变压器动态

无功补偿

2018-12-29

无功补偿 [1] ,全称无功功率补偿,是一种在电力供电系统中起提高电网的功率因数的作用,降低供电变压器及输送线路的损耗,提高供电效率,改善供电环境的技术。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置,可以做到更大限度的减少电网的损耗,使电网质量提高。反之,如选择或使用不当,可能造成供电系统,电压波动,谐波增大等诸多因素。详细介绍了无功补偿的基本原理、意义、投切方式、线路、控制器、高低压装置、补偿方式、存在的问题等。

中文名 无功补偿 外文名 Reactive power compensation 全 称无功功率补偿 特 点 提高供电效率,改善供电环境 领 域 能源 学 科 电力系统及其自动化

目录

1 基本介绍

▪ 基本原理

▪ 意义

2 不同装置

▪ 投切介绍

▪ 交流投入型

▪ 投入型置

▪ 复合型装置

▪ 同步投入装置

3 瞬时

4 线路

▪ 接法

▪ 采用器件

▪ 投切方式

▪ 无功发生器

5 控制器

▪ 控制方式

▪ 功率因数型

▪ 率型

▪ 动态补偿

6 高、低压装置

▪ 低压装置

▪ 装置

▪ 低压补偿装置

▪ 补偿装置

7 提升机专用

8 方式

▪ 变电站补偿

▪ 配电线路补偿

▪ 随机补偿

▪ 随器补偿

▪ 跟踪补偿

9 存在的问题

10 无功补偿配置

11 实际

12 因素

13 节电

基本介绍编辑

基本原理

电网的功率包括两部分 [1] :一是有功功率:直接消耗电能,把电能转变为机械能、热能、化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率称为有功功率;二是无功功率:消耗电能,但只是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且,这种能是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无功功率(如电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所占的电能)。

意义

⑴ 补偿无功功率,可以增加电网中有功功率的比例常数。

⑵ 减少发、供电设备的设计容量,减少投资,例如当功率因数cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95时,装1Kvar电容器可节省设备容量0.52KW;反之,增加0.52KW对原有设备而言,相当于增大了发、供电设备容量。因此,对新建、改建工程,应充分考虑无功补偿,便可以减少设计容量,从而减少投资。

⑶ 降低线损,由公式ΔΡ%=(1-cosθ/cosΦ)×得出其中cosΦ为补偿后的功率因数,cosθ为补偿前的功率因数则:

cosΦ>cosθ,所以提高功率因数后,线损率也下降了,减少设计容量、减少投资,增加电网中有功功率的输送比例,以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益。所以,功率因数是考核经济效益的重要指标,规划、实施无功补偿势在必行。

电网中常用的无功补偿方式包括:

① 集中补偿:在高低压配电线路中安装电容器组;

② 分组补偿:在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装补偿电容器;

③ 单台电动机就地补偿:在单台电动机处安装电容器等。

加装无功补偿设备,不仅可使功率消耗小,功率因数提高,还可以充分挖掘设备输送功率的潜力。

确定无功补偿容量时,应注意以下两点:

① 在轻负荷时要避免过补偿,倒送无功造成功率损耗增加,也是不经济的。

② 功率因数越高,每千伏补偿容量减少损耗的作用将变小,通常情况下,将功率因数提高到0。95就是合理补偿。

无功就地补偿容量可以根据以下经验公式确定:Q≤UΙ0式中:Q---无功补偿容量(kvar);U---电动机的额定电压(V);Ι0---电动机空载电流(A);但是无功就地补偿也有其缺点:⑴不能全面取代集中补偿和低压分组补偿;众所周之,无功补偿按其安装位置和接线方法可分为:集中补偿、低压分组补偿和低压就地补偿。其中就地补偿区域更大,效果也好。但它总的电容器安装容量比其它两种方式要大,电容器利用率也低。集中补偿和低压分组补偿的电容器容量相对较小,利用率也高,且能补偿变压器自身的无功损耗。为此,这三种补偿方式各有应用范围,应结合实际确定使用场合,各司其职分类。

不同装置编辑

投切介绍

延时投切方式即俗称的"静态"补偿方式。延时投切的目的在于防止过于频繁的动作使电容器造成损坏,更重要的是防备电容不停的投切导致供电系统振荡,这是很危险的 [1] 。

