呂同峰

(山西中條山集團(tuán)陶瓷科技有限公司， 山西 垣曲 043700)

0 前言

在某公司利用銅尾礦制備建筑陶瓷項(xiàng)目中，根據(jù)用電設(shè)備計(jì)算容量、電網(wǎng)可供容量及對(duì)電源的要求，廠區(qū)供電電壓選擇35 kV進(jìn)線，設(shè)備用電電壓為0.4 kV。項(xiàng)目配套建設(shè)有一座35 kV無(wú)人值守箱式變電站, 35 kV電源引自低碳經(jīng)濟(jì)循環(huán)產(chǎn)業(yè)區(qū)110 kV變電站35 kV出線，采用單電源供電方式，變電站為單母線分段主接線。陶瓷窯爐烘窯期間，用電負(fù)荷較低，電容器過(guò)補(bǔ)償現(xiàn)象頻繁發(fā)生，智能無(wú)功補(bǔ)償裝置無(wú)法有效投切，造成用電功率因數(shù)偏低，根據(jù)國(guó)家《功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法》，電費(fèi)結(jié)算當(dāng)月力調(diào)電費(fèi)處罰達(dá)9萬(wàn)余元。若不采取有效措施，再遇到類(lèi)似情況，生產(chǎn)成本將持續(xù)增加。因此，采取相應(yīng)的技術(shù)措施提高功率因數(shù)是非常有必要的。

1 變電站電氣主接線簡(jiǎn)介

35 kV總降壓變電站內(nèi)裝設(shè)有2臺(tái)35 kV/10.5 kV雙繞組變壓器，1#主變?nèi)萘繛?2 500 kA，2#主變?nèi)萘繛?0 000 kVA，2臺(tái)主變從設(shè)計(jì)上滿足并列運(yùn)行條件。變電站下設(shè)2座10 kV變電所，命名為東區(qū)變電所和西區(qū)變電所，主要負(fù)責(zé)向生產(chǎn)線上所有設(shè)備及尾礦濃縮區(qū)設(shè)備供電。2座變電所主接線型式均為單母線分段，東區(qū)變電所設(shè)有4臺(tái)10 kV/0.4 kV電力變壓器(每臺(tái)容量均為2 500 kVA)，西區(qū)變電所設(shè)有6臺(tái)10 kV/0.4 kV電力變壓器(4臺(tái)容量為2 500 kVA，2臺(tái)容量為2 000 kVA)，其中1#和2#變壓器、3#和4#變壓器、5#和6#變壓器、7#和8#變壓器、9#和10#變壓器之間通過(guò)低壓聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)可實(shí)現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行。西區(qū)變電所10 kV側(cè)Ⅰ段和Ⅱ段各配置了1套無(wú)功補(bǔ)償裝置，采用集中補(bǔ)償形式，單臺(tái)并聯(lián)電容器額定容量分為100 kvar和200 kvar兩種；每臺(tái)10 kV/0.4 kV電力變壓器對(duì)應(yīng)的低壓配電系統(tǒng)中，均配置了智能無(wú)功補(bǔ)償裝置，采用分散補(bǔ)償形式，單臺(tái)并聯(lián)電容器額定容量分為30 kvar和50 kvar兩種，同時(shí)為了限制電容器組合閘過(guò)程中的涌流，限制操作過(guò)電壓和抑制電網(wǎng)中高次諧波對(duì)電容器的影響，每組電容器加裝了串聯(lián)電抗器[1]。變電站采用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，綜合考慮控制、監(jiān)視、測(cè)量、保護(hù)及自動(dòng)裝置等，形成一體化系統(tǒng)[2]，2臺(tái)主變保護(hù)及測(cè)控選用集中組屏，10 kV高壓開(kāi)關(guān)柜為微機(jī)分散綜合保護(hù)，各供電設(shè)備間相互交換信息、數(shù)據(jù)共享，完成變電站運(yùn)行監(jiān)視和控制任務(wù)[3]，同時(shí)變電站主控室和調(diào)度指揮中心均可同步實(shí)時(shí)監(jiān)視功率因數(shù)、有功功率、無(wú)功功率、電流和電壓等關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)。正常用電負(fù)荷下供電系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 正常用電負(fù)荷下供電系統(tǒng)圖

