低压无功静动态自动补偿装置的应用

1低压无功静动态补偿装置的结构及技术特性

改进型的低压无功自动补偿装置从结构上分为两部分：一是增加了不随负荷变化的静态补偿部分，它是随10kV配变运行而投入;二是随用电负荷变动的动态自动补偿部分简称(TSC)，其一次接线如图所示：

 

 

图，无功静动态自动补偿装置一次接线图。

接线选择的设备技术特性如下：QS-HD13BX-400/31型隔离开关;

QF-D Z20Y-300型空气断路器;

FS-Y1.5W-0.28型低压避雷器;

RD-NT型快速保护熔断器;HD-指示灯;C-BSMJ0.415-3型或BSMJ-0.415-1X3型，低压自愈式并联电容器，内装放电电阻和独特保险装置，内部故障时能自动脱离电源，为防止三次谐波的影响，电容器接成三角接线较好;TA-LMK1-0.66-□/5A，电流互感器;JKW-12C型微电脑控制器，AC380V/5A,它是由电流互感器监测到的二次负荷电流，当达到预定的功率因数或无功功率时，会发出逻辑电压信号(OV和12V)，指令KCS型无触点开关自动循环投切电容器组。运行中可通过显示器LED和操作键，显示系统的电压和负荷功率因数，也可以调节修改工作模式的参数值;KCS-容性无触点开关，它是电子型功率器件模块、隔离电路、触发电路、同步电路及驱动电路、温度开关等元件组成，其工作原理是：当接到控制器发来的控制逻辑电压信号，12V(导通)、OV(截止)，能快速实时对电容器组零电压投入、零电流切除，杜绝合闸涌流和分闸过电压，对电网不产生谐波，这样延长了电容器组的运行寿命，解决了过去用交流接触器投切电容器组烧坏触点的故障，另外，当运行环境温度超过75℃时，风机自动开动，低于55℃时，风机自动停止。

低压无功静动态自动补偿装置的设备，装于10kV箱式变或低压配电室内的低压无功补偿柜内，户外台架式变台，装于配变低压侧JPWB配电箱内。

2低压无功静动态补偿装置电容器补偿容量的计算

2.1低压无功静态补偿容量的计算

低压无功静态补偿是用来补偿10kV配变的无功损耗△QT，其值有励磁损耗△Q0和漏磁损耗△Qa，计算值为：

 

 

式中：Io%—中小型低耗配变空载电流百分数，Io%=2;Ua%—中小,型低耗配变短路电压百分数，Ua%=4—4.5%;β—配变经济负载系数，β=0.5;S，Se—配变输出容量与额定容量，kVA;低压静态无功补偿θ静，315kVA以下的配变可按配变额定容量的5%Se计算，315kVA及以上配变按4%Se计算。

以生活照明用电为主的配变台区，用户感性无功负荷电流较小，配变轻载或空载运行时，无功功率因数角超前，动补偿电容器组会全部切除，所以增加了静态补偿电容器组，它可以单独运行，以补偿配变无功损耗。电容器组选择的额定容量Qe要接近计算值。

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2.2低压无功动态补偿容量的计算

低压无功动态补偿范围为低压线路无功损耗和低压用电设备的无功损耗。

2.2.1低压线路无功损耗的计算

低压线路三相电抗消耗的无功损耗为：

 

 

式中：SL—每条低压线路平均输送容量，kVA;

N—配变低压线路出线路数，取2;

L—低压线路的总长度，取1.2km;

X0—低压线路正序电抗，取0.42/km;

Ue—低压线路额定电压Ue=0.4kV;

可见，低压线路无功损耗与输送容量的平方成正比，与线路额定电压平方成反比。低压线路的无功损耗补偿容量可按配变额定容量平方的2×10-4Se2计算。

2.2.2城镇和工业客户低压无功动态补偿容量的计算

城镇和工业客户用电设备利用率较高，而且城镇以生活照明用电为主，负荷的自然平均功率因数为0.8—0.85，配变的低压侧负荷的动态无功补偿量为：

Q动=P静(tgФ1-tgФ2)=P均(0.75-0.33)

=0.17Se(Kvar)

式中：COSФ1·COSФ2—无功补偿前后的功率因数，取0.8、0.95;

tgФ1、tgФ2—无功补偿后功率因数角Ф1、Ф2的正切值，取0.75、0.33。

城镇和工业客户配变低压侧动态无功补偿量为：

∑Q动=0.17Se+2×10-4·S2e(Kvar)

将配变低压无功动态补偿量∑Q动分成3-9组路数，每路低压并联电容器额定容量要接近计算值。

2.2.3农村低压无功动态补偿量的计算

农村低压用电负荷的功率因数较低，平均自然功率因数为0.7，要求从0.7提高到0.85，则配变低压侧用电负荷无功动态补偿量为：

Q动=Se·COSФ1·β(tgФ1-tgФ2)

=Se×0.7×0.5(1.02-0.62)

=0.14Se(Kvar)

农村配变低压侧动态无功补偿量为：

∑Q动=0.14Se+2×10-4S2e(Kvar)

