浅谈无功补偿在精细化工生产中的选用

(济宁阳光化学有限公司，山东 济宁 272100)

济宁阳光化学有限公司是一家精细化工生产企业，精细化工生产过程与一般化工生产不同，它的生产全过程，不仅包括化学合成，而且还包括剂型加工和商品化，由两个部分组成。大多以班次生产，用电负荷不稳，大量采用变频器等对电机转速进行精细控制，由此造成电能质量差，电力负荷不稳对无功补偿装置投入和切除影响大，配电系统存在较大安全隐患。

公司西配电室配电系统为10KV高压进线，经变压器变为0.4KV配电由西配电室向各分支配电室供电，采用西配电室低压无功集中补偿和分支配电室就地补偿方式提供无功负荷。

1 测试分析

测试地点：西配电室出/进线柜0.4kV母线侧。

测试仪器：法国CA8336电能质量分析仪，精度等级±0.5%。

测试内容：0.4kV母线电压数据、电流数据、频率数据。

0.4kV母线波形频谱、电压谐波含量、电流谐波含量。

0.4kV母线功率数据、功率因数数据。

采样方式；三相四线(3phase 3or4 wire)制，见图1。

图1 采样方式

2 电能质量分析

测试数据——西配电室1#3150kVA变压器0.4kV母线波形频谱。

2.1 电源波形频谱及真有效值

2.2 谐波含量

0.4kV母线电压、电流H5次谐波含量。

0.4kV母线电压、电流H7次谐波含量。

2.3 功率因数及功率数据

0.4kV母线功率因数数据(有效值)

2.4 测试数据分析、描述

(1)0.4kV母线电压、电流波形频谱畸变严重。

(2)0.4kV母线谐波电流H5次、H7次含量突出，其中电流H5次、H7次谐波为144A、99A。高于GB/T 14549-1993 《电能质量 公用电网谐波》电流限值(H5次62A/ H7次44A)。

(30无功功率部分为容性，说明电容补偿装置已经粘连，处于过补偿状态。

3 存在缺陷

根据0.4kV配电系统母线的测试数据及原有无功补偿装置的运行工况，存在缺陷如下：

(1)系统谐波含量突出，造成公用电网的供电质量恶化，使供用电设备电气故障率增加，并对系统的安全运行产生极大危害。

(2)无功补偿装置设计选型不合理：

①无功补偿系统无循环投切功能且无过压、过流、过温保护。长期运行存在电容器衰减，电容器击穿漏油、爆炸，补偿支路交流接触器等元器件跳闸、烧坏等隐患。

②电力电容器组无过零投切功能投切瞬间产生的操作过电压、过电流，对电力电容器和系统产生极大冲击。

③电容器未设计抗谐波和滤波措施，造成系统谐振和谐波放大，威胁系统安全。

④无功补偿装置补偿效果差精度低，易造成变压器及线路损耗突出等电能利用效率低下和电能资源的浪费的情况出现。

4 隐患分析

4.1 谐波分析

0.4kV母线5次、7次谐波电流含量突出，电源波形产生畸变；从谐波危害来说，谐波会在同级电网和公用电网中耦合、传输；不仅对公用电网的供电质量和电能计量产生影响，还造成变压器及输配电设备谐波损耗增加、电力电容器损坏严重，供用电设备电气故障率大幅提高；给系统安全、可靠运行带来极大隐患。

4.2 无功补偿装置运行工况分析

(1)通过现场勘查与测试，所投运的电力电容器多数处于过载、过热运行状态(当温升到达一定程度时，会造成电力电容器出现粘连、击穿、爆炸)；也是影响系统安全、可靠运行的重要原因。

(2)电力电容器组投切瞬间产生的操作过电压、过电流，对电力电容器和系统产生极大冲击。

(3)电力电容器组无循环投切功能，长期运行存在电容器衰减，电容器击穿漏油、爆炸，补偿支路交流接触器等元器件跳闸、烧坏等隐患。

另外，电力电容器组放大系统谐波电流，存在谐振的危险，危害极大。

4.3 电力电容器组存在的隐患分析

⑴ 在谐波环境下，采用交流接触器投切电力电容器组时，产生涌流(浪涌)对电力电容器产生极大冲击。

⑵ 在谐波环境下，电力电容器组投运后放大系统谐波电流，致使电力电容器谐波过载、过热运行。

⑶ 现有无功补偿装置不具备循环投切和投切均衡控制功能，在系统负载稳定情况下不能实现循环工作，加之谐波的影响；易造成电力电容器长时过载、过热运行，温升达到一定程度后，会导致电力电容器漏油、击穿、爆炸等情况出现。

5 结论及技术措施

5.1 结论

低压配电室负载设备谐波含量突出，无功补偿装置设计和选型不合理；对公用电网供电网质量产生影响，给公司0.4kV系统的安全、可靠运行带来极大隐患。

5.2 技术措施

⑴ 将原有无功补偿方式改造为滤波补偿方式，采取LC调谐滤波措施；滤波补偿回路可避免电力电容器组对谐波电流的放大，防止补偿装置与系统产生谐振。另外还可以对谐波源负载设备产生的谐波电流进行抑制和过滤。

⑵ 改造滤波补偿回路的投切方式，使其过零投切。投切过程中不产生涌流、拉弧及操作过电压。

⑶ 对滤波补偿回路的运行工况进行实时监控和全方面的保护措施，防止滤波补偿回路故障运行。

⑷ 采用循环投切措施，对滤波补偿回路的工作时间、投切次数进行均衡控制，避免单只电力电容器长期投运出现的过热、衰减、漏油、击穿、爆炸等情况。