延时投切方式用于控制电容器投切的器件可以是投切电容器专用接触器、复合开关或者同步开关(又名选相开关)。

投切电容器专用接触器有一组辅助接点电阻后与主接点。在投入过程中辅助接点先闭合,与辅助接点的电阻使电容器预充电,然后主接点再闭合,于是就限制了电容器投入时的涌流。

复合开关就是将晶闸管与继电器接点使用,但是复合开关既使用晶闸管又使用继电器,于是结构就变得比较复杂,成本也比较高,并且由于晶闸管对过流、过压及对dv/dt的敏感性也比较容易损坏。在实际应用中,复合开关故障多半是由晶闸管损坏所引起的

同步开关是近年来新发展的技术,顾名思义,就是使机械开关的接点准确地在需要的时刻闭合或断开。对于控制电容器的同步开关就是要在接点两端电压为零的时刻闭合,从而实现电容器的无涌流投入,在电流为零的时刻断开,从而实现开关接点的无电弧分断。由于同步开关省略了晶闸管,因此不仅成本降低,而且可靠性提高。同步开关是传统机械开关与现代电子技术完美结合的产物,使机械开关在具有独特技术性能的同时,其高可靠性以及低损耗的特点得以充分显示出来。

当电网的负荷呈感性时,如电动机、电焊机等负载,这时电网的电流滞带后电压一个角度,当负荷呈容性时,如过补偿状态,这时电网的电流超前于电压的一个角度,功率因数超前或滞后是指电流与电压的相位关系。通过补偿装置的控制器检测供电系统的物理量,来决定电容器的投切,这个物理量可以是功率因数或无功电流或无功功率。

下面就功率因数型举例说明。当这个物理量满足要求时,如cosΦ超前且>0。98,滞后且>0。95,在这个范围内,此时控制器没有控制信号发出,这时已投入的电容器组不退出,没投入的电容器组也不投入。当检测到cosΦ不满足要求时,如cosΦ滞后且<0。95,那么将一组电容器投入,并继续监测cosΦ如还不满足要求,控制器则延时一段时间(延时时间可整定),再投入一组电容器,直到全部投入为止。当检测到超前信号如cosΦ<0。98,即呈容性载荷时,那么控制器就逐一切除电容器组。要遵循的原则就是:先投入的那组电容器组在切除时就要先切除。如果把延时时间整定为300s,而这套补偿装置有十路电容器组,那么全部投入的时间就为5分钟,切除也这样。在这段时间内无功损失补只能是逐步到位。如果将延时时间整定的很短,或没有设定延时时间,就可能会出现这样的情况。当控制器监测到cosΦ〈0。95,迅速将电容器组逐一投入,而在投入期间,此时电网可能已是容性负载即过补偿了,控制器则控制电容器组逐一切除,周而复始,形成震荡,导致系统崩溃。是否能形成振荡与负载的性质有密切关系,所以说这个参数需要根据现场情况整定,要在保证系统安全的情况下,再考虑补偿效果。

交流投入型

由于电容器是电压不能瞬变的器件,因此电容器投入时会形成很大的涌流,涌流更大时可能超过100倍电容器额定电流。涌流会对电网产生不利的干扰,也会降低电容器的使用寿命。为了降低涌流,大部分补偿装置使用电容器投切专用接触器,这种接触器有1组限流电阻与主触头的辅助触头,在接触器吸合的过程中,辅助触头首先接通,使电容器通过限流电阻接入电路进行预充电,然后主触头接通将电容器正常接入电路,通过这种方式可以将涌流限制在电容器额定电流的20倍以下。

