眾所周知,在10kV以下配電系統(tǒng)的無功消耗總量中,配電變壓器約占30%,低壓用電設(shè)備約占65%,由此可見,在低壓配電系統(tǒng)中實施無功補償十分必要。從理論計算和實踐中證明,低壓無功補償?shù)慕?jīng)濟效果******,綜合功能最強,是值得推廣的一種節(jié)能措施。

一個理想的配電系統(tǒng),電能質(zhì)量指標(biāo)總是以某一恒定的頻率值和電壓值來表示,并以此向用戶供電。但在當(dāng)今現(xiàn)代企業(yè)和運輸部門中,非線性電力負(fù)荷大量增加,特別是隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,晶閘管整流和換流技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用,如:礦山、鋼結(jié)構(gòu)加工、冶金等企業(yè)大量使用晶閘管整流電源,工業(yè)生產(chǎn)中大量使用變頻調(diào)速裝置,電氣化鐵路中采用交流單相整流供電機車,高壓大容量直流輸電中的換流站等均屬于非線性電力負(fù)荷。此外電網(wǎng)中大量運行的變壓器,也是重要的非線性負(fù)荷。

海工青島基地每年18萬結(jié)構(gòu)噸的鋼材加工能力,產(chǎn)品覆蓋中國各海域的淺、深水油氣田工程設(shè)施制造,并輻射澳洲、東南亞、中東、西非、南美等市場?；貎?nèi)生產(chǎn)用焊接電焊機幾千臺,對低壓配電系統(tǒng)電容補償及諧波抑制裝置提出了一定要求。結(jié)合生產(chǎn)情況,在無功補償裝置的選型上,各分變電所選用了TSC系列動態(tài)補償裝置,角星接線方式互補、動態(tài)跟蹤低壓系統(tǒng)進(jìn)線電流值,在近年生產(chǎn)實際使用中起到了良好的效果。

1無功功率(ReactivePower)

在交流電路中,由電源供給負(fù)載的電功率有兩種:一種是有功功率,另一種是無功功率。

有功功率是保持用電設(shè)備正常運行所需的電功率,也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量(機械能、光能、熱能)的電功率。

無功功率比較抽象,它是用于電路內(nèi)電場與磁場的交換,并用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場的電功率。它不對外作功,而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?。凡是有電磁線圈的電氣設(shè)備,要建立磁場,就要消耗無功功率。比如40瓦的日光燈,除需40多瓦有功功率(鎮(zhèn)流器也消耗部分有功功率)來發(fā)光外,還需80乏左右的無功功率供鎮(zhèn)流器線圈建立交變磁場用。由于它不對外作功,才被稱之為“無功”。

無功功率決不是無用功率,它的用處很大。在正常情況下,用電設(shè)備不但要從電源取得有功功率,同時還需要從電源取得無功功率。如果配電系統(tǒng)中無功功率供不應(yīng)求,用電設(shè)備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場。那么,這些用電設(shè)備就不能維持在額定工況下工作,端電壓下降,從而影響設(shè)備正常運行。

由發(fā)電機和高壓輸電線供給的無功功率,遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了負(fù)荷的需求,所以在配電系統(tǒng)中設(shè)置一些無功補償裝置來補充無功功率,以保證用戶設(shè)備對無功功率的需求,這樣用電設(shè)備才能在額定電壓下工作。

2功率因數(shù)P.F.(PowerFactor)

配電系統(tǒng)中電力負(fù)荷如電動機、變壓器等,屬于既有電阻又有電感的電感性負(fù)載。電感性負(fù)載的電壓和電流的相量間存在著一個相位差,通常用相位角 的余弦cos 表示。cos 稱為功率因數(shù),又叫力率。功率因數(shù)是反映電力用戶用電設(shè)備合理使用狀況、電能利用程度和用電管理水平的一項重要指標(biāo)。三相功率因數(shù)的計算公式為:

式中cos ――功率因數(shù)

P――有功功率(kW)

U――用電設(shè)備的額定電壓(V)

I――用電設(shè)備的運行電流(A)

功率因數(shù)分為自然功率因數(shù)、瞬時功率因數(shù)和加權(quán)平均功率因數(shù)。

3 TSC系列動態(tài)補償裝置技術(shù)特點

TSC系列可控硅動態(tài)無功功率補償器采用人工智能控制,由控制器、可控硅、電容器、電抗器、保護(hù)元件組成?？刂破鲗崟r跟蹤測量負(fù)荷的功率因數(shù)和無功電流,與預(yù)先設(shè)定的給定值進(jìn)行比較,動態(tài)控制不同組數(shù)電容器的快速無過渡投切?？朔藗鹘y(tǒng)無功功率補償器因采用機械開關(guān)而造成的觸點燒結(jié)、對電容沖擊大等缺點,對各種負(fù)荷均能起到良好的補償效果。

3.1TSC可控硅動態(tài)無功功率補償器

采用大功率可控硅組成的無觸點開關(guān),對多級電容器組進(jìn)行無觸點、無涌流、無過渡投切。能根據(jù)負(fù)荷無功功率的大小及功率因數(shù)的實際運行水平自動投切,動態(tài)補償無功功率,響應(yīng)速度小于20ms,保證系統(tǒng)功率因數(shù)在0.9以上,抑制諧波,改善電壓質(zhì)量,減少線路損耗,提高電氣設(shè)備工作效率。

