无级可调无功补偿

一、用户工况：
油田站所一般采用动态无功补偿，站内母线功率因数在0.83～0.99之间，据统计，47.2%补偿柜运行效果良好，受补母线功率因数均达到0.9以上；11.6%的补偿柜补偿功率因数在0.83～0.89之间，没有达到油公司及国家规范要求；41.2%的补偿柜因电压高或设备损坏已无法投运。目前无功补偿装置存在无法投运或投运后电容器被烧毁、分组投切开关损坏等问题，致使低压配电网功率因数难以达到0.9以上，分析原因如下：
       （1）通用型补偿电容器额定电压为400V，当系统电压高于400V时，电容器无法投运。金属自愈式电容器长时间投运在过高的电压下而被烧毁。电容器前端无限流电抗器，电容器在投切的过程中产生的瞬时高压也会损毁电容器。
       （2）系统存在谐波。谐波电压叠加基波电压后，往往大于430V，导致电容器烧毁。谐波在电容器上将被放大，造成电容器长时间在过电压下运行。
       （3）电容器分组投切开关寿命主要受开关的机械寿命限制。投切开关虽然是过零投切法，但这只是提高了电触头的电寿命，而对于开关频繁投切动作，其机械寿命仍无改善。

二、方案：
    油田站所的低压配电系统采用集中就地补偿。补偿电容为三相同投同切，接触器投切频繁，易损坏，又由于母线电压相对较高和三相不平衡，造成电容器运行时率较低。基于磁性滤波原理，我们对无功补偿装置运行方式进行了改造：取消电容补偿柜内的投切开关，在电容器后端加装3台空芯限流电抗器，构成一条容性支路；同时加装一套无级可调滤波补偿装置，构成一条感性支路，与容性支路并联。
       （1）通过控制程序实时调节可控电抗器电流来改变三相主线圈激磁电流和激磁电抗，从而调节可控电抗器发出的感性电流。同时感性电流与多余的容性电流中和，吸收过补容性电流。随着负荷的波动，感性电流可以不断的改变，吸收多余容性电流，从而达到稳定功率因数的目的。
       （2）将3台限流电抗器的电抗率，调整在系统特征谐波频率附近，起到了限流和滤波双重作用。

接线原理图

三、治理效果：
    17-1注入站低压母线电压较高，达410V，母线电压、电流畸变率较大，将无级补偿滤波装置并联到低压母线上，补偿容量为60 kvar。滤波补偿设备投入前后测得的母线电能质量数据见表3所示：
                      表3       母线电能质量表        （测试时间：15分钟）

        因该站5台注入泵变频同时应用了磁性滤波器，安装无级补偿滤波装置后，该站母线谐波含量得到了进一步滤除，功率因数进一步被提高：
        (1)谐波电压含量在磁性滤波的基础上又被滤除了21.7%，谐波电流又被滤除22.8%。
        (2)母线功率因数由0.91提高并稳定在0.98～0.989之间。
        (3)负载总有效电流值降低了5%，进一步改善了电流波形的连续性，消除了变频器开关元件周期断开所形成的电流为零的死区。
3.3 结论
        (1)磁性滤波器可以降低配电网由于变频器引发的谐波含有率。谐波污染越重滤除率越大，同时改善了电压、电流波形。
        (2)磁性滤波器改善了配电网的三相不平衡，降低了负载电流有效值，提高了配电线路功率因数，吸收了配电网中浪涌峰值，降低了配电网的能耗。
        (3)磁性滤波器治理变频器产生的谐波有显著效果，不仅适用于配注系统、转油系统，同时还可用于机采井变频器的谐波治理，6kV高压线路的谐波治理。
        (4)无级补偿滤波装置更好地解决了常规无功补偿装置存在的问题，提高了无功补偿装置的运行时率，延长了电容器的使用寿命。