此类补偿装置价格低廉,可靠性较高,应用为普遍。由于交流接触器的触头寿命有限,不适合频繁投切,因此这类补偿装置不适用频繁变化的负荷情况。

投入型置

这类补偿装置就是SVC分类中的TSC子类。由于晶闸管很容易受涌流的冲击而损坏,因此晶闸管必须过零触发,就是当晶闸管两端电压为零的瞬间发出触发信号。过零触发技术可以实现无涌流投入电容器,另外由于晶闸管的触发次数没有限制,可以实现准动态补偿(响应时间在毫秒级),因此适用于电容器的频繁投切,非常适用于频繁变化的负荷情况。晶闸管导通电压降约为1V左右,损耗很大(以额定容量100Kvar的补偿装置为例,每相额定电流约为145A,则晶闸管额定导通损耗为145×1×3=435W),必须使用大面积的散热片并使用通风扇。晶闸管对电压变化率(dv/dt)非常敏感,遇到操作过电压及雷击等电压突变的情况很容易误导通而被涌流损坏,即使安装避雷器也无济于事,因为避雷器只能限制电压的峰值,并不能降低电压变化率。

此类补偿装置结构复杂,价格高,可靠性差,损耗大,除了负荷频繁变化的场合,在其余场合几乎没有使用价值。

复合型装置

复合开关技术就是将晶闸管与继电器接点使用,由晶闸管实现电压过零投入与电流过零切除,由继电器接点来通过连续电流,这样就避免了晶闸管的导通损耗问题,也避免了电容器投入时的涌流。但是复合开关技术既使用晶闸管又使用继电器,于是结构就变得相当复杂,并且由于晶闸管对dv/dt的敏感性也比较容易损坏。

同步投入装置

同步开关技术是近年来新发展的技术,顾名思义,就是使机械开关的接点准确地在需要的时刻闭合或断开。对于控制电容器的同步开关,就是要在开关接点两端电压为零的时刻闭合。

同步开关技术中拒绝使用可控硅,因此仍然不适用于频繁投切。但由于同步开关相比复合开关和交流接触器更节能、更安全可靠、更节约资源,且选相开关应用了单片机技术,不仅能通过RS485通讯控制方式对多至64路电容器进行控制,还具备通讯功能,可将基层单位的电测量信息实时发送到上级电网,为正在发展的智能化电网无缝对接等诸多因素。

瞬时编辑

瞬时投切方式即人们熟称的"动态"补偿方式,应该说它是半导体电力器件与数字技术综合的技术结晶,实际就是一套快速随动系统,控制器一般能在半个周波至1个周波内完成采样、计算,在2个周期到来时,控制器已经发出控制信号了。通过脉冲信号使晶闸管导通,投切电容器组大约20-30毫秒内就完成一个全部动作,这种控制方式是机械动作的接触器类无法实现的。动态补偿方式作为新一代的补偿装置有着广泛的应用前景。很多开关行业厂都试图生产、制造这类装置且有的生产厂已经生产出很不错的装置。当然与国外同类产品相比从性能上、元器件的质量、产品结构上还有一定的差距。

线路编辑

接法

这种方式采用电感与电容的接法,调节电抗以达到补偿无功损耗的目的 [2] 。从原理上分析,这种方式响应速度快,闭环使用时,可做到无差调节,使无功损耗降为零。从元件的选择上来说,根据补偿量选择1组电容器即可,不需要再分成多路。既然有这么多的优点,应该是非常理想的补偿装置了。但由于要求选用的电感量值大,要在很大的动态范围内调节,所以体积也相对较大,价格也要高一些,再加一些技术的原因,这项技术到还没有被广泛采用或使用者很少。

采用器件

作为电容器组的投切开关,较常采用的接线方式如图2。图中BK为半导体器件,C1为电容器组。这种接线方式采用2组开关,另一相直接接电网省去一组开关,有很多优越性。

作为补偿装置所采用的半导体器件一般都采用晶闸管,其优点是选材方便,电路成熟又很经济。其不足之处是元件本身不能快速关断,在意外情况下容易烧毁,所以保护措施要完善。当解决了保护问题,作为电容器组投切开关应该是较理想的器件。动态补偿的补偿效果还要看控制器是否有较高的性能及参数。很重要的一项就是要求控制器要有良好的动态响应时间,准确的投切功率,还要有较高的自识别能力,这样才能达到更佳的补偿效果。