2 項(xiàng)目存在的問(wèn)題及原因分析

項(xiàng)目投產(chǎn)烘窯的一個(gè)月內(nèi)，日均用電負(fù)荷僅600 kW左右，有些時(shí)段甚至低至100 kW，由于西區(qū)變電所10 kV配電系統(tǒng)配置的無(wú)功補(bǔ)償裝置中電容級(jí)差較大(最小額定容量100 kvar)，當(dāng)功率因數(shù)低于設(shè)定目標(biāo)值時(shí)，電容器自動(dòng)投入后運(yùn)行在過(guò)補(bǔ)償狀態(tài)，會(huì)帶來(lái)力調(diào)電費(fèi)增加、線損增加、電壓降低等危害，而運(yùn)行中的10kV電力變壓器負(fù)載率又普遍偏低，且0.4 kV配電系統(tǒng)采用分散補(bǔ)償形式，同樣會(huì)導(dǎo)致無(wú)功功率無(wú)法進(jìn)行有效補(bǔ)償。

3 處理方案及實(shí)施

3.1 處理方案

從上述分析可以看出，在低用電負(fù)荷下若要提高功率因數(shù)，電力電容器無(wú)功補(bǔ)償必不可少。在不增加設(shè)備經(jīng)濟(jì)投入的前提下，根據(jù)變電所無(wú)功補(bǔ)償裝置實(shí)際配置情況及生產(chǎn)工況，某公司決定打破常規(guī)供電運(yùn)行模式，嘗試用1臺(tái)10 kV/0.4 kV電力變壓器來(lái)承擔(dān)全廠用電負(fù)荷，目標(biāo)是提高變壓器的負(fù)載率，并將其對(duì)應(yīng)的低壓電容器柜作為低用電負(fù)荷下的無(wú)功集中補(bǔ)償設(shè)備。處理方案如下：

低用電負(fù)荷期間，暫時(shí)停用1#主變，將 2#主變投入運(yùn)行，負(fù)責(zé)給全廠用電設(shè)備供電，并在確認(rèn)1#主變高、低壓側(cè)開(kāi)關(guān)柜均處于斷開(kāi)狀態(tài)，且10 kV配電系統(tǒng)中無(wú)功補(bǔ)償裝置退出運(yùn)行后，根據(jù)預(yù)先制定的倒閘操作流程來(lái)改變供電系統(tǒng)運(yùn)行方式。由于5#和6#電力變壓器相對(duì)于其他10 kV電力變壓器而言，容量較小利于提高變壓器負(fù)載率，因此，選定6#電力變壓器作為10 kV總降壓變壓器，5#電力變壓器作為10 kV總升壓變壓器，并利用6#電力變壓器低壓側(cè)智能無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行集中補(bǔ)償，從而將總功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.9以上。采取上述措施后，6#電力變壓器承擔(dān)了低負(fù)荷下的所有用電負(fù)載，其負(fù)載率可明顯增加，為無(wú)功集中補(bǔ)償?shù)於藞?jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.2 無(wú)功補(bǔ)償控制器的參數(shù)設(shè)置

處理方案確定后，對(duì)智能無(wú)功補(bǔ)償裝置參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，確保用電設(shè)備在低負(fù)荷下安全可靠運(yùn)行?，F(xiàn)場(chǎng)選配的PQM- 200智能無(wú)功補(bǔ)償控制器是集數(shù)據(jù)采集、無(wú)功補(bǔ)償、電網(wǎng)參數(shù)分析等功能于一體的新型配電測(cè)控設(shè)備[8]，適用于交流0.4 kV、50 Hz低壓配電系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)及無(wú)功補(bǔ)償控制。主要參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表1。

表1 PQM- 200智能無(wú)功補(bǔ)償控制器的主要參數(shù)設(shè)置

3.3 實(shí)施過(guò)程

為進(jìn)一步驗(yàn)證處理方案的可行性，依據(jù)全廠供電系統(tǒng)圖，遵照《國(guó)家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程》相關(guān)規(guī)定，提前著手編制倒閘操作票，組織公司電氣運(yùn)行人員進(jìn)行模擬演練，以防止電氣誤操作，并借工藝生產(chǎn)系統(tǒng)停產(chǎn)檢修機(jī)會(huì)對(duì)制定的解決方案進(jìn)行了全面實(shí)施。具體倒閘操作步驟如下：

