隨著社會的發(fā)展,對工業(yè)化的要求程度越來越高,各種電器的使用使人們對電力的需求和依賴性都越來越大。在電力供電系統(tǒng)中,為了提高電網(wǎng)的功率因數(shù),節(jié)約電能,提高供電質(zhì)量,改善供電環(huán)境,無功功率補償裝置被廣泛應(yīng)用于電力供電系統(tǒng)。

無功補償?shù)木唧w實現(xiàn)方式主要為:把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷并聯(lián)接在同一電路,能量在兩種負荷之間相互交換。這樣,感性負荷所需要的無功功率可由容性負荷輸出的無功功率補償。

目前,低壓無功補償內(nèi)使用的電力電容器裝置,經(jīng)常會選用微型斷路器作為保護,也經(jīng)常發(fā)生一些事故和災(zāi)害。為了讓潛在的危害盡可能地少發(fā)生,需要了解微型斷路器相關(guān)知識及保護特性,也要了解電力電容器的配套要求。

用于低壓補償柜內(nèi)的斷路器,主要是用來保護其內(nèi)部的電力電容器及其相關(guān)電氣元件。

根據(jù)GB 50227—2008的4.2.9的條款要求,低壓并聯(lián)電容器裝置宜裝設(shè)以下配套元件:總回路刀開關(guān)和分回路投切器件、操作過電壓保護用避雷器、短路用的保護熔斷器、過載保護器件、限流線圈、放電器件及諧波含量超限保護、自動投切控制器、保護元件、信號和測量表計等配套器件,接線圖如圖1所示。

在圖1中,QS為刀開關(guān)或隔離開關(guān),TA為電流互感器,FV為避雷器,FU為熔斷器,L為電抗器或限流線圈,KM為交流接觸器,FR為熱繼電器,C₁、C₂、…、C_n為電容器,TV為放電線圈,HL為照明指示燈。

根據(jù)GB 50227—2008的5.3.1要求,應(yīng)用于并聯(lián)電容器裝置的斷路器選型,應(yīng)采用真空斷路器或SF₆斷路器等適合于電容器組投切的設(shè)備,其技術(shù)性能應(yīng)符合斷路器共用技術(shù)要求,尚應(yīng)滿足下列要求:

(1)應(yīng)具備頻繁操作的性能;

(2)合、分時觸頭彈跳不應(yīng)大于限定值,開斷時不應(yīng)出現(xiàn)重擊穿;

(3)應(yīng)能承受電容器組的關(guān)合涌流和工頻短路電流以及電容器高頻涌流的聯(lián)合作用。

目前電容器配套有以下幾種用法:

如圖1所示,總線回路開關(guān)使用框架式斷路器ACB替代刀開關(guān)QS,用塑殼斷路器(MCCB)替代熔斷器FU和電抗器L,用微型斷路器(MCB)替代接觸器KM和熱繼電器FR。

如圖1所示,他們使用MCB替代熔斷器FU和電抗器L,其它不變。

按圖1所示,使用刀熔開關(guān)替代刀開關(guān)QS,用微型斷路器MCB替代熔斷器FU和電抗器L,其它不變。

即圖1所示,此種情況最為合理。

作為總回路刀開關(guān)QS是對總回路電流的接通和分斷。

熔斷器FU主要是對分回路進行過電流保護,它是根據(jù)電流的熱效應(yīng)工作,當電流超過規(guī)定值一段時間后,以其自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔化,從而使電路斷開;它的優(yōu)點為:價格低廉、過電流保護效果好(因為動作快速且分斷短路電流時,不產(chǎn)生噴弧,對其周邊元件和設(shè)備不會產(chǎn)生傷害);缺點為:安裝不太方便,反時限電流保護范圍小,分斷短路電流后,需要更換熔體,不能實現(xiàn)遙控。

避雷器FV主要用來抑制電氣回路中產(chǎn)生的操作過電壓。

電抗器L主要用來限制電網(wǎng)電壓突變和操作過電壓引起的電流沖擊;另外,電抗器也是用來抑制諧波以及用來限制電容器合閘時過高的涌流值。

接觸器KM主要用來對電氣回路進行快速接通和斷開的頻繁操作控制。

熱繼電器FR主要利用電流的熱效應(yīng)對電氣回路進行過載保護。

放電線圈TV與電容串聯(lián),起放電作用,就是當系統(tǒng)斷電的時候,放電線圈可以卸除電容里的剩余電量。

電容器在投切運行時,在投入瞬間出現(xiàn)較高的頻率和較大幅值的電流(涌流)和過電壓,嚴重時伴隨諧波的產(chǎn)生。

按GB 50227—2008的5.5.3要求,電容器合閘涌流最高可達到電容器組額定電流的20倍。

另外,電容器作為容性載荷,負載超前電壓的相位角為90°,對線路上的元件產(chǎn)生較大的傷害。

在上述第2章節(jié)(1)、(2)、(3)中,都為取消熔斷器FU及電抗器L,如此,電網(wǎng)電壓突變、操作過電壓引起的電流沖擊及涌流等直接施加給斷路器,斷路器容易受到過度傷害而造成保護失效;另外,斷路器在分斷短路電流瞬間會產(chǎn)生噴弧,對電容柜內(nèi)其它元件造成傷害。