当控制器采集到需要补偿的信号发出一个指令(投入一组或多组电容器的指令),此时由触发脉冲去触发晶闸管导通,相应的电容器组也就并入线路运行。需要强调的是晶闸管导通的条件必须满足其所在相的电容器的端电压为零,以避免涌流造成元件的损坏,半导体器件应该是无涌流投切。当控制指令撤消时,触发脉冲随即消失,晶闸管零电流自然关断。关断后的电容器电压为线路电压交流峰值,必须由放电电阻尽快放电,以备电容器再次投入。

元器件可以选单相晶闸管反或是双向晶闸管,也可选适合容性负载的固态接触器,这样可以省去过零触发的脉冲电路,从而简化线路,元件的耐压及电流要合理选择,散热器及冷却方式也要考虑周全。

投切方式

实际上就是静态与动态补偿的混合,一部分电容器组使用接触器投切,而另一部分电容器组使用电力半导体器件。这种方式在一定程度上可做到优势互补,但就其控制技术,还见到完善的控制软件,该方式用于通常的网络如工矿、小区、域网改造,比起单一的投切方式拓宽了应用范围,节能效果更好。补偿装置选择非等容电容器组,这种方式补偿效果更加细致,更为理想。还可采用分相补偿方式,可以解决由于线路不平行造成的损失。

无功发生器

利用PWM整流控制技术,通过对电网的电压和电流实时采样和高性能DSP计算出电网的无功功率,实现无功功率的补偿。SVG的特点是可实现对动态连续无功补偿,并可实现感性无功和容性无功的补偿,使电网的功率因数稳定在0.98以上。SVG不仅对无功功率进行补偿,而且可对谐波电流实现补偿。

控制器编辑

选择哪一种补偿方式,还要依电网的状况而定,首先对所补偿的线路要有所了解,对于负荷较大且变化较快的工况,电焊机、电动机的线路采用动态补偿,节能效果明显。对于负荷相对平稳的线路应采用静态补偿方式,也可使用动态补偿装置。一般电焊工作时间均在几秒钟以上,电动机启动也在几秒钟以上,而动态补偿的响应时间在几十毫秒,按40毫秒考虑则从40毫秒到5秒钟之内是一个相对的稳态过程,动态补偿装置能完成这个过程 [3] 。

控制方式

无功功率补偿控制器有三种采样方式,功率因数型、无功功率型、无功电流型。选择那一种物理控制方式实际上就是对无功功率补偿控制器的选择。控制器是无功补偿装置的指挥系统,采样、运算、发出投切信号,参数设定、测量、元件保护等功能均由补偿控制器完成。十几年来经历了由分立元件--集成线路--单片机--DSP芯片一个快速发展的过程,其功能也愈加完善。就国内的总体状况,由于市场的需求量很大,生产厂家也愈来愈多,其性能及内在质量差异很大,很多产品名不符实,在选用时需认真对待。在选用时需要注意的另一个问题就是国内生产的控制器其名称均为"XXX无功功率补偿控制器",名称里出现的"无功功率"的含义不是这台控制器的采样物理量。采样物理量取决于产品的型号,而不是产品的名称。

功率因数型

功率因数用cosΦ表示,它表示有功功率在线路中所占的比例。当cosΦ=1时,线路中没有无功损耗。提高功率因数以减少无功损耗是这类控制器的终目标。这种控制方式也是很传统的方式,采样、控制也都较容易实现。

* "延时"整定,投切的延时时间,应在10s-120s范围内调节 "灵敏度"整定,电流灵敏度,不大于0-2A 。

* 投入及切除门限整定,其功率因数应能在0。85(滞后)-0。95(超前)范围内整定。

* 过压保护设量

* 显示设置、循环投切等功能

这种采样方式在运行中既要保证线路系统稳定、无振荡现象出现,又要兼顾补偿效果,这是一对矛盾,只能在现场视具体情况将参数整定在较好的状态下工作。即使调整的较好,也无法祢补这种方式本身的缺陷,尤其是在线路重负荷时。举例说明:设定投入门限;cosΦ=0.95(滞后)此时线路重载荷,即使此时的无功损耗已很大,再投电容器组也不会出现过补偿,但cosΦ只要不小于0.95,控制器就不会再有补偿指令,也就不会有电容器组投入,所以这种控制方式建议不做为推荐的方式。