適合于三相對稱性負(fù)荷的實時功率因數(shù)補償,對三相負(fù)荷進(jìn)行跟蹤補償;觸發(fā)采用光電觸發(fā)方式,實現(xiàn)一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)隔離,解決諧波干擾問題,高可靠性,控制簡單;系統(tǒng)電流過零投切,電容投切過程中無涌流沖擊、無操作過電壓、無電弧重燃現(xiàn)象。

3.2諧波抑制

動態(tài)抑制系統(tǒng)諧波,針對電力系統(tǒng)諧波源影響,采用光觸發(fā)控制和諧波抑制技術(shù),安全運行?？刂破?、電抗器、驅(qū)動器特殊設(shè)計,選用串聯(lián)電抗器,從根本上解決與系統(tǒng)發(fā)生串聯(lián)、并聯(lián)諧振,避免使諧波放大,實現(xiàn)無功補償和諧波抑制并舉的功能。

3.3控制器

全數(shù)字化、液晶顯示,具有聯(lián)網(wǎng)通訊功能,控制具有高可靠性,操作簡單,有良好的人機界面。與系統(tǒng)連接時,不需考慮交流系統(tǒng)相序,不會因為相序接錯而帶來燒壞可控硅或其他器件的現(xiàn)象;正面柜門上顯示,不用開門即可進(jìn)行控制器參數(shù)設(shè)置、調(diào)整,保護(hù)操作人員人身安全。

3.3保護(hù)元件

保護(hù)措施齊全,自動化程度高,能在外部故障或停電時自動退出工作,送電后能自動恢復(fù)運行,設(shè)有過壓、欠壓、過流等保護(hù)。

3.4電容器

電容器選擇具有良好的自愈性和耐涌流能力質(zhì)量可靠產(chǎn)品,可在1.1倍的額定電壓下長期運行,在1.3倍的額定電流下長期運行。相對電容選型問題上,選進(jìn)口優(yōu)質(zhì)品牌產(chǎn)品較好。

3.5電抗器

TSC可控硅動態(tài)無功功率補償器配置專用電抗器,干式鐵芯結(jié)構(gòu),保證補償裝置投入運行后,投切電容器時不會與系統(tǒng)發(fā)生諧振,能降低電容器組的合閘涌流及避免電容器組產(chǎn)生諧波放大現(xiàn)象,同時避免造成電容器運行電壓高,分閘時較易產(chǎn)生過電壓。

3.6強迫風(fēng)冷系統(tǒng)

為了降低柜內(nèi)溫度,保證元件可靠工作,配備強迫風(fēng)冷系統(tǒng),自動監(jiān)測運行,高溫時自啟動,低溫時處于休眠狀態(tài)。

4無功補償對企業(yè)的好處

首先,提高了功率因數(shù),獲得優(yōu)惠電費價格,至少可避免被罰款。其次,降低了企業(yè)的用電量。第三,在系統(tǒng)內(nèi)電壓一定情況下,降低了視在電流。第四,提高系統(tǒng)變壓器的使用裕度。第五,提高系統(tǒng)內(nèi)電壓數(shù)值。綜合上述原因,對企業(yè)整體而言,進(jìn)行無功補償有相對直接的經(jīng)濟效益。

5電容補償裝置在運行應(yīng)注意的問題

5.1環(huán)境溫度

電容補償裝置周圍環(huán)境的溫度不可太高,也不可太低。如果環(huán)境溫度太高,電容裝置工作時產(chǎn)生的熱量散不出去;而如果環(huán)境溫度太低,電容可能會凍結(jié)導(dǎo)致?lián)舸?/p>

5.2工作溫度

工作時溫度不宜過高,否則會引起熱擊穿,或是引起鼓肚現(xiàn)象,導(dǎo)致電容損壞。

5.3工作電流與諧波問題

諧波的電流對電容器非常有害,極易引起電容擊穿引起相間短路。必要時,應(yīng)在電容器上串聯(lián)適當(dāng)感性電抗,限制諧波電流。

5.4運行中的放電聲

電容補償裝置在運行時,一般是沒有聲音的,但有時也會例外。造成聲音的原因大致有以下幾種:套管放電、油浸電容缺油放電、脫焊放電、接地不良放電。

5.5爆炸問題

多組電容器并聯(lián)運行時,擊穿引起短路有可能引起電容爆炸,應(yīng)采取適當(dāng)保護(hù)措施及注意實際應(yīng)用中接線方式選擇。

6小結(jié)與建議

(1)用戶配電系統(tǒng)采用電容補償裝置提高功率因數(shù),能減少電能損失,降低電壓損失,有效提高變配電設(shè)備利用率。

(2)在電容補償裝置選擇上應(yīng)根據(jù)工況負(fù)荷環(huán)境進(jìn)行配置,及時與設(shè)計生產(chǎn)單位溝通元件配置參數(shù)比例,對特殊用電環(huán)境應(yīng)采取有效措施,以期在投用中起到良好效果。

(3)根據(jù)實際容量配置需求,選擇適當(dāng)?shù)慕泳€方式。

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