10kV高压无功补偿装置的应用

刘孝平

摘 要：电网中的电气设备和电动机、变压器等属于既有电感又有电阻的电感性负载，电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差，相位角的余弦COSφ即是功率因数，它是有功功率与视在功率之比即COSφ=P/S。功率因数是反映电力用户用电设备合理使用状况、电能利用程度及用电管理水平的一个重要技术指标，所以必须提高功率因数。我们把具有容性功率的装置与感性负荷联接在同一电路，当容性装置释放能量时，感性负荷吸收能量，而感性负荷释放能量时，容性装置吸收能量，能量在相互转换，感性负荷所吸收的无功功率可由容性装置输出的无功功率中得到补偿，这就是无功补偿。通过无功补偿提高了功率因数，进而改善电压质量、减少功率损耗和电能损耗，从而带来更大的经济效益。文章以柳钢蓝资新材料50万吨/年凝石生产线10kV高压无功补偿系统为例进行论述。

关键词：功率因数；无功补偿；电压；电能损耗；经济效益

1 无功补偿的目的

由上式可见，当线路中的无功功率Q减少以后，电压损失ΔU也就减少了。

1.5 以上各参数提高了，用户的电费开支就减少了，降低生产成本

2 无功补偿的设计

参照柳钢蓝资新材料50万吨/年凝石生产线10kV高压系统图及低压设备参数进行设计，高压系统图如图1。

2.1 无功补偿容量的选择

2.2 无功补偿装置的选择

根据现场实际情况和补偿容量、选用的电抗器型号等参数选择无功补偿装置的型号为：

TBB23-10-1800/100-2A；

TBB-并联电容器成套补偿装置的代号；2-装置布置电容器的列数；3-装置布置电容器的层数；10-装置额定电压；1800-装置额定容量（kvar）；100-单元电容器的额定容量（kvar）；2-单星形接线，电抗器接于电源侧；A-开口三角保护

3 无功补偿装置的安装：

无功补偿装置立面布置图如图2。

无功补偿装置的设备材料清单如表1。

3.1 电抗器安装

3.1.1 首先核对基础是否与电抗器吻合，预埋件是否齐全。

3.1.2 把C相电抗器（及底层电抗器）固定在底座上，抬到电抗器基础上，找正后底座与预埋件焊接牢靠。

3.1.3 再安装B相和C相电抗器，注意不要碰坏支柱绝缘子，拧塑料螺母时不能用力太大。

3.1.4 电抗器的底座必须可靠接地，但不能构成环路。

3.2 电容器组的安装

3.2.1 电容器安装前，先打开包装箱检查各零部件及有关随机文件是否齐全。

3.2.2 然后根据组装图对电容器支架进行组装，支架安装整齐、美观，接地良好。

3.2.3 按照出厂编号安装电容器，严禁攀拉其套管，电容器排列整齐固定可靠，电容器的铭牌应向外，以便检查。

3.2.4 容器接线时不能只拧上面一个螺帽，用力过猛会损坏瓷套管，造成漏油。要用扳手把下面一个螺帽拧住，再拧上面一个螺帽。

3.2.5 电容器安装完成后安装电容器专用放电线圈，电容器安装完成在送电前应松开排气螺母，排除气体。

3.3 母排制作、安装

3.3.1 母排安装前应固定绝缘子，绝缘子安装前应进行耐压实验，合格后方能安装。

3.3.2 厂家制作好的母排按照厂家组装图方能安装，还有一些需现场制作。

3.3.3 母排安装完成后应刷明显的相色漆，注意搭接部分先用胶布在搭接两端包缠好，不能让油漆进入搭接部位。

3.4 网门安装

3.4.1 根据组装图和装箱清单进行组装，网门安装应用塑料隔板进行隔离，不能构成环路。

3.4.2 网门安装各部件固定牢固，整齐、美观。

3.4.3 网门应有可靠接地，与接地干线连通。

3.5 辅助设备安装

3.5.1 接地刀闸安装

（1）接地刀闸安装要保证操作机构灵活、可靠。（2）接地刀闸用镀锡软绞线与接地干线可靠连接。

3.5.2 避雷器安装

避雷器安装前应进行实验，合格后方能安装，避雷器安装时，三相的线芯不能碰在一起，更不能碰在支架上。

3.5.3 安装电磁锁、行程开关、辅助开关、端子箱等辅助设备。

3.5.4 安装电容器上的高压熔断器，熔丝应受到一定的拉力，保证熔断时能脱落。熔管的方向与电容器方向一致，不能偏差太大。

3.6 电缆敷设、连接线安装

3.6.1 根据厂家二次原理图敷设电缆、接线，电缆在支架上固定牢靠，电缆接线时套上线号管，便于调试。

3.6.2 安装放电线圈、避雷器的连接线。

3.6.3 电容器的中性点用镀锡软绞线连接，注意连接牢靠。

4 无功补偿装置的调试

（1）避雷器做直流耐压试验，检验是否合格。

（2）高压电缆绝缘电阻测量，做直流耐压实验，检验是否合格。

（3）电容器组做工频耐压试验，检验是否合格。

（4）电容器专用放电线圈绝缘检查，一次绕组的直流电阻测定，变比误差检查，做交流耐压试验，检验是否合格。

（5）检查二次控制线路，各连锁信号是否正确，在高压柜侧进行模拟分合闸，检查是否实现连锁。

5 无功补偿装置的运行

无功补偿装置的一次原理图如图3：

5.1 受电前的检查工作

5.1.1 继电保护系统的投入。根據《继电保护定值通知单》中的定值在AH5柜微机继电装置上输入保护数据，投入系统的各操作电源、直流电源及信号电源。进行继电保护试验中，如继电保护参数值数据与高压系统实际工作性能有较大的偏差时，应会同业主与设计人员共同修改，确定延时保护的时间应能完全满足工艺要求，跳合闸不灵敏的应立即检查断路器的整机性能。