率型

无功功率(无功电流)型的控制器较完善的解决了功率因数型的缺陷。一个设计良好的无功型控制器是智能化的,有很强的适应能力,能兼顾线路的稳定性及检测及补偿效果,并能对补偿装置进行完善的保护及检测,这类控制器一般都具有以下功能:

* 四象限操作、自动、手动切换、自识别各路电容器组的功率、根据负载自动调节切换时间、谐波过压报警及保护、线路谐振报警、过电压保护、线路低电流报警、电压、电流畸变率测量、显示电容器功率、显示cosΦ、U、I、S、P、Q及频率。

由以上功能就可以看出其控制功能的完备,由于是无功型的控制器,也就将补偿装置的效果发挥得淋漓尽致。如线路在重负荷时,那怕cosΦ已达到0.99(滞后),只要再投一组电容器不发生过补,也还会再投入一组电容器,使补偿效果达到更佳的状态。采用DSP芯片的控制器,运算速度大幅度提高,使得富里叶变换得到实现。当然,不是所有的无功型控制器都有这么完备的功能。国内的产品相对于国外的产品还存在一定的差距。

动态补偿

对于这种控制器要求就更高了,一般是与触发脉冲形成电路一并考虑的,要求控制器抗干扰能力强,运算速度快,更重要的是有很好的完成动态补偿功能。由于这类控制器也都基于无功型,所以它具备静态无功型的特点。

国内用于动态补偿的控制器,与国外同类产品相比有较大的差距,一是在动态响应时间上较慢,动态响应时间重复性不好;二是补偿功率不能一步到位,冲击电流过大,系统特性容易漂移,维护成本高、造成设备整体投资费用高。另外,相应的标准也尚未见到,这方面落后于发展。

由于现代半导体器件应用愈来愈普遍,功率也更大,但它的负面影响就是产生很大的非正弦电流。使电网的谐波电压升高,畸变率增大,电网供电质量变坏。

如果供电线路上有较大的谐波电压,尤其5次以上,这些谐波将被补偿装置放大。电容器组与线路谐振,使线路上的电压、电流畸变率增大,还有可能造成设备损坏,再这种情况下补偿装置是不可使用的。更好的解决方法就是在电容器组串接云南变压器来组成谐波器。器的设计要使在情况下呈容性,以对线路进行无功补偿,对于谐波则为感性负载,以吸收部分谐波电流,改善线路的畸变率。增加云南变压器后,要考虑电容端电压升高的问题。

补偿装置即补偿了无功损耗又改善了线路质量,虽然成本提高较多,但对于谐波成分较大的线路还是应尽量考虑采用,不能认为装置一时不出问题就认为没有问题存在。很多情况下,采用五次、七次、十一次或高通器可以在补偿无功功率的同时,对系统中的谐波进行消除。

高、低压装置编辑

低压装置

适用于交流50 Hz、额定电压在660 V以下,负载功率变化较大,对电压波动和功率因数有较高要求的电力、汽车、石油、化工、冶金、铁路、港口、煤矿、油田等行业 [4] 。

基本技术参数及工作环境:

环境温度:-25oC~+40oC(户外型);-5oC~+40oC (户内型),更大日平均温度30oC

海拔高度:1000 m

相对湿度:< 85% (+25oC)

更大降雨:50 mm/10 min

安装环境:周围介质无爆炸及易燃危险、无足以损坏绝缘及腐蚀金属的气体、无导电尘埃。无剧烈震动和颠簸,安装倾斜度<5%。

技术指标:额定电压:220 V、380 V(50 Hz)

判断依据:无功功率、电压

响应时间:< 20 ms

补偿容量:90 kvar~900 kvar

允许误差:0~10%

装置

适用于6kV~10kV变电站,可在I段和II段母线上任意配置1~4组电容器,适应变电站的各种运行方式。

基本技术参数及工作环境:

正常工作温度:-15~+50oC,相对湿度<85%,海拔高度:2000 m

技术指标:额定电压:6 kV~10 kV

交流电压取样:100 V (PT二次线电压)

交流电流取样:0~5 A(若 PT 取 10 kV 侧二次 A、C 线电压时,CT 应取 B 相电流)