1)斷開(kāi)10 kV Ⅰ段進(jìn)線821開(kāi)關(guān)、西區(qū)分段8200開(kāi)關(guān)、Ⅰ段電容8102開(kāi)關(guān)、Ⅱ段電容8202開(kāi)關(guān)、2#變壓器8203開(kāi)關(guān)、4#變壓器8204開(kāi)關(guān)、東區(qū)Ⅱ段8201開(kāi)關(guān)、2#進(jìn)線8401開(kāi)關(guān)、8#變壓器8402開(kāi)關(guān)、10#變壓器8403開(kāi)關(guān)和東區(qū)分段8400開(kāi)關(guān)。

2)斷開(kāi)2#、4#、8#、10#低壓進(jìn)線開(kāi)關(guān)，并將其退至試驗(yàn)位置。

3)斷開(kāi)10 kV/0.4 kV電力變壓器低壓側(cè)1#-10#無(wú)功補(bǔ)償裝置總電源開(kāi)關(guān)。

4)依次合上6#變壓器8203開(kāi)關(guān)、6#低壓進(jìn)線開(kāi)關(guān)、5#和6#低壓聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)、5#低壓進(jìn)線開(kāi)關(guān)、5#變壓器8105開(kāi)關(guān)、1#變壓器8103開(kāi)關(guān)、3#變壓器8104開(kāi)關(guān)、東區(qū)Ⅰ段8101開(kāi)關(guān)、1#進(jìn)線8301開(kāi)關(guān)、7#變壓器8302開(kāi)關(guān)、9#變壓器8303開(kāi)關(guān)。

5)合上1#和2#低壓聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)、3#和4#低壓聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)、7#和8#低壓聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)、9#和10#低壓聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)。

6)合上6#電力變壓器0.4 kV側(cè)無(wú)功補(bǔ)償裝置總電源開(kāi)關(guān),并在智能無(wú)功補(bǔ)償控制器上將功率因數(shù)要達(dá)到的目標(biāo)值設(shè)定為0.95。

一定要注意的是在倒閘操作過(guò)程中，必須將斷開(kāi)的所有開(kāi)關(guān)退至試驗(yàn)位置，并在其開(kāi)關(guān)柜上懸掛“注意有可能反送電”的警示牌，做好防止反送電的安全技術(shù)措施。倒閘操作后的低用電負(fù)荷下供電系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 低用電負(fù)荷下供電系統(tǒng)圖

由圖2可知，低用電負(fù)荷下供電運(yùn)行方式變化如下：6#電力變壓器被作為10 kV總降壓變壓器，其電壓由10 kV降至0.4 kV，通過(guò)6#低壓進(jìn)線開(kāi)關(guān)、低壓聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)、5#低壓進(jìn)線開(kāi)關(guān)使得5#變壓器帶電；此時(shí)，5#電力變壓器被作為總升壓變壓器，其電壓由0.4 kV升至10 kV，合上5#變壓器開(kāi)關(guān)8105后，將10 kV電源直接反送至西區(qū)變電所10 kV Ⅰ段母線，再經(jīng)東區(qū)Ⅰ段饋出線開(kāi)關(guān)8101和1#進(jìn)線開(kāi)關(guān)8301送至西區(qū)變電所10 kV Ⅰ段母線。東區(qū)和西區(qū)變電所10 kV Ⅰ段母線確認(rèn)有電的情況下，依次合上1#、3#、7#、9#變壓器開(kāi)關(guān)及其對(duì)應(yīng)的低壓進(jìn)線開(kāi)關(guān)，隨后將其分別與2#、4#、8#、10#電力變壓器的低壓側(cè)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，最終在確認(rèn)各項(xiàng)倒閘操作結(jié)果無(wú)誤后，投入6#電力變壓器低壓側(cè)6#智能無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行集中補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)電源點(diǎn)全覆蓋。

4 結(jié)束語(yǔ)

改變供電運(yùn)行方式后，電容級(jí)差易于在低用電負(fù)荷下進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)感性負(fù)載也有所增加，該舉措為無(wú)功補(bǔ)償創(chuàng)造了有利條件。歷經(jīng)停產(chǎn)檢修1個(gè)月左右的低用電負(fù)荷運(yùn)行實(shí)踐，變電站電力后臺(tái)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示總功率因數(shù)始終維持在0.9以上，當(dāng)期電費(fèi)結(jié)算功率因數(shù)為0.93，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，降低了生產(chǎn)成本，說(shuō)明制定的供電方案是可行的，同時(shí)為今后節(jié)能降耗工作開(kāi)辟了一條嶄新的思路。