联通数据中心电容柜改造实例分析

王旦清

（深圳通意达机电设备有限公司上海分公司，上海201114）

电力系统的规模随着城市功能的不断扩大，电力系统中的故障概率也加大了，因为系统中的感性、容性等非线性等组成的谐波污染也随之增加,电力系统中的电能质量也悄然下降。因此人们需要更加重视电能质量，不论是从经济性还是安全性角度。

电能质量如果不能达到规定的标准，会给工业生产和日常生活带来种种问题，造成不可避免的损失。例如变频器调速设备、温度控制设备、空调和照明设备等，这些设备除了要消耗大量的电力外，还给配电网带来了污染。针对此情况需要重点关注电能质量，并采取相应的治理方式。

1 项目概况

联通宁桥局位于上海浦东，其二期建设于2012 年，低压室共有五层，每层有两台变压器，共有变压器2500kVA 的6 台，1250kVA 的4 台，期间低压室未进行过任何改造。在一次现场巡检抄表时，发现部分低压开关进线侧的多功能仪表功率因素显示值与电容柜显示屏的读数值存在较大差异，且电容柜运行指示灯显示与显示屏投运指示有差异，因此决定展开排查改造项目。

2 电容柜原始设计情况

低压室1 楼、2 楼和3 楼的配电系统采用的是相同的设计，包括其电容柜。通常2500kVA 的变压器取30%的无功补偿容量，因此设计的无功补偿容量应在750kVar 左右。现场的实际配置分为主辅柜，主柜和辅柜各300kVar 和50A 的有源滤波，总计600kVar 和100A，与理论配置接近。

低压室4 楼和5 楼的配电系统采用的是相同的设计，包括电容柜，采用1250kVA 的变压器，设计的无功补偿容量在400kVar 左右。现场为单柜，无功补偿容量为300kVar 和有源滤波器容量为50A，与理论配置接近。

低压室1 楼、2 楼和3 楼的无功补偿装置配置方式为2 个480V 的25kVarABB 品 牌 的CLMD43 的 电 容 器 为1 组，1 组50kVar，共2 组；4 个480V 的25kvarABB 品牌的CLMD43 的电容器为1 组，1 组100kVar，共5 组。另外，除了增加了有源滤波，还配了7%的电抗，以抑制谐波5 次谐波，但是现场电抗器非ABB 原配，分别为日芝电气的CKSG-50/0.48-7 和CKSG-100/0.48-7， 铭牌上电压和无功值读取为 480V3.49kVar 和480V6.97kVar，经计算电抗率=电抗值/电容值x100%，电抗率（2 个25kVar）=3.49/50≈7.0%，电抗率（4 个25kVar）=6.97/100≈7.0%，虽然无功补偿成套装置非原配，是不同品牌组合而成的，但是电压和电抗率均符合要求。

低压室4 楼和5 楼的无功补偿装置配置方式为1 个480V的25kVarABB 品牌的CLMD43 的电容器为1 组，共1 组；1 个480V 的25kvarABB 品牌的CLMD43 的电容器为1 组，1 组50kVar，共1 组；3 个480V 的25kvarABB 品牌的CLMD43 的电容器为1 组，1 组75kVar，共3 组。除了增加有源滤波，还配备7%的电抗，以抑制谐波5 次谐波。现场电抗器同样非ABB 原配， 为 日 芝 电 气 的 CKSG-25/0.48-7、CKSG-50/0.48-7 和CKSG-75/0.48-7，铭牌上电压和无功值读取为480V1.74kVar 、480V3.49kVar 和480V5.25kVar，经计算电抗率=电抗值/电容值x100%，电抗率（1 个25kVar）=1.74/25≈7.0%，电抗率（2 个25kVar）=3.49/50≈7.0%，电抗率（3 个25kVar）=5.25/75≈7.0%，电压和电抗率均符合标准。