电压整定值:6~6。6 kV 10~11 kV 可调

电流互感器变比:200~5000 /5 A 可调

动作间隔时间;1~60 min可调

动作需系统稳定时间:2~10 min可调

功率因数整定:0.8~0.99 可调

技术特征:电压优先:按电压质量要求自动投切电容器,使母线电压始终处于规定范围。

自动补偿:依据无功大小自动投切电容器组,使系统不过压、不过补、无功损耗始终处于小的状态。

记录监测:可自动或随时调出监测数据、运行记录、电压合格率统计表等 (选配)。

智能控制:在自动发出各动作控制指令之前,首先探询动作后可能出现的所有超限定值,减少动作次数。

异常报警闭锁:当电容器控制回路继保动作、拒动和控制器失电时发出声光报警,显示故障部位和闭锁出口。

安全防护:手动可退出任一电容器组的自投状态,控制器自动闭锁并退出控制。

模糊控制:当系统处于电压合格范围的高端且在特定环境时如何实施综控原则是该系列产品设计的难点。由于现场诸多因素,如配置环境、受电状况、动作时间、用户对动作次数的限制等 而引起频繁动作是用户为担扰的。应用模糊控制正是考虑了以上诸多因素而使这一“盲区”得到合理解决。

低压补偿装置

采用大功率晶闸管投切开关,控制器可根据系统电压,无功功率、两相准则控制晶闸管开关对多级电容组进行快速投切。晶闸管开关采用过零触发方式,可实现电容器无涌流无冲击投入,达到稳定系统电压,补偿电网无功、改善功率因数、提高变压器承载能力的目的。可广泛应用于电力、冶金、石油、港口、化工、建材等工矿企业及小区配电系统。

装置结构及主要元件技术性能

1、装置结构

低压无功动态补偿装置由控制器、无触点开关组、电容器组、云南变压器、放电装置及保护回路组成,整机设计为机电一体化。

2、主要元件技术性能

(1)控制器

低压无功动态补偿装置控制器为全新数字化设计、软硬件模块化、集成度高、电磁兼容、抗干扰能力强,有12个端子,可实现分相、平衡、分相加平衡三种方式补偿。适用范围广,可满足不同性质负荷的补偿需要。可根据系统电压、无功功率控制无触点开关组投切,有手动和自动两种操作模式,并具有过压切除、过压闭锁、欠压切除、超温告警等保护功能。

(2)无触点开关组

无触点开关组是装置的主要执行元件,由晶闸管开关、散热器、风扇、温控开关、过零触发模块及阻容吸收回路构成,一体化设计单组可控更大容量为90kvar,晶闸管开关为进口元件,大功率、安全系数高。

(3)电容器组

选用优质自愈式电容器,可按不同容量灵活编码组合,投切级数多,大容量补偿可一次到位。

基本工作原理

装置工作时由控制器实时监测系统电压及无功功率的变化。当系统电压低于供电标准或无功功率达到所设定电容器组投切门限时,控制器给出投切指令。由过零电路迅速检测晶闸管两端电压(即电容器和系统之间的电压差),当两端电压为零时触发晶闸管,电容器组实现无涌流投入或无涌流切除。

主要技术参数

1、额定电压 AC220V/380V±10% 50Hz

2、接线方式 四线

3、投切依据 系统电压及无功功率

4、响应时间 ≤20ms

5、投切延时 0。1~30s(连续可调)

6、投切精度 平均≤+2%

7、补偿容量 60kvar~1080kvar

8、投切级数 1~18级

使用环境条件

1、工作环境温度 -25℃~+45℃

2、空气相对湿度≤85%

3、海拔高度 ≤2000m(2000m以上采用高原型)

4、安装环境 无易燃、易爆、化学腐蚀、水淹及剧烈振动场所

5、安装方式 户内屏式,户外箱式

6、安装条件 电网中谐波含量符合GB/T14549中0。38kV条款的规定

保护功能

具有过流、过压、欠压、温度超限多种保护。装置能在外部故障和停电时自动退出运行,送电后自动恢复。

补偿装置

适用于6KV、10KV的大中型工矿企业等负荷波动较大、功率因数需经常调节的变电站配电系统。本装置是根据系统电压和无功缺额等因素,通http://baoan。76yo。com/过综合测算,自动投切电容组,以提高电压质量、改善功率因数及减少线损。本装置适用于无人值守变电站和谐波电压、谐波电流满足国标GB/T14548-93规定允许值的场合。如现场谐波条件超标,可根据情况配备1%-13%的电抗已抗拒谐波进入补偿设备。

