改造低压电容补偿的过程研究及效益分析

荣 敏

（河钢集团邯钢公司焦化厂， 河北 邯郸 056015）

1 低压电容补偿现状介绍及分析

众所周知，在整个输电配电过程中，要想电网能够安全稳定运行，就必须要有无功功率补偿，为了做好这个工作，近几年全国供电部门对各个用电部门提出了硬指标要求，要求功率因数不得低于0.9，否则将进行相应处罚[1-3]。为了做好这项工作，单位狠抓落实，提高责任心，对产品的出厂负责，努力做好高低压电容补偿工作以及新旧设备调试工作，以保证设备正常运行。在调高功率因数的基础上，降低整个过程线路的损耗，在节能上保证电力系统的工作效率。

目前所辖区域回收、炼焦、筒仓等共计有7 个变电所14 套低压电容补偿系统。在区域内广泛使用的交流异步电动机、电焊机、电动葫芦、加热器等用点设备都是感性负载。这些感性负载在进行能量转换过程中，使加在其上的电压超前电流一个角度，这个电流（既有电阻又有电感的线圈中流过的电流）可分解为与电压相同相位的有功分量和落后于电压向量90°的无功分量。无功产生无功电流和无功功率。目前变电所内低压补偿柜皆出现过补偿、过电流等情况，导致熔断器烧毁、电容器鼓包等情况发生[4]。当功率因数很低时，增长线路电流使得线路损耗增大，造成电能浪费。线路电流增大使电压降低，会影响设备使用；其次线路电流过大，也会导致两处受电智能开关插件温度升高，在大容量设备启动过程也极易造成供电不稳定。

2 改造低压电容补偿的技术难点

2.1 主要的技术难点

部分区域内低压电容补偿设备陈旧，控制器多采用手动调档控制电容切投，自动模式下无法运行或运行不够智能，且控制器种类不统一，损坏后无相应备件匹配，新采购备件的电容补偿控制器功能丰富，接线方式与旧控制器不同。

2.2 原有控制方式隐患

煤焦区域内电容补偿配电柜接线皆采用熔断器、接触器、热继电器加电容器这种接线方式，如果某相或者某两相线路出现故障，往往会造成熔断器烧毁，发生单相断路、三相断路，甚至会因发热导致火灾，给配电系统的供电稳定性带来安全隐患。

3 采取的主要措施及达到的目标

3.1 主要措施

经与车间技术工程人员沟通，并查询电气设计相关资料，设计出低压电容补偿恢复具体方案。根据方案进行优化改造，降低配电线路无功电能的输送，减少配电线路上的电能损耗；挖掘设备的潜力，提高设备的出力，充分提高设备的利用率；补偿感性无功，提高功率因数，节约电能，减少电费开支；提高电压，改善电能质量。对于控制器损坏的电压电容补偿系统，采用新的过压、过流保护控制器，研究分析各端子接线方式，根据实际情况调整模块参数[5]。将损坏的低压电容补偿系统重新整理，更换接触器、电容、热继电器，同时将熔断器更换为相应容量的空气断路器，电容也采用安全系数更高的自愈式电容器。通过进一步采取外接电阻放电措施，优化电容切除后放电功能，短时将电容电压降低到50 V 以下。

3.2 达到的目标

具体的低压电容补偿系统接线以CGDL-JKW-12SD控制器为例，该补偿控制器电压的变化范围小，因此对电压的测量精度要求不高，通常有1%的测量精度就够了，通常情况下，不测量电压也可以实现很好的无功补偿控制[6]。“延时”整定、切投的延时时间应在10～120 s 范围内调节“灵敏度”整定，电流灵敏度不大于0～2 A。投入及切除门限整定，其功率因数应在0.85（滞后）～0.95（超前）范围内整定。同时可对过压保护设量、显示设置、循环投切功能进行调整。如下页图1 所示，该控制器功能简单、利于维护，系统优化改造完成后，使得所辖区域内的低压电容补偿系统运行率为100%，功率因数区稳定在0.90～0.95 之间，同时可以使受电智能开关电流降低20%左右，有效避免触头发热。提高了功率因数，节约了电能，减少了电费开支，提高了电压，改善了电能质量。

图1 CGDL-JKW-12SD 控制器接线图（取样电压380 V）

通过认真细致安排，集中力量利用15 d 时间完成了对煤焦区域低压变电所内电容补偿柜的改造。以筒仓新设备电容补偿为依据[7]，具体工作内容包括：对于控制器损坏的电压电容补偿系统，采用新的过压、过流保护控制器，研究计算无功功率，分析实际情况，重新接线，根据计算结果调整参数；对损坏的低压电容补偿系统进行重新整理，更换接触器、电容、热继电器，同时将熔断器更换为空气开关，电容采用自愈式电容器；将熔断器更换为小型断路器，主要考虑到熔断器安装和维护不方便，如果运行中某一组出现故障需要检修处理时，需要关闭补偿柜的总电源才可进行，这样会造成一定的经济损失，其次熔断器一旦因为故障引起熔断，必须更换新熔断器，不可恢复，增加了成本，而小型熔断器使用方便，有故障开关就会动作，故障处理完毕后，即可恢复正常做工；优化电容切除后放电功能，短时将电容电压降低到50 V 以下；加大点检力度，发现问题及时处理，防止一般性故障导致电容补偿系统故障；同时对运行过程中出现的问题进行改进、巩固[8]。

4 改造情况及效果

根据2019 年实际情况，设备采购费用如表1 所示。

表1 设备采购费用表

改造费用大概投入在2 万元左右，通过对筛焦变电所、工艺循环水变电所等投入电容后统计，受电电流降低幅度平均都在200 A 左右。这样一来，对于单台1 000 kVA/400 V 或者6 000 kVA/400 V 变压器来讲，每小时节电量约为7 kW·h。

所辖区域共计变压器22 台，每天运行24 h，全年共365 d，共计节电为22×24×365×7=1 349 040 kW·h，企业工厂按照峰谷平电量的平均值0.55 元/（kW·h）电费计算，全年节约电费共计1 349 040×0.55≈74 万元。在目前电力不平衡、高煤价、局势不稳定的情况下，此次节电改造的社会效益明显。

5 维护保障工作

1）进一步细化完成点检路线的规划，保证完成点检计划，包括测温、切投情况、电容器各元器件检查等方面，此过程按周期进行。并根据实际生产情况，定期安排停电检修。

2）对存在季节性特点的设备故障，细化设备种类，按设备的重要级别进行倾向性管理，特别是夏季高温室内制冷效果差的时候，要仔细检查电容器外壳是否膨胀，是否存在漏油、渗漏现象，以及电容器外壳有无放电痕迹、杂声有无异常等。

3）很好地完成了对电气设备维保人员的电气培训与合作。

4）与设备管理人员交流点检经验、借鉴成熟点检经验。

5）进一步向点检问题一条龙方向努力，保证每一个备件、隐患等都能有据可依。

6 结语

无功补偿作为电网安全、经济运行的一个重要手段，对提高系统电压水平、降低线路损耗、改善电工厂功率因数、增强系统稳定性起着十分重要的作用。接下来还需设备管理维护者进一步从节能降耗、安全用电、优化控制方面来助力企业良性发展。