5 层楼的有源滤波装置都未看到铭牌，只看到CIBAUD 的字样，经查未搜到相应品牌，暂估该有源滤波是国内组装产品并且有源滤波装置一直未运行。

综合配置统计如表1 所示。

3 改造思路分析

针对在巡检时发现的问题，通过关闭电容器组开关，停电放电后使用万用表量取电容器两端的电容值，判断电容器是否可用。现场使用的电容器型号为25kvar480V 50Hz。由Qc=3*ω*C*Un2 可 知，C1=Qc/ (3*ω*Un2)=Qc/ (3*2πf* Un2)=25*103/(3*2π*50*4802)=115.23f。电容内部为三角形接法，实际测试时测试ABC 任意2 相分接头，测试值C2=1.5C1=172.8μf。根据国际电工相关标准IEC60831 规定，低压电容器容值的允许值为80%-110%的标称容值，故25KVAR 电容器的容值允许范围为138.2-190.0μf。实测时，电容器两端的电容值都在170μf，在电容器允许范围内，由此判断其电容器可用，一次设备完好，诊断为二次控制有问题，更换二次控制方式。

3.1 ABB 电容器（如图1）

ABB 的CLMD 电容器一般由坚固的端子、开孔片、接地端子、放电电阻和金属外壳等组成。其中，CLMD 电容器的干式绕组是经过特殊处理的聚丙烯薄膜，具有安全、可靠等特性。热缩外壳内经过真空处理并用热固树脂材料填充以获得良好的密封效果，大大提高了CLMD 电容器的电气特性。

CLMD 电容器采用干式设计，可以通过不同的连接方式组成三相电容器或单相电容器并保持相对的频率，电压等。电容器箱体内填充了惰性的防火无机颗粒，不会产生漏液等情况，电容器具有一定阻燃性，防止着火燃烧。另外，电容器在运行中产生的热量可以通过自带的热平衡装置进行有效的散热。在保证了安全性的同时，CLMD 电容器的损耗也是非常低的，电容器介质的损耗低于0.2W/kvar，总损耗低于0.5/kvar。

表1

3.2 RVC 控制器（如图2）

ABB 的RVC 控制器的适用电压在100V-440V 之间，可以用来测量和显示关键参数，例如常规的电压、电流、功率因素；谐波电压THDV 和谐波电流THDI；起动电流C/K、激活回路数、切换顺序类别、移相、特殊连接等。ABB 的RVC 控制器的采样电流可以为1A 或者5A，通过现有的功率因素值cosφ 与设置的目标值cosφ，计算出需要的无功补偿量，对电容器进行投切。ABB 的RVC 控制器的设置比较简单，调试也比较方便，可以全自动识别参数并全自动运行，也可根据不同的场景进行手动控制。

图1

如果RVC 控制器运行中在发生了异常，那么会产生报警信号：

a.电源电压失压/欠压；

b.THDV 的值过大；

c.在投切中，cosφ 一直没有达到目标值且持续了6 分钟；

d.RVC 的内部温度过高，达到了到85℃及以上。

3.3 改造方法

接触器安装通过测量安装原晶闸管的安装板，比较接触器的尺寸，根据电气安全要求得出再安装方案。在钣金上定位打孔安装接触器；RVC 控制器安装在电容柜侧边门板，以开槽安装的方式实现。

二次线：RVC 控制器的原理是采集进线侧的单相电流和单相电压并控制电容电抗回路的输出。因此将进线A 相电流串联，并联A 相电压，拆除电容柜电压回路，晶闸管的风扇控制回路，电容电抗控制回路。这样既保证了原有源滤波的采样和控制，又新增了RVC 电容电抗的控制。

4 电容柜改造实施

4.1 安装施工

4.1.1 现场情况分析

1 楼至3 楼的电容柜现场有图纸，经查看，现场控制器即控制有源滤波又控制电容器。控制器输入有进线侧的三相电流和三相电压，电容柜和装置电压，输出有晶闸管的风扇控制，电容电抗回路控制，显示屏的输出和有源滤波的通讯。最大难点是要保留有源滤波回路。

