右放大到16%，最高接近3倍，且11次和13次谐波放大严重，因为在这个阶次发生了谐振现象，因此目前使用的纯电容补偿并不满足在谐波环境下进行安全无功补偿的目的。

三、谐波治理及无功补偿方案

根据谐波检测数据分析，测试点电能质量问题在设备原始功率因数较低，需要对其进行电容串电抗的安全补偿装置。因此做出建议谐波治理方案，鉴于测试时系统负载量不同，而且按照设备大容量启动及无功功率补偿等需要，滤波器选型需要留有一定裕量，提出以下技术方案：

无功补偿优化综合装置采用安全补偿装置技术，综合补偿系统无功和谐波。可以用来校正功率因素和滤除电网谐波。

无功补偿部分采用接触器投切电容器组。装置应采用同品牌高品质电容器、电抗器、接触器、无功功率补偿控制器用于提高功率因数。

确定补偿方案主要考虑以下几点：

（一）系统中，需要考虑谐波的影响。主导谐波为 3、5、7、11 次谐波。

设计：需要串联 14%(抑制 3 次及以上)电抗器以避免电容器流入过多的谐波电流，同时避免电容器与系统发生并联谐振。

（二）由于谐波的存在，若使用纯电容补偿，电容器将损坏。

设计：串联电抗器进行安全补偿，可以提高功率因数，避免谐振，降低谐波污染，可以更好的保护电容器不受损害，运行安全，被大量应用。

（三）电容器耐压选择。

设计：选择的电容器应该在 1.1 倍额定电压即 440V 电压下长期稳定运行。且串联电抗器后对电容器会产生局部升压。故应根据公式

Uc=1.1Un/(1-P%)。若 P=14%则 Uc=512V 应选择 525V 耐压等级电容器。

（四）补偿容量的设计

从经济观点看，低压系统中采用自动安全补偿，补偿后功率因数控制在 0.95 以上，同时要考虑系统负荷的增长，和设备维护以及备品备件的统一。

四、改造工程

（一）设备改造

功率补偿柜改造采用了KBR公司提供的改造方案，除电容器之外，加装了电抗器，每一套功率补偿柜配有一台无功功率补偿控制器，采用接触器投切电容器组，用以实现功率因数的提高。

无功功率补偿控制器：显示和控制模块，具有自动投切控制功能，以实现目标功率因数，同时还具有谐波检测功能。

改装后的两套功率补偿柜分别替换原有的纯电容补偿柜，柜内设有九路，每路由电容器串联14%的节能型滤波电抗器，防止 3 次及 3 次以上谐波的放大。单路的容量为25Kvar和50Kvar，由无功功率补偿控制器控制，实现自动投切。

（二）使用中存在的问题及改进措施

功率补偿柜改造完成后，在使用中发现，处于工作状态下，电容器表面温度可达到40℃以上，电抗器表面温度可达到80℃左右，而补偿柜是一个密闭的柜体，柜内空气不流动，更加使得柜内温度的升高。当环境温度较高时，会导致设备中元器件的温度升高，可能会导致绝缘材料软化、变形，从而导致设备的安全绝缘性能下降或失效，引发设备故障；高温可能会引起鼓胀爆裂，影响设备运行安全，甚至可能导致消防问题；高温同时还会减少设备的使用寿命。

针对温度过高的问题，做出了以下几点的改进措施。

1.耐高温电缆

在实际使用中发现，电抗器在工作时，表面温度可达到80℃左右，而电抗器使用的电缆为普通的电缆，电缆外皮使用的是聚氯乙烯（PVC）材料，聚氯乙烯（PVC）绝缘电缆长期耐温仅为70℃，不能满足功率补偿柜内电抗器长期工作时的要求。所以，将普通电缆更换为耐高温电缆，这种耐高温电缆外皮采用的绝缘材料为：氟塑料绝缘，温度范围-60-260度；可有效解决电抗器运行时，连接电缆过热的情况。

2.安装散热风扇

为缓解密闭机柜内环境温度过高的问题，在机柜的门板上安装了散热风扇。根据空气流通的方向，在机柜门上端和下端各安装了一台散热风扇，下面一台为进风，上面一台为出风，增加了机柜内的空气流动，起到了有效降低机柜内温度过高的作用。

3.温度智能多路巡检仪

同时制作安装了这套温度检测系统，该系统由温度检测探头和主机组成，温度检测探头接触式安装在每一个电容器和电感器上，采集温度数据，传输至主机，主机实时监测温度。并且主机对每一路监测的数据可独立设置温度上限，当温度超出该上限时，主机会提示该温度超限告警。

图2 温度智能巡检仪

五、改造后结果分析

通过对配电系统进行电能质量改造，加装了KBR电抗率为14%的节能型滤波电抗器，防止3次及3次以上谐波的放大，并对改造前后，两台变压器在加装14%滤波电抗器后的KBR安全无功补偿装置，在投入和切除两种状态进行了电能质量的检测，对两种情况进行了对比，数据（见表1）表明，该系统的谐波含量主要是 3、5、7、11、13，串接14%的滤波电抗器的KBR安全补偿元件投入使用后，将功率因数提高的同时也抑制了谐波的放大，并且吸收了一定的谐波，达到了一定的效果。