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關于高壓電容自動補償的探討論文
摘要：本文就電容自動補償中實際遇到的問題，結合工程實踐情況，對高壓電容自動補償裝置有關技術問題進行初步探討。
關鍵詞：感性負載 自動補償 就地補償 功率因數 電壓疊加 補償精度 步長
一、概述
在電力系統(tǒng)中，隨著變壓器和交流電動機等電感性負載的廣泛使用，電力系統(tǒng)的供配電設備中經常流動著大量的感性無功電流。這些無功電流占用大量的供配電設備容量，同時增加了線路輸送電流，因而增加了饋電線路損耗，使電力設備得不到充分利用。作為解決問題的辦法之一，就是采用無功功率補償裝置，使無功功率就地得到補償，盡量減少或不占用供配電設備容量，提高設備的利用效率。最常見的辦法就是采用電容器組提供電容性電流對電感性電流給予補償，以提高功率因數。目前，在配電系統(tǒng)中，已經普遍使用了低壓電容集中自動補償裝置，根據需要,使低壓無功功率就地得到補償。而在高壓系統(tǒng)中，目前使用比較多的補償還是傳統(tǒng)的固定式電容補償裝置，集中的自動補償裝置使用還很不普遍。由于傳統(tǒng)的補償方式存在安全性能差、補償精度低和勞動強度大等問題，大家都希望有一種更加安全可靠、補償精度更高、自動化水平更高的補償裝置供設計選用。
我們從1995年開始，在天津經濟技術開發(fā)區(qū)二期雨、污水泵站；東海路雨、污水泵站；泰豐路雨水泵站和天津市月牙河雨水泵站等工程中試用6kV高壓電容自動補償裝置。經過幾年來的使用，證明補償后功率因數達到0.95以上，自動化水平高，補償效果滿意。得到各使用單位的一致好評。本文結合工程使用情況，就高壓電容集中自動補償裝置有關技術問題進行簡單介紹。以作拋磚引玉。
二、補償實施方案和補償容量的確定
要想得到理想的補償效果，首先要確定合理的補償實施方案、準確計算需要補償的容量。目前常見的補償方法有傳統(tǒng)的固定式電容器組人工插拔熔斷器控制補償容量法；單臺設備隨機就地電容補償法和集中電容器自動補償法。其中傳統(tǒng)補償方法簡單，但補償精度低，勞動強度大，危險性大，受人為因素影響太多。
單臺設備就地補償法就是針對單臺設備在當地進行補償，其優(yōu)點是從設備需求點補償，深入到需求補償第一位置，補償范圍大。其缺點是確定補償容量困難。既不能過補償，又必須保證電路不得發(fā)生LC諧振和避免發(fā)生自激現象。因在計算無功電流時，無功電流主要成分是由電機勵磁電流I0，滿負荷運行時的無功電流增量ID1、欠載運行時的無功電流增量ID2等組成的。因為隨著電動機運行狀態(tài)的變化，上述各參數都在不停地變化，動態(tài)變量變化因素太多，很難確定準確的無功補償需求量。不同的生產設備在選配電動機時的啟動容量裕度各不相同，所以，在設備運行中其電動機的飽和程度各不相同，其欠載運行的無功電流增量ID2各不相同；其次，電動機的實際工作狀態(tài)隨時變化，如：水泵電機隨著進水水位、出水水位的變化電動機負載率隨時都在變化，無法確定準確的工況。而單臺設備就地補償法在補償容量確定后，是以固定不變的補償容量，去平衡隨時浮動變化的動態(tài)工況，就很難得到滿意的高精度補償效果。
此外，在單臺補償的電容器裝置中，補償電容器是與主機一對一固定配套安裝的，隨著主機的運行而補償電容器同時投入運行，當主機停止運行時補償電容也一齊被切除，各機組之間的電容器相互獨立不能互補，電容器得不到充分利用，增加了設備投資。而且，市政工程的特點是運行時間集中、設備容量較大；備用設備的運行利用率更低等。再者，由于補償電容器隨著主機的運行而一齊投入運行，則主機的啟動電流與電容器合閘涌流是同時處于最大值，兩個電流最大值相加增大沖擊電流效應。
