氯碱企业高低压无功补偿装置的改造

孙昌稳，白军同

（唐山三友氯碱有限责任公司，河北 唐山 063305）

氯碱企业高低压无功补偿装置的改造

孙昌稳，白军同

（唐山三友氯碱有限责任公司，河北 唐山 063305）

介绍了高低压无功补偿装置改造的必要性以及改造方案的制定，应用TSC无功补偿的先进技术，通过对10 kV母线段和380 V低压母线段全部无功补偿装置的改造，从而达到了提高电压质量、功率因数和降低线损的目的。

TSC无功补偿装置特点；过零投切；改造方案；无功补偿改造效果

1　电力系统原有无功补偿装置

1.1原有无功补偿装置的组合方式

唐山三友氯碱有限责任公司是一家年生产能力达50万t烧碱和40万t PVC的大型氯碱企业，生产设备中，电动机、变压器等感性负荷较多。10 kV电动机达到了76台，10 kV变压器达到了30台，低压电动机有2 600台，这些感性负荷在系统内吸收大量的无功功率，造成了配电网无功匮乏。无功补偿的原则是就地补偿，配电室集中补偿。本次改造考虑到该公司为防爆企业，现场不适合安装电气设备，故采用了高低压配电室集中补偿方式。有些企业为了投资少，一般在低压母线段进行无功补偿，而公司10 kV母线段，电动机、变压器等感性负载众多，低压母线段的无功补偿装置不能满足这部分无功要求，故采用了10 kV母线加380 V母线共同补偿的方式。10 kV配电网共有6台无功补偿装置，每套补偿装置容量为900 kVAr，分别安装在10 kV配电室1-6段10 kV母线侧。380 V配电网共有30台无功补偿装置，每套容量为400 kVAr，分别安装在低压配电室相应母线段。

1.2原有无功补偿装置的弊端

原有10 kV无功补偿装置以并联电容器固定补偿为主要手段，固定并联电容器补偿方式不产生谐波、运行维护简单、可靠性高，但无法解决过补偿和欠补偿的问题。所以本次改造引用了目前TSC动态自动投切的新技术，晶闸管的投入时刻按照给定触发脉冲可以精确控制，能做到快速无冲击地将电容器接入系统，大大降低了对电力系统的冲击，特别适用于频繁投切，并且能做到动态补偿。380 V低压母线段电容补偿全部是传统接触器投切方式的电容补偿装置，柜内由主回路由刀熔开关、断路器、接触器、热继电器、串联电抗器、独立电容器等分立元件通过导线连接组装成的。由于是接触器投切电容器，所以涌流大，对电网系统冲击大，容易造成操作过电压，并且极易造成接触器触点，空开主触头等部分元件的损坏，维护费用高，强度大。这种无功补偿装置没有动态补偿的功能容易造成过补偿和欠补偿情况的发生，补偿效果差。随着公司生产能力不断扩大，感性用电设备也在不断增加，原高低压补偿设计容量已经不能满足多余的无功需求，所以急需扩容，改造。

2　改造方案

2.1改造中无功补偿关键技术的应用

通过深入调研无功补偿的最新技术，经论证TSC无功补偿技术是一种利用晶闸管投切电容器组的电容补偿装置，利用晶闸管无触点控制的特性，使电容器组在系统电压过零点投入，电流过零点切除，投切过程中不产生涌流、拉弧和暂态过电压，对系统无冲击，摒弃了传统分立电器控制元件部分触头容易损坏的弊端。由于是晶闸管控制电容器的投切，所以响应时间小于20 ms，能够快速实现动态、连续投入或切除补偿电容器。利用过零投切技术，能够实现动态无功补偿、减小电压波动，降低线损，从而达到节能降耗的目的。由于目前晶闸管生产技术水平的不断提高，耐压技术已经成熟，所以本次改造，在10 kV高压无功补偿和380 V低压无功补偿装置中，都采用了晶闸管触发最新技术，装置可靠性大幅提高。