将50kVA—200kVA配变低压无功动态补偿量∑Q动分成2-3组路数，要求每路低压并联电容器额定容量要接近计算值。

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3.低压无功静动态补偿装置的运行

3.1补偿装置的检查和调试工作

低压无功静动态补偿装置投入运行前，运行单位应做好检查和调试工作。

3.1.1人员检查

按照接线图纸对已组装好的低压无功静动态补偿装置进行详细检查，其接线是否正确，设备接线是否牢靠，绝缘是否良好，发现问题进行处理经调试合格后方可投入运行。

3.1.2调试工作

用控制器手动投切电容器组试验。合上补偿装置总刀闸QS，总开关QF，控制器获得工作电源，但开始处于闭锁状态，延时30秒后进入运行状态。操作“菜单”键使控制进入手动投切状态，手动运行指示灯亮。操作递增键△投入第一路电容器组，指示灯IHD亮，操作递减键▽切除第一组电容器组，指示灯IHD熄灭。用同样操作方法按顺序投切第二路、第三路...和各路电容器组，如果各路电容器组手动投切正确，说明补偿装置接线正确，否则说明接线有误，应查明原因排除那些影响正常投切的错误隐患。

3.2控制器控制模式和投切门限的选择

控制器有功率因数控制模式和无功功率控制模式两种，但任何时刻只能选一种模式工作。控制器在出厂前已将工作模式调整在功率因数控制模式下，所有参数已将最合理的方式装置见表1值，只要接线正确就能工作，但需操作“菜单”键，将控制器置于“功率因数控制模式”下，自动运行指示灯亮。要检查控制器出厂前预定的参数或修改参数值时，用“菜单”操作方法如下：

表1在功率因数控制模式下参数调节步骤

注：1、在功率因数控制模式下，切除门限参数必须高于投入门限0.02以上。

4、低压无功静动态补偿装置的运行分析。

无功静动态补偿装置，在功率因数控制模式下投入运行后，随着配变低压负荷的增加，负荷的功率因数小于0.95投入门限，控制器就会发出+12V电压信号指令，无功调节器会使电容器组按顺序投入运行，使功率因数提高到0.95。当配变低压动力负荷逐渐减小，照明负荷增加，功率因数超过1时，控制器会发出OV电压信号，无功调节器会使电容器组从1路按顺序切除各路电容器组，最后只保留静补偿电容器组。若三相动力负荷又增加，功率因数小于0.95时，按顺序再使一路、二路电容器组再投入运行。

低压无功静动态补偿装置运行后，能收到如下经济效益：

4.1年节电量A：

A年=(K1·K2·K3·∑Q静+K11·K2·K3·∑Q动)·CP·T年

=(0.95×0.7×0.84×∑Q静+0.7×0.7×0.84)·0.16·8760

=783·∑Q静+577∑Q动(kWh)

式中：K1—静态电容器组投入率，取0.95;

K11—动态电容器组投运率，取0.7;

K2—按平均负荷计算损耗时间率，取0.7;

K3—按平均运行电压电容器输出

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容量修正系数，

 

CP—无功经济当量，电容器在配变低压侧安装，CP=0.16kW/Kvar;

即每千乏电容器节电0.16千瓦。

∑Q静，∑Q动—静，动态电容器补偿总容量，Kvar;

T年—全年计算小时数，取8760小时。

4.2替代10kV线路的无功补偿装置

设10kV线路无功补偿前，负荷的自然平均功率因数COSФ1=0.75;要求将功率因数提高到0.9，则无功补偿量为：Q(10)=∑Se·COSФ1·β(tgФ1-tgФ2)Kvar，式中：∑Se—10kV线上配变的总容量，kVA。在10kV线路上，配变低压侧安装的无功静动态补偿总容量∑Qc(0.4)≈∑Qc(10)时，可以退出10kV线路无功补偿装置，否则10kV电容器会发生过补偿。这样也能将10kV线路负荷的功率因数COSФ1从0.75，提高到COSФ2=0.9，能降低原10kV线路的功率损耗PR(kW)的百分数为：

 

可见降损效果较大。

 

4.3客户按功率因数调整电费

100kVA及以上工业客户和非工业客户用电，其电费包括基本电费、电能电费和按功率因数调整电费三部分。客户在配变低压侧安装无功静动态补偿装置后，不但可以降低10kV线路功率损耗，对以上客户还可以按功率因数调整电费，见表3。

表3 以0.9标准值的功率因数调整电费表

所以客户低压用电负荷功率因数应补偿到0.95，较为经济。

5.结论

涿鹿供电分公司在涿鹿镇、工业园区客户、电气化村的供电区域内，仅在65台10kV配变低压侧，安装了低压无功静动态补偿装置，经多年运行经验证明，该装置质量可靠，能使负荷的功率因数提高到预定状态，也提高了配变的利用率，减少了网损，改善了供电电压质量，用电客户也减收了电费，从而提高了经济效益和社会效益，因此该装置在电网得到了广泛推广应用。

参考文献：

1、“中国农村电气化学术文集”北京供电局王毅华，编著“农网无功补偿分析”，中国电力出版社，1988.9。

2、三信国际电器上海有限公司;630kVA箱式变无功补偿设计安装说明书，2003.10。

3、刘利生编著“国家电网公司优质化营销管理指导手册”，中国电力出版社2011.1。