4 楼至5 楼的电容柜现场无图纸，经查看是通过PLC 控制的系统，控制方式与楼下相同，难点是需要合适二次线缆。

4.1.2 实施步骤

a.停电、验电、隔离；

b.拆除原晶闸管，连接线以及二次控制线路等；

c.安装固定接触器，RVC 控制器；

d.制作一次电缆，并接线；

e.制作二次线缆，并接线；

f.检查接线无误，检测绝缘合格后清理柜体，送电调试。

4.1.3 电气安装材料清单

图2

安装改造过程中用到的工具包括电动螺丝刀、剥线钳、电工钳、尖咀钳、万用表等；手电钻、活动扳手、内/外六角扳手、钢直尺、角度尺、钢锯架及锯条、扩孔器、绝缘鞋、安全盔，电工安全带等。

表2 1 套配电柜（ 1 楼至3 楼，共6 套，1 套2 个柜子）

表3 1 套配电柜（ 4 楼至5 楼，共4 套，1 套1 个柜子）

4.2 调试与送电

首先，查看一次主回路是否连接，检查设备、电缆等的连接螺栓是否有拧紧。通过万用表等检查电容柜内的二次采样电流、电压等接线是否正确，并用万用表测量导通情况，一切正常后通电，启动RVC 控制器，按MODE 按钮两次激活AUTO SET模式，AU 出现在液晶显示屏上。同时按+和- 按钮启动自动设置，AU 开始闪烁，然后会自动设置C/K、相位、输出和序列，停止闪烁后设置完成。按一下MODE 按钮以激活目标功率因素值0.95 的设置，重复使用MODE 按钮以重新激活AUTO 方式。

4.3 安全性保障

电容柜关停熔断器组后需要将电流互感器的二次侧熔丝断开再进行短接，因为电流互感器正常工作时，一次和二次侧的磁通互相抵消，当二次侧开路后，二次侧电流为零，二次侧磁通消失，导致一次侧产生的磁通直接加在铁心上使铁心发热，烧掉绝缘外壳。另外二次开路还会感应出很高的电压,危及人身安全。

虽然熔断器组已关停，但是主母排经过电容柜的上方带有400V 的电，依然是安全隐患，所以现场采用绝缘板遮挡，防止改造时的触电隐患。

现场开槽安装RVC 控制器也是一个重要的注意点，现场切割柜门产生金属屑，会导致短路等危险，因此现场采用博世的曲线锯并用抹布遮挡，使其危险性降至最低。

各类工具在使用前应检查是否有效，无效应立即更换。现场实施时应设有专人监督，在安全质量和安全方面等对安装实施人员全过程，全方位的监督。另外安装实施人员应穿戴好工作服、鞋、手套、帽等必要的劳保用品。

施工现场可以通过带电警示装置，红白带等作为安全标识，并配有符合要求的专人监护来指引并监督安全施工。不同工作界面产生交叉作业时，应避免不必要的交叉产生的安全隐患。安装实施人员应当严禁触动一切非本次相关的客户设备，发现问题时应当及时报告甲方或现场负责人解决。

项目完成或该阶段结束时，现场人员应当从现场清除并运走任何建筑垃圾和不再需要的临时工器具，例如拆卸的旧设备，安装时产生的废端子等，做到现场整洁、文明施工。

结束语

本次电容柜改造项目通过改变电容柜的控制方式，将之前的晶闸管控制改为成熟可靠的RVC 控制接触器吸合，提高了稳定性和可靠性。期间遇到的难点主要有两个，一个是4 楼和5 楼没有图纸，需现场排摸；另一个是要保留原有滤波器，由此将控制和采样回路分别进行了串联。改造完成后进行了为期一个月的试运行，发现状态指示灯、功率因素等均显示正常，系统正常运行。