如果采用成組設備集中自動補償法，則補償容量可根據當時整體運行工況需要，自動投入所需容量，可以達到比較高的補償精度。隨著補償設備的步長越短則補償精度越高，如果步長為無級變化則功率因數從理論上講可以精確到1，這將為高精度準確補償打下基礎。而且不論任何一臺電機工作時，補償電容器均可根據線路總體需要投入運行，使每組補償電容器得到充分利用。
三、補償設備步長劃分與設備配置
雖然理論上無級自動補償裝置補償精度可以達到1，但是在一般市政工程實際應用中，為了合理地利用有限的資金投入，并不要求理論上的最大值，只要滿足工程精度需要就可以了。所以工程中大多數情況都是由多臺設備并列運行，通常設備在4臺以上時，如將所需最大補償電容量分成6~8步等步長容量投入，就可以基本滿足工程實際精度需要。如同目前常見的低壓電容器自動補償裝置一樣，一般分8步等容量投入方案的使用已經非常普遍，其理論可以推廣到高壓電容補償裝置中使用。但是在高壓系統(tǒng)中如果沿用低壓補償的思路，對于采用高壓真空接觸器控制的方案，仍可采用等容量配置。而對于使用真空斷路器的情況而言，則因為真空斷路器價格相對較高，所以，在保證相同功能的基礎上盡量減少真空斷路器的使用數量，對節(jié)約投資是有著非常明顯的作用的。工程中如果合理選用控制器，可以減少真空斷路器數量，例如：對于采用等步長容量分配電容器組的設備組，7步補償需要7臺真空斷路器，如果采用1+2+4的不等容量控制器的配置，只需3臺真空斷路器就可以達到7步等步長容量補償的效果，其形式為1、2、1+2、4、4+1、4+2、4+2+1。這樣既保證了補償精度又將大大節(jié)約設備的一次性投資。
四、保護與控制
高壓電容器自動補償裝置的保護和控制，除常規(guī)的保護和控制外，還有一些特殊的需要注意的問題。我們在實際工程中遇到的一些在保護系統(tǒng)設計和調試過程中容易忽略的問題，一并在此作簡單介紹。在實際工程中，根據電動機數量，一般采用7~8步控制投入。保護系統(tǒng)除過電壓、過電流等常規(guī)保護外，必須注意采用完善的三相保護，避免因單相故障造成的保護失靈和故障擴大。合理配置限制涌流的電抗器，嚴格防止電磁諧振現象造成的破壞。
另外，保護系統(tǒng)必須注意補償電容器在自動投入時，電容器上的電壓疊加問題，當一組電容器退出運行后，在再投入前，必須保證其充分放電后再投入運行。保證其在再投入時其上的殘余電壓值降低到允許的電壓范圍以內，避免由于再投入時殘余電壓與額定電壓的疊加造成電容器上的過電壓損壞。
其次控制系統(tǒng)中，特別需要注意的是工作電源、信號電源等檢測量的相位的正確配置。正確的向量配置是設備調試能順利進行的有力保證和最起碼的要求，否則，會給調試工作帶來不必要的麻煩和增加許多不必要的工作量，以至于有時可能會調不出正確結論。
控制系統(tǒng)的設計隨著使用元件不同結構略有差異。例如：補償裝置的接觸器，若使用電磁式真空接觸器，開/停為一個信號的1—0狀態(tài)，若使用機構式接觸器或者采用真空斷路器時，其開/停必須是兩個獨立的信號。兩種控制各有優(yōu)缺點，從節(jié)能、噪音等不同角度各有不同結論。仁者見仁，智者見智。設計可根據工程具體情況采用經濟、合理、實用和技術先進的設備配置。采用機構式接觸器或者采用真空斷路器時的控制原理見《電容器自動補償裝置控制原理圖》。
五、結論
目前廣泛使用的補償方式，大多數都是有級補償，為了達到更精確補償效果，最理想的補償方式是實現微機調控的無級自動補償方式，它可以根據需要使補償后的功率因數達到最理想的精度，但是由于其技術含量高，投資費用也相對高，還要求較高的管理維護水平。綜上所述，電容補償的方式，可根據工程具體情況進行選擇。在補償精度滿足要求前提下優(yōu)先選擇工程造價低、運行管理可靠、維修方便的設備。那么，采用不等容量配置的分級自動補償方式就是經濟合理和可行的方案之一。
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