TBB10型高压无功补偿装置在变电站的应用

施俊楠

摘 要：本文结合工程实例，介绍了TBB10型高压无功补偿装置的工作原理、技术指标、结构特点等方面的内容。对装置投用后能够使系统功率因数达到最佳，调整网络电压，减少配电系统和变压器的损耗，降低线路损耗，确保电网的供电质量，增加了效益。

关键词：变电站;高压无功补偿装置;功率因数;供电安全

1、概述

在电力系统中，随着变压器、交流电动机等电感性负载的广泛应用，电力设备中常常流动着大量的无功电流，这些无功电流的存在不但占用了大量的供配电设备容量，同时也增大了供电设备及线路的损耗，使得供电质量下降，电力设备得不到充分利用。作为解决问题的办法之一，就是采用无功补偿装置就地进行补偿，而我国目前电力系统多数采用固定电容器组补偿方式，由于缺少无功调节手段，在供电峰谷期间功率因数波动较大，容易出现过补和欠补问题。

TBB10型高压无功补偿自动调节成套装置，使用无功自动控制器检测电网电压及功率因数，通过对电网电压和功率因数的综合判定，同时控制两段母线上的无功补偿电容的自动投切，实现平衡系统电压，提高功率因数，减少线损，保护供电质量，解决无功过补偿和欠补偿问题，增加了经济效益。

2、无功补偿的目的

无功补偿的目的是系统功率因数低，降低了配电网和变压器的出力，增加了输电线路的损耗和电压损失。功率因数是电力系统的一个重要的技术数据，是衡量电气设备效率高低的一个系数。功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失及企业生产成本。所以，供电部门对用电单位的功率因数有一定的标准要求。一般要求用户的功率因数不低于0.9，因此，必须采取相应措施来提高电网系统功率因数。

3、现状分析

河南天通电力有限公司（以下简称天通电力公司）龙门变电站主要担负着五矿已四采区和七矿丁戊六采区的供电任务，正常运行时主变功率因数仅为0.75～0.8，远远达不到国家所规定的0.9，较低的功率因数对天通电力公司供电系统造成以下影响：（1）偏低的功率因数，使得电量大量流失，无形中增加了企业的成本;（2）导致变压器、电缆等设备的损耗增大，利用率降低;（3）易引起系统电压下降，影响各种终端负荷的各种电气设备的正常工作;（4）造成变压器局部严重过热，损耗增大，输出减少，缩短变压器使用寿命等问题。因此要提高龙门变电站功率因数，必须要在电网中安装无功补偿设备以改善供电质量，同时还要避免出现过补和欠补问题。

4、TBB10型高压并联电容器补偿装置

TBB10型高压并联电容器补偿装置系列产品，是广泛应用于10KV线路的无功自动补偿装置，可实时监测高压线路的电压、电流、无功及功率因数等电网参数，并根据这些参数对高压电网进行动态监测补偿;对提高线路功率因数及电压，减少损，改善电网供电质量起到重要作用。

4.1无功补偿工作原理

TBB10型高压无功补偿成套装置由高压真空接触器、高压并联电容器组、电抗器、避雷器、隔离开关和一些附属设备组成。按照“优先保证电压合格，实现无功平衡，尽量减少调节次数”的原则，依据九域图（分析九种运行状态）按照模糊控制策略进行电压无功综合控制。

电容器组用高压真空接触器投切，当控制器检测到的无功电流值超过整定值时，控制器根据需要投切的电容器组级数，给出控制信号，自动关合高压真空接触器，将电容器组投入进行。当负载无功电流值低于给定值时，控制器给出控制信号将高压真空接触器断开，电容器组退出工作。对于有载分接头的变压器，控制器通过检测负荷电压的高低自动调节变压器分接头数，以实现稳定负荷电压的作用。