5.1.2 受送电前模拟实验。（1）在相应的CT保护端加入模拟信号，进行跳合闸试验，检验继电保护的灵敏性及可靠性。（2）进行就地和后台模拟分、合闸操作试验。（3）用三相调压器在PT小母线上加100V电压，分别检查综合保护装置是否有电压显示。（4）对电容器柜AH5进行模拟分、合闸。

5.1.3 外观检查。（1）柜内外各设备安装牢固，无缺损现象，柜内母排应安装连接正确、牢固；（2）柜内整理干净，无任何遗留物、线头、杂质及短接线等；（3）柜内线按设计图纸正确连接，电流互感器二次侧应无开路；（4）检查高压柜AH5断路器均处于分闸状态，且在检修位置，机械状态良好；（5）高压柜盘面上的保护跳闸短接片正确连接或断开，各转换开关打在正确位置，指示灯及信号灯状态正确，操作电源、控制电源正常；（6）高压柜前后柜门应全部锁闭；（7）外部电缆连接正确、牢固，母线连接可靠、相色标志清晰完整；（8）高压开关柜的接地刀闸均处于接地状态，在送电前均应把接地刀闸分断。

5.1.4 绝缘检查。受电前用高压摇表检查高压并联电容器成套装置及电缆的绝缘电阻应符合要求。

5.1.5 接地检查。所有高压设备及元件的外壳、非带电金属、及设计要求接地的，其接地性能良好可靠。

5.2 高压并联电容器成套装置受电

（由10kV高压柜AH5向10kV高压并联电容器成套装置送电。）

5.2.1 受电前准备工作。（1）将10kV高压柜AH5的断路器手车摇出至试验位置；（2）将10kV高压柜AH5的柜后盖板封闭；（3）填

写受送电操作票，当场明确并核对操作票受送电程序、步骤及要求。

5.2.2 受电范围。10kV高压并联电容器成套装置无隔离开关，整套装置一次受电。

5.2.3 10kV高压并联电容器成套装置受电。（1）将检查核对无误后，断开高压柜和后高压并联电容器成套装置的接地刀闸，将AH5柜9806的断路器由试验位摇至工作位，点合即分9806断路器快速冲击高压并联电容器成套装置及电缆，观察有无异常情况；（2）停止15分钟后，再合9806断路器，30秒后分断进行第二次冲击，观察有无异常情况；（3）停止15分钟后，经再次确认正常后，再合9806断路器，3分钟后分断进行第三次冲击，观察有无异常情况，并记录微机继电装置上电流数据；（4）冲击实验完成后，合上9806断路器，10kV高压并联电容器成套装置投入运行。

6 无功补偿装置的效益分析

6.1 功率因数明显提高

在无功补偿装置投入运行前，功率因数只能达到0.85，无功补偿装置投入运行后，功率因數提高到0.98。

6.2 电压有所提高

在无功补偿装置投入运行前，高压柜母排相电压为9.6kV，无功补偿装置投入运行后，高压柜母排相电压提高到为10.3kV，提高了设备的运行条件。

6.3 提高设备的供电能力

由P=S·COSφ可以看出，当设备的视在功率S一定时，如果功率因数COSφ提高，上式中的P也随之增大，电气设备的有功出力就提高了，工厂的生产效率同时也就提高了。

6.4 降低电网中的功率损耗和电能损失

由公式可知当有功功率P为定值时，负荷电流I与COSφ成反比，安装无功补偿装置后，功率因数提高，使线路中的电流减小，从而使功率损耗降低（ΔP=3I2R）。

6.5 电网中的功率损耗和电能损失减少了，用户电费开支也就减少了，降低了生产成本。

7 结束语

由此可见，无功补偿装置的投入，对提高功率因数、提高供电质量、降低电能损耗等方面起到了很好的作用，更重要的是给我们带来了良好的经济效益。在我国无功补偿对电力系统的重要性越来越受到重视，合理地投停使用无功补偿设备，对调整电网电压、提高供电质量、抑制谐波干扰、保证电网安全运行都有着十分重要的作用。这里只是介绍了普通的小型无功补偿装置，很多大型钢厂用的是静止型无功补偿装置，简称SVC，它采用先进的控制系统，响应速度很快，它主要用于冲击负荷如大型电炉炼钢、大型轧机以及大型整流设备等，柳钢第二棒线厂及柳钢2032热轧板带厂就采用了SVC装置。

参考文献

[1]工业企业供电[M].冶金工业出版社.

[2]冶金电力设计手册[M].冶金工业出版社.

[3]吉林冶金设计院设计图纸，图号T04104.23230.1.2.

[4]湘潭电力设备有限公司设备随机资料[Z].