2.210 kV无功补偿改造方案

公司共6台动力变，容量全为12 500 kVA，输出10 kV母线共6段，每段设置一台补偿装置，无功补偿装置容量定为变压器容量的7.2%，即900 kVAr。这6台10 kV无功补偿装置，是传统固定电容器组的装置，现改造取变压器容量的12%计算，用900 kVAr HVC与600 kVAr TSC相结合的方案，HVC电容器组由真空接触器来投切，补偿系统稳定的无功量，TSC补偿随生产负荷的变化，动态跟踪补偿。在对负荷进行补偿的过程中，静态补偿和动态补偿相互结合，HVC补偿基本无功，TSC快速响应，组合投切实现细调，既能保证补偿精度，又可实现动态快速跟踪补偿。

2.3380 V低压无功补偿改造方案

低压配电系统共30台变压器，配置有30套低压无功补偿装置，变压器容量均为2 000 kVA，补偿容量按照变压器容量的20%补偿，即每套低压无功补偿装置容量是400 kVAr。这些无功补偿装置，全部为传统接触器投切方式的无功补偿装置，运行过程中，投切电容器组产生的涌流，极易造成电器触头的老化，故障率较高，多数处于无法投运状态，急需改造。此外由于是静态补偿，无法跟踪用电负荷的变化，造成系统的过补偿、欠补偿情况较多，常常会引起系统电压过高，线损增加等状况发生。此次改造利用原有补偿柜，拆除柜内部分元件，只保留刀熔开关及电压表，重新布线安装新型TSC低压模块式无功补偿装置。补偿容量增容为变压器容量的25%，即500 kVAr，每个电容模块容量为60 kVAr，5个模块组成一套补偿电容装置，通过对控制器的编程，使得5个电容模块循环定时投切，减少了模块的温升。智能控制器通过采样电流和采样电压的计算，根据负荷的变化随时跟踪无功量，按照设定的补偿功率因数值，及时调整补偿容量，不会造成过补偿和欠补偿的情况发生。

3　改造后10 kV系统HVC+TSC电容补偿装置特点

3.1组合方式

HVC+TSC-10/1500 kVAr高压动态无功补偿装置总容量为1500kVAr，其中HVC容量为900kVAr，TSC容量为600 kVAr。每套补偿装置由两面电容柜和一面控制柜组成，电容柜内合理安装1 500 kVAr电容器组，控制柜控制HVC和TSC相互配合，根据负荷变化组合投切，可实现3级投切。

3.2动态无功补偿装置技术特点

（1）无功量的补偿能够根据电网系统无功功率大小和功率因数设定值自动投切，实现了细调，不需要人工干预，提高补偿精度，快速动态补偿无功功率，达到了理想的补偿效果；

（2）装置能够实时跟踪负荷变化，响应时间小于20 ms；

（3）此装置采用全数字化智能控制系统，由微机实时监测、智能调节；

（4）无功补偿装置采用了大功率晶闸管串联组成高压交流无触点开关，对多级电容器组的快速过零投切，能够实现无触点、无涌流、无过渡投切；

（5）TSC可控硅的触发采用了光电触发方式，主电路与控制电路的信号采用光电隔离方式，抗干扰能力强，触发可靠；

（6）TSC控制能够实现电流过零投切，投切过程中无涌流冲击、无操作过电压、电弧不会发生重燃现象，使用寿命较长；

（7）补偿控制器全数字化，液晶显示，具有联网通讯功能，显示屏可查看时间、运行方式、投切组别、以及每段母线的电压、电流、功率因数；

（8）内置自放电元件，装置脱离电网后，可以在5 s内将残留电压降至50 V以下；

（9）装置具有过电压、欠压、开口三角保护、过流和速断短路保护，确保电容器组可靠运行。

4　改造后TSC低压电容补偿装置特点

4.1组成结构

本次改造，TSC低压无功补偿装置采用了一套微型化的低压智能无功补偿装置和调谐滤波装置。以无油化低压电力电容器为主体，采用数字电子技术、微型传感技术、微型网络技术和电气制造技术，将智能控制器、滤波器、电抗器、电流互感器、热继电器、熔断器、避雷器等部分元件微型化，全套装置安装在电容器的上方，封装在一个金属壳体内。整体体积很小，特别适合整套电容器组安装在原无功补偿配电柜内。

