具有电压电流保护功能的低压电网无功补偿装置设计.doc

【摘要】使用低压无功补偿装置能有效提高配网的功率因数和电能质量。根据广州电力局配网中低压无功补偿装置的使用及运行状况，提出其设计与运行要求。【关键词】低压无功补偿装置设计运行1前言为使配网的功率因数保持在一个合理范围内，可使用低压无功补偿装置进行无功补偿，这同时也是提高电能质量有效可行方案之一。根据20032005年广州电力局在所辖的城区配电网和农村电网线路中低压无功补偿装置的使用及运行状况，就低压无功补偿装置设计与运行要求方面作一些探讨。低压无功补偿装置电路原理见图。2主要元件的选用2.1无功补偿控制器的选用无功补偿控制器可分为静态补偿和动态补偿两种形式。这两种形式的主要区别是控制器控制复合开关投切时间的长短，一般认为投切时间小于100ms的称为动态补偿形式，主要应用于无功负荷快速变化的情况；如无功负荷固定或缓慢变化时可使用静态补偿形式（其投切大于10s），其造价相对低廉。建议在投资足够情况下使用动态补偿控制器。无功补偿控制器应具有自动及手动投切，延时投切，过电压保护，缺相保护，谐波保护，自检复归等功能。有的动态补偿控制器还可对电网的三相电压、电流、功率因数等运行数据实时监测功能，配备后台管理软件后能完成对低压配电线路的分析处理、报表等综合管理。2.2电容器投切开关的选用与动态补偿控制器配套使用的元件是晶闸管，优点是过零投切，在电压正弦波过零时投入电容器，在电流正弦波过零时切出电容器，理论上避免了过电压和涌流的产生，也不会产生谐波注入。缺点是运行时发热大，需要风扇散热，长期运行时这是一个潜在的隐患。与静态补偿控制器配合使用的元件是交流接触器，优点是接触器触头接通运行时发热量小，缺点是不能过零投切，容易产生过电压和涌流。现今较为理想的元件是机电一体化的智能复合开关，主技术特点是：晶闸管和磁保持继电器并接设计。智能复合开关投入过程是在电压过零瞬间由晶闸管过零触发，稳定后再由磁保持继电器吸合导通；切出过程是磁保持继电器断开后，在电能过零瞬间由晶闸管过零断开。上述的工作原理保证了复合开关具有过零投切、无涌流、触点不烧结、能耗小、无谐波注入等特点。2.3其它元件的选用电源开关可选用塑壳断路器；熔断器采用RT14型；电容器采用自愈式低电压并联电容器，额定电压应达400V，根据补偿控制方式选用接或Y接形式，要求具有内部放电（即带内阻）；电容器投入指示灯宜根据补偿控制方式选用220V或380V的指示灯，指示灯宜采用AD11型；低压避雷器技术参数推荐：标称电流1.5kA以上，额定电压0.5kV，配电用，无间隙，（复合）氧化锌绝缘。3低压无功补偿装置设计与运行要求3.1设计要求（1）箱体材料及结构考虑到户外式低压无功补偿装置安装在台架变压器低压侧，因此一般采用不锈钢制作箱体。在保证机械强度的基础上采用接装结构，尽量不采用焊装工艺，防止焊点在日晒雨淋条件下生锈。（2）散热由于无功补偿装置大部分是在户外环境使用，同时保护电容器的低压熔断器会产生较大的热量，为同时满足外壳防护等级和散热的要求，可在箱顶设计散热通道。（3）无功补偿控制器的零线和地线应各自独立无功补偿控制器的零线和地线设计时应分开，因为三相负荷不平衡时，会产生零电位漂移，如果零线和地线设计时短接会影响计量的准确性。（4）接地无功补偿装置的装置接地螺丝不小于12mm2，并有明显接地标志。接地线可使用不小于10mm2黄绿相间的双塑线，外套为PVC套管，接到接地极。接地电阻应小于10。（5）安装无功补偿装置大部分安装在架空线路上，故一般配备低压避雷器，防止雷击。（6）其它二次工艺1）经过门板的二次线应用绝缘扎带捆绑，防止损坏绝缘层。2）所有一次、二次电缆（线缆）经过金属孔时，在金属孔套上相应尺寸的橡胶衬套，以防电缆（线缆）绝缘受到机械或电力应力的损伤。3.2运行要求（1）无功补偿装置的应有保护功能1）过压保护电网电压超过1.2倍电容器额定电压时应予以切除，总时间不超过60s。通过参数设置亦可实现欠压保护。2）失压保护装置在断电后控制开关自动断开，保证在再通电时各电容器组处于分断状态。断电后自检复归，并重新投切电容器，防止电压的骤然升高。3）短路保护由快速熔断器和塑壳开关实现。4）缺相保护当相电压低于65%额定值时，视为断相，由控制器切除输出回路。5）谐波保护当电压或电流谐波超过电压或电流谐波畸变率上限值（可设定）后，控制器发出指令将各电容器组逐组退出。6）过电流保护保护动作门限应在1.31.6倍电容器额定电流之间。7）自动/手动投切可设定门限，在门限的上下限时投切，以防止无功倒送。考虑到电网波动的因素，自动投切时间间隔规定不小于300s。（2）由无功补偿控制器实现电容器组的循环投切，即先投先切，以平均使用电容器组，延长其使用寿命。（3）熔断器的额定电流推荐选择为电容器额定电流1.52.0倍，可满足大部分使用负荷要求。（4）电容器的额定电压应不低于400V，保证电容器电容容量能充分输出，实现对线路的补偿。（5）根据低压线路长度及电压水平等技术状况，选用相应电容量的低压无功补偿装置并联于线路进行无功补偿。1）安装位置配电线路在理想情况下，最佳安装位置在自送端起的线路长度的2/3处。一般在配电变压器的低压侧安装。城区配网可在变压器室内安装；考虑到城市郊区农村电网的线路较长，电力负荷种类多样等因素可每隔300500m处进行安装，以使农村电网的电能质量达到国家电能质量标准。2）容量配置电容器常用容量有5、10、20、25、50、80、100kvar，可组合成15、30、45、60、90、120、180、240、300kvar等容量。根据负荷的特点，可按变压器容量的20%40%选择。照明等居民用电负荷按40%选择，其它负荷可按30%选择。3）功率因数无功补偿后，功率因数应在0.920.98范围内。4）补偿方式根据无功补偿的要求，可以选择分相补偿、三相补偿和混合补偿等三种形式，需要选择配套的复合开关和电容器。分相补偿形式需选择Y接的复合开关和电容器，一般用于照明线路；三相补偿则选择接的复合开关和电容器，一般用于动力线路；混合补偿是以上两者兼而有之情况。（6）低压无功补偿装置由复合开关接通和断开电容器，在配电变压器低压侧无功补偿时，10kV电源侧有少量谐波的注入，如比较严重