對上述第2章節(jié)(1),由于取消接觸器KM,MCB為非頻繁操作元件,此場合下,MCB因為頻繁通斷電流易受到傷害而造成保護失效;且由于去除熱繼電器FR,電流的熱效應(yīng)對電氣回路中的元件傷害而不能及時被保護,從而發(fā)生電氣事故。

用于保護電容器裝置的MCB,在選用時要注意以下方面:

(1)MCB只能用于保護中小型容量的電容器載荷系統(tǒng),容量一般為40 kvar以下。

(2)注意電氣配套元件的選用,見圖1,用MCB替代熔斷器FU,但電抗器L、接觸器KM、熱繼電器FR等應(yīng)保留。

(3)盡可能選用額定短路分斷能力不低于10 k A的MCB。

(4)要根據(jù)電容器的規(guī)格,確定選用合適技術(shù)參數(shù)及規(guī)格的MCB。

(5)選用的電容器及接觸器應(yīng)符合GB 50027的相關(guān)要求。

(6)電容柜內(nèi)的連接導(dǎo)線或匯流排應(yīng)符合相關(guān)GB 7251.1—2013、GB 7251.12—2013等標準要求,型號規(guī)格正確,安裝接線及帶電導(dǎo)體間的電氣距離等應(yīng)符合標準及規(guī)范要求。

(7)所有配套元件及電容器安裝完畢,需要仔細檢查,對電容器的放電部件進行放電(除非此電容器本身有自動放電的部件),確定無誤后,人工進行試運行,此步驟要注意操作元件的次序,具體為:首先閉合MCB—關(guān)上電容柜門—總回路控制開關(guān)(刀開關(guān)或隔離開關(guān))合閘—電容器控制器得電—轉(zhuǎn)換柜組控制開關(guān),使電容器投入切換工作。

運行過程中有異常情況,應(yīng)立即停止,斷電檢查,故障排查完畢,要對電容器的放電部件進行放電(除非此電容器本身有自動放電的部件,此點要注意,曾經(jīng)見到運行檢查人員,在未對電容器的放電部件進行放電的情況下,直接閉合MCB,導(dǎo)致MCB當場爆炸,噴出的電弧傷害臨近的MCB即柜體底板,幸而未傷害到人體,事故未擴大)。

在試運行時,對于一臺電容柜內(nèi)有多組電容器的情況,不要同時啟用讓多組電容器同時切換投入工作,要依次、逐組性地讓其切換投入工作。

根據(jù)標準要求,選用斷路器的額定電流為(1.37~1.5)I_c(I_c為電容器額定電流),實際中常常取用I_n=1.5I_c。

如電容器未標明額定電流,可通過下述的公式計算:

式中:Q—電容器的容量,kvar;

U—電容器的工作電壓,kV。

示范舉例:有一臺電容器,工作電壓為400 V,容量30 kvar,求其額定電流。

根據(jù)公式(1):

實際上,可以根據(jù)電工手冊的經(jīng)驗公式來估算,其估算公式:

如上例,I_c=1.5Q=1.5×30=45(A)。

根據(jù)5.1中的公式(2),可用MCB來保護的電容器最大容量(目前短路分斷能力為10 k A及以上的MCB,其額定電流為63 A):

Q=63×2/3=42(kvar)。

則電容器最大容量規(guī)格為40 kvar。

但在實際應(yīng)用中,可能涉及一些影響因素,如高溫環(huán)境、密閉柜體內(nèi)散熱不良等影響因素,需要對選用的保護斷路器降容使用,一般根據(jù)使用的環(huán)境及場合,降容系數(shù)約為0.9。

隨著短路高分斷能力MCB的問世,MCB用于保護電容器載荷的場合也會越來越多,但要真正讓MCB正常用于該場合,且發(fā)揮其應(yīng)有的保護效果,要有一個過程,這也是MCB生產(chǎn)廠家與低壓無功補償柜的生產(chǎn)公司共同研究的課題。這不僅需要提高MCB的短路分斷能力,還需要解決其在分斷額定短路電流時,不能有明顯噴弧。