4.2技术特点

（1）电抗器和电容器组合成LC滤波回路，既能对低压系统进行无功补偿，又能对电网上的谐波电流进行有效治理；

（2）装置采用了先进的TSC过零投切技术，在系统电压过零点，投入电容器，不会产生投切涌流，在电流过零点切除，不会产生拉弧和暂态过电压情况，对系统冲击小；

（3）电容器组具有循环定时投切功能，在补偿容量足够的情况下，单个电容器单元运行时间满设定1 h后即切除，将未投运的回路投入，如此循环投切，均衡电容器的工作时间和温升，降低设备事故率，延长使用寿命；

（4）智能控制器具有投切状态，过补、欠补状态，过压、欠压状态，保护动作类型，故障类型等信号显示；

（5）装置具有短路速断保护、过欠压保护、过电流保护、过温度保护、过谐波保护、接地保护等功能，可靠性较高。

5　改造效果分析

5.1系统谐波的治理效果

该公司电力系统中，由于变频器、软起动器、整流设备等非线性电气设备较多，电网系统中的谐波量不容忽视，经专业谐波测量仪器测定，系统中以5次谐波为主，其含量已超过标准限值。由于补偿电容器对高次谐波最敏感，高次谐波电压叠加在基波电压上不仅使电容器的运行电压有效值增大而且使其峰值电压增加更多，致使电容器因过负荷而发热，并可能发生局部放电损坏，高次谐波电流叠加在电容器基波电流上使电容器电流增大，增加了电容器的温升，导致电容器过热损坏。电容器对电网高次谐波电流的放大作用十分严重，一般可将5～7次谐波放大2～5倍，当系统参数接近谐波谐振频率时，高次谐波电流的放大可达10～20倍。因此，不仅需考虑谐波对电容器的影响，还需考虑被电容器放大的谐波损坏电网设备，影响电网安全运行。最好的解决方法就是在电容器组串接电抗器来组成谐波滤波器。本次改造中，高低压无功装置全部用了电抗率为6%的串联电抗器与电容器配合。在补偿系统无功功率的同时，对系统中的5次、7次谐波具有很好的抑制作用。运行后，测定系统中的奇次谐波都控制在了标准值内，大大改善了电压质量。

5.2功率因数的提高

提高功率因数可以提高电网电压质量，减少电费开支，从而降低生产成本。改造前，公司10 kV母线段平均功率因数为0.88，380 V母线段平均功率因数为0.83。通过本次高低压无功补偿装置的改造，使得高低压功率因数都达到了0.95，功率因数得到大幅提高，公司消耗电网无功功率从占消耗有功功率的60%，降低到了约占消耗有功功率的30%。由于减少了电网无功功率的传输，给公司带来巨大的经济效益。此外由于功率因数的提高，随着公司生产规模的扩大，而电力系统中减少了大量的无功功率的传输，使得变压器和输电线路容量裕度增加，带载能力大幅提高，发挥了输电设备的潜力，延长使用寿命。

6　结论

本次对高低压无功补偿装置的改造，淘汰了老旧落后设备，引用了TSC无功补偿的最新技术，设备完好率得到大幅提高。运行近三年，设备故障率大大降低。高低压母线段功率因数提高到0.95，减少了系统中大量的无功功率传输，降低了电网的线损。系统滤波效果明显改善，基本抑制了5次、7次谐波对电网的冲击，提高了电网的供电质量。采用动态无功补偿的技术，高低压无功补偿装置能够随着生产系统负荷的不断变化，随时快速调整无功补偿量，杜绝了系统中过补偿和欠补偿情况的发生，提高了变压器、输电线路等用电设备的利用率，降低了主变的视在功率，在不增加输电设备投资的情况下，仍然能满足生产系统的用电设备扩容。

Transformation of high low voltage reactive power compensation device

SUN Chang-wen，BAI Jun-tong
（Tangshan Sanyou chlor alkali Co.Ltd.，Tangshan 063305，China）

Are introduced in this paper our company high and low voltage reactive compensation equipment of the transformation of the necessity and transformation plan formulation，the TSC application without the advanced technology of reactive power compensation，through to 10 kV bus segments and 380 V low voltage bus line no modification of reactive power compensation device，so as to improve the voltage quality and power factor and reduce the loss of purpose.

TSC reactive power compensation device characteristics；zero crossing；reconstruction scheme；reactive power compensation reconstruction effect

TM712

B

1009-1785（2016）09-0041-03

2016-04-05