结构及基本工作原理

无功自动补偿装置,由控制器、真空开关或真空接触器、电容器组、云南变压器、放电线圈、避雷器和一些必要的保护辅助设备组成。数字式无功自动补偿控制器是根据九区图结合模糊控制原理、按电压优先和负荷无功功率以及投切次数限量等要求决定是否投切电容器组,使母线电压始终处于标准范围内,确保不过补更大限度减少损耗。在电压允许的范围内依据负荷的无功要求将电容器组一次投切到位。在投入电容器之前预算电压升高量,如果超标则降低容量投入或不投入。异常情况时控制器发出指令退出所有电容器组,同时发出声光报警。故障排除后,手动解除报警才能再次投入自动工作方式。

技术特征

1、电压优先

按电压质量要求自动投切电容器,电压超出更高设定值时,逐步切除电容器组,直到电压合格为止。电压低于更低设定值时,在保证不过载的条件下逐步投入电容器组,使母线电压始终处于规定范围。

2、无功自动补偿功能

在电压优先原则下,依据负荷无功功率大小自动投切电容器组,使系统始终处于无功损耗小状态。

3、智能控制功能

自动发出动作指令前首先探询动作后可能出现的所有超限定值,减少动作次数。

4、异常报警功能

当电容器控制回路继保动作拒动和控制器则自动闭锁改组电容器的自动控制。

6、模糊控制功能

当系统处于电压合格范围的高端且在某特定环境时如何实施综控原则是该系列产品设计的难点,由于现场诸多因素(如配置环境、受电状况、动作时间、用户对动作次数的限制等)而引起的频繁动作是用户为担忧的,应用模糊控制正是考虑了以上诸多因素使这一“盲区”得到合理解决。

7、综合保护功能

每套装置有开关保护(选配),过压、失压、过流(短路)和零序继电保护、双星形不平衡保护、熔断器过流保护、氧化锌避雷器、接地保护、速断保护等。

主要技术参数

1、额定电压(AC) 6KV、10KV

2、系统电压取样(AC) 100V(PT二次线电压)

3、交流电流取样 0~5A(若PT取10KV侧二次A、C相线电压时,CT应取B相电流)

4、电压整定值 6~6.6KV 10~11KV可调

5、动作间隔时间 1~60分钟可调

6、功率因数整定值 0。8~0。99可调

7、电流互感器变化 50~5000/5A可调

8、动作需系统稳定时间 2~10分钟可调

使用环境

1、环境温度 -15℃~+45℃

2、相对湿度 ≤85%

3、海拔高度 ≤2000m(2000m以上采用高原型)

4、周围介质无爆炸及易燃危险品、无足以损坏绝缘及腐蚀金属的气体、无导电尘挨、安装地点无剧烈振动、无颠簸。

5、供电电源符合标准规定,没有较强的谐波分量。

提升机专用编辑

提升机作为大功率、频繁启动、周期性冲击负荷以及采用硅整流装置对电网造成的无功冲击和高次谐波污染等危害不仅危及电网安全,同时也造成提升机过电流、欠电压等紧停故障的发生,影响了矿井生产。

提升机用无功补偿

提升机用无功补偿

因此对提升机供电系统进行无功动态补偿和高次谐波治理,对于提高矿井提升机和电网的安全运行可靠性、提高企业的经济效益意义巨大 [5] 。

提升机单机装机功率大,在矿井总供电负荷中占的比重较大。伴随煤矿生产规模的扩大、井筒的加深,要求配套的提升机装置容量也越来越大,单机容量已达到2000~3000kW,有的甚至达到5400kW,单斗提升装载量达34t。这么大的负载启动将对电网造成很大的冲击电流,无功电流成分较大,功率因数较低。所以大功率提升机对供电电网的容量和稳定性要求更高。

其中大功率提升机主要的问题是:

引起电网电压降低及电压波动;