4.2  TBB10型结构特点分析

TBB10型系列高压并联电容器装置主要有以下特点：

4.2.1 串联电抗器与电容器串联，加上电抗率为6%的串联铁芯电抗器，可以有效抑制谐波和合闸涌流。

4.2.2  装置采用高压喷逐式熔断器作为单台电容器的短路保护，能够确保设备的安全运行。

4.2.3 放电线圈直接与电容器并联使用，电容器从电网断开后，在5s内能将电容器端子间的电压降为50 V以下，同时放电线圈还可以为并联电容器提供二次保护信号。

4.2.4 氧化锌避雷器可以用来限制电容器投切开关的过电压。

4.2.5 为保证检修人员的安全，通过接地开关将电容器的端子接地。

4.2.6 结构设计合理，热、动稳定性好，带电显示装置可以用来显示装置的投切状态，并具有电磁锁、观察窗，具有强制闭锁功能，有效的确保了维护人员安全。

4.2.7 装置配有防冷凝的加热器。

5、无功补偿实施方案

天通电力公司龙门变电站高压无功补偿成套装置总的补偿容量为3600kva，分为6组，每组600kva，利用从6kv母线上采集来的电压与电流可以完全实现电容器的自动投切。

TBB10型高压无功补偿成套装置由高压真空接触器，高压并联电容器组，电抗器，避雷器，隔离开关等设备组成。

6、经济效益分析

TBB10型高压无功补偿成套装置自2009年9月在天通电力公司龙门站运行至今，功率因数由以前的0.8，提高到了0.92，给天通电力公司带来了巨大的经济效益。

天通电力公司龙门变电站的变压器总容量为25000kva，月用电量约为70000kw/h， 功率因数由0.8提高到了0.92;基本电费每月每kva为18元，电量电费按0.4元/kwh计算;补偿装置每kva按60元，资产折旧率为10%，无功补偿设备的有功损耗为其额定容量的3%。计算过程如下：

6.1计算补偿容量

補偿前Cosφ1=0.8，tanφ1=0.75，平均有功功率P1=70000/30/24=97（kw），无功功率为Q1= P1×tanφ1=72.75（kvar）.

假设补偿电容器容量为Xkvar，

经补偿后，功率因数为Cosφ2=0.92，

tanφ2=0.426，无功功率Q2= Q1—X，而有功功=率P2= P1+0.03X，于是tanφ2= Q2/ P2 =0.426，解得X≈31（kvar）

6.2补偿前龙门变电站的年支出费用

基本电费为25000×18×12/10000=540（万元）

电量电费0.4×24×365=3417.6（万元）

龙门变电站总支出费用为540+3417.6=3957.6（万元）

6.3补偿后龙门变电站年支出费用为

电容器年运行时间按8000小时估算，

则电量电费为0.4×31×0.03×8000/10000+3417.6

=3417.8976（万元），

总电费为3417.8976+540=3957.8976（萬元）

按功率因数调整后电费为3957.8976×（1-0.013）=3906.4449312（万元）

无功补偿设备投资为60×31/10000=0.186（万元），则资产折旧费为0.0186（万元）

龙门变电站总支付费用为3906.4449312+0.0186=3906.4635312（万元）

补偿后每年经济效益为3957.6-3906.4635312=51.1364688（万元）

每年节约电费为3957.6-3906.4449312=51.1550688（万元），投资可在一年左右收回。

通过加装TBB10型高压无功补偿成套装置后，功率因数可达到0.92左右，经测算每年可节省电费支出约51万元，还可提升主变设备利用率。同时，因为功率因数稳定在较高的水平，且电压也非常稳定，谐波量大大减少，三相不平衡也得到了很好的控制。所以，设备的运行效率得到保证，生产时间也大大缩短。由于不再有谐波的影响，也不再有电压剧烈变动的干扰，供电质量也大大提高，降低了事故的发生率，使供电系统中的其他设备的工作寿命也会比原来相应地延长。

7、结 论

TBB10型高压无功补偿成套装置具有动态快速跟随负荷变化的特性，能有效提高电网的电能质量、功率因数并节约电能，同时具有极高的可靠性，只需要定期进行简单的常规检查即可确保设备长期稳定运行，维护工作量极小，维护难度小，维护成本极低。该设备在龙门变电站投入运行至今，设备稳定，自动化程度高，能够准确的进行投切，保证了电压的稳定，功率因数明显提高，为天通电力公司带了可观的效益，随着龙门站负荷的增大，经济效益也会更加明显。

参考文献：

[1]李世林、左强 《无功补偿装置标准应用手册》 中国标准出版社2008.12

[2]李兆华、李斌 《抄表核算收费》 中国电力出版社   2006.03

[3]刘思沛、崔景岳  煤矿供电[M]   煤炭工业出版社