低压综合配电箱无功补偿室的研究*

韩先鹤, 杨青书, 桑贤臣

[南瑞集团(国网电力科学研究院)有限公司, 江苏 南京 211106]

0 引 言

近年来,随着人们生活水平的提高,单相大功率负荷越来越多,造成低压配电网存在无功补偿缺额大、末端电压低、三相不平衡等情况,并由于越来越多农村人口进城务工、生活等,平日里部分农村负荷偏低,线损考核压力大。

为了解决存在的农村电网存在的无功、末端电压低、三相不平衡等问题,国家电网公司在配电网的改造过程中,采用新增配电台区布点、缩短供电半径、更换负载率大的变压器、更换运行周期长的低压综合配电箱等方式改造配电台区。

本文介绍了低压综合配电箱无功补偿室的设计,采用三相不平衡模块和智能电容器相结合的方式,并考虑整柜功耗、散热等。

1 目前台区的情况

低压综合配电箱由进线室、出线室、计量室、无功补偿室等功能室组成,具有台区线路的分支、计量、保护、无功补偿等功能。

1.1 进线室

国家电网公司典型设计中进线室采用熔断器式隔离开关作为进线开关,部分省市项目也存在采用电子式塑壳断路器(如福建)或者旋转把手的隔离开关(如辽宁)为进线开关的方式。

1.2 出线室

国家电网公司典型设计中出线室采用一体式剩余电流动作断路器的方式,也有部分省市项目采用塑壳断路器作为出线开关的方式,部分地区还增加接地刀闸,以确保安全。目前,浙江、福建、江苏等电网公司已经开展或正在开展剩余电流动作断路器接入系统的工作,通过台区智能配电终端实现对剩余电流动作断路器的“四遥”控制。

1.3 计量室

计量室由计量表、接线盒等组成,按照国网典设要求预留了配电终端模块的安装位置。计量互感器安装在进线室内,一般电力设备企业预留位置,供电公司现场配置。

1.4 无功补偿室

目前,台区无功补偿主要采用集中补偿的方式。无功补偿室2014年以前一般采用控制器+复合开关+普通电容器方式,由于该方式维护较复杂,之后大部分企业采用智能电容器的方式。智能电容器模块化,上电后能够自组网,方便维护。

无功补偿容量按照配电容量的30%配置或者不配置,并对共补、分补电容容量做了规定[1],一般分补电容占整个容量的1/3。

1.5 台区三相不平衡的治理

在国家电网公司《国网运检部关于开展配电台区三相负荷不平衡治理工作的通知》(运检三[2017]68号)文件中,明确了三相不平衡治理的设备和范围。

三相不平衡治理有相间电容器、三相不平衡模块、换相开关3种方式。换相开关涉及到台区主开关和多个支路开关,改造的施工比较复杂,故此次无功补偿室设计不包含换相开关。

2 带三相不平衡模块的低压综合配电箱设计

低压综合配电箱采用相间电容器和三相不平衡模块相结合,既能补偿无功,又能治理三相不平衡。电容器具有功耗低、成本低、可靠性高等优势,三相不平衡模块具有精细、响应快等优势。

2.1 三相不平衡治理模块与电容器控制方式

目前,相间电容器与三相不平衡模块之间的配合有3种方式。

(1) 第一种方式为主从运行方式[2]。三相不平衡模块与相间电容器组采用统一的控制器进行协调控制,整个无功补偿室由控制器通过对负荷的测量,控制电容器组投入的数量,然后再协调控制三相不平衡模块进行跟踪调补。该方案的缺点是一旦控制器发生故障,将导致整个无功补偿室失效。

(2) 第二种方式为并列运行(电气耦合)方式,即三相不平衡模块与相间电容器各自独立运行,按常规补偿测量方式,网侧电流互感器的二次侧电流串联经过三相不平衡模块和相间电容器。在三相不平衡模块出线端装有一组电流互感器,该互感器的二次线与网侧电流互感器二次侧反向并联连接,因此相间电容器就可以根据负荷的变化进行跟踪调补,而三相不平衡模块又根据相间电容器调补后的结果再进行动态精细调补,从而实现在补偿单元容量内动态调补。该方案的优点在于两者通过电流互感器实现了相互配合的无缝连接,且任何一个设备故障均不会影响另一个设备运行,因此整个无功补偿室的可靠性高[3]。

(3) 第三种方式是采用把以上两种方式相互结合,把智能电容器、三相不平衡模块、控制器连接起来,以控制器为主控单元,协调控制两者投入或者切除(如第一种方式);当控制器失效时,第二种方式运行;两者相互结合完成控制器的热备用,提高设备运行的可靠性。低压综合配电箱电气原理如图1所示。

图1 低压综合配电箱电气原理

2.2 低功耗

对于农配网而言,线损是基层供电所最关心的问题之一,所以设备功耗是关键,而三相不平衡模块的效率为3%～4%,待机功耗为100 W左右,该功耗是农配网不能接受的。

考虑到此类情况,低压综合配电箱的无功补偿室设计考虑低功耗,有以下方法:

(1) 方法1:增加三相不平衡门槛值和无功阈值,台区三相不平衡阈值达到一定程度时才控制模块投入。

(2) 方法2:设置低功耗运行方案,控制器判断不需要投入三相不平衡模块和相间电容器时,两者可以切除,无功补偿室只有控制器功耗;在三相不平衡超过阈值时,先采用相间电容进行补偿,必要时采用三相不平衡模块进行精细调补。

2.3 散 热

一般,散热有热交换器、风扇冷却、通风口自然冷却三种。热交换器冷却效果较好,但存在成本高、功耗大等缺点,不适合于配网台区使用;风扇冷却较好,但存在风扇寿命及运维的麻烦(需增加除尘网,每隔一段时间需清理),且运行时增加台区线损等。综合考虑,采用通风口自然冷却方式,以配合三相不平衡模块风机散热,达到整柜散热的目的。

配电箱结构设计如图2所示。

图2 配电箱结构设计

2.4 无功补偿的调试与检验

无功补偿室的调试涉及到三相不平衡模块、智能电容器各自调试与联调两部分:三相不平衡模块设置自检功能,通过阶梯的方式变换输出,从零增加到最大值后逐步减小到零,完成自检过程,而智能电容器需要通过精度、投切、工频过电压等测试;联调分别测试控制器作为主控单元和无控制器的功能,以确保三相不平衡治理模块与电容器在不同的控制方式均能可靠运行。

2.5 现场运行情况

无功补偿室在现场投运一年以来,设备运行良好,有效地对台区无功、三相不平衡进行了治理,低功耗和散热等设计收效良好。

3 结 语

介绍了带三相不平衡模块的低压综合配电箱设计方案,分析三相不平衡模块与相间电容器的配合、功耗、散热等方面问题,提出了以主从方式和并行运行方式相结合的控制方案。