高次谐波,其中普遍存在如2、4次偶次谐波与3、5、7、11等奇次谐波共存的状况,

使电压畸变更趋复杂化;

煤矿应用案例

煤矿应用案例 [6]

功率因数低;

彻底解决上述问题的方法是用户安装具有快速响应速度的BF-2B动态及无功补偿装置,该装置使用大功率可控硅开关模组。系统响应时间小于20ms,完全可以满足严格的技术要求。我公司具有丰富的煤矿现场成功运行经验,如山西玉华煤矿等项目,及无功补偿装置投运至今运行效果良好,单月节省电费在10万元以上。

方式编辑

配电网无功补偿的主要方式有五种:变电站补偿、配电线路补偿、随机补偿、随器补偿、跟踪补偿 [3] 。

变电站补偿

针对电网的无功平衡,在变电站进行集中补偿,补偿装置包括电容器、同步调相机、静止补偿器等,主要目的是平衡电网的无功功率,改善电网的功率因数,提高系统终端变电所的母线电压,补偿变电站主变压器和输电线路的无功损耗。这些补偿装置一般集中接在变电站10kV母线上,因此具有管理容易、维护方便等优点,缺点是这种补偿方式对10kV配电网的降损不起作用。

配电线路补偿

线路无功补偿即通过在线路杆塔上安装电容器实现无功补偿。线路补偿点不宜过多;控制方式应从简,一般不采用分组投切控制;补偿容量也不宜过大,避免出现过补偿现象;保护也要从简,可采用熔断器和避雷器作为过流和过压保护。线路补偿方式主要提供线路和公用变压器需要的无功,该种方式具有投资小、回收快、便于管理和维护等优点,适用于功率因数低、负荷重的长线路。缺点是存在适应能力差,重载情况下补偿不足等问题。

在低压四线制的城市居民和农网供电系统中:由于用电户多为单相负荷或单相和负荷混用,并且负荷大小不同和用电时间的不同。所以,电网中间的不平衡电流是客观存在的,并且这种用电不平衡状况无规律性,也无法事先预知。导致了低压供电系统负载的长期性不平衡。对于不平衡电流,电力部门除了尽量合理地分配负荷之外几乎没有什么行之有效的解决办法。

电网中的不平衡电流会增加线路及变压器的铜损,还会增加变压器的铁损,降低变压器的出力甚至会影响变压器的安全运行,终会造成电压的不平衡。

调整不平衡电流无功补偿装置,有效地解决了这个难题,该装置具有在补偿线路无功的同时调整不平衡有功电流的作用。其理论结果可使功率因数均补偿至1,电流调整至平衡。实际应用表明,可使功率因数补偿到0。95以上,使不平衡电流调整到变压器额定电流的10%以内。

随机补偿

随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接,通过控制、保护装置与电动机同时投切的一种无功补偿方式。县级配电网中有很大一部分的无功功率消耗在电动机上,因此,搞好电动机的无功补偿,使其无功就地平衡,既能减少配电线路的损耗,同时还可以提高电动机的出力。随机补偿的优点是用电设备运行时,无功补偿装置投入;用电设备停运时,补偿装置退出。更具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低的特点。适用于补偿电动机的无功消耗,以补励磁无功为主,可较好的限制配电网无功峰荷。年运行小时数在1000h以上的电动机采用随机补偿较其他补偿方式更经济。

随器补偿

随器补偿是指将低压电容器通过低压熔断器接在配电变压器二次侧,以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。配电变压器在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功,配电变压器空载无功是农网无功负荷的主要部分.随器补偿的优点是接线简单,维护管理方便,能有效地补偿配电变压器空载无功,限制农网无功基荷,使该部分无功就地平衡,从而提高配电变压器利用率,降低无功网损,提高用户的功率因数,改善用户的电压质量,具有较高的经济性,是目前无功补偿有效的手段之一。缺点是由于配电变压器的数量多、安装地点分散,因此补偿工作的投资比较大,运行维护工作量大。

跟踪补偿

是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置,将低压电容器组补偿在用户配电变压器低压侧的补偿方式。这种补偿方式,部分相当于随器补偿的作用,主要适用与100kVA及以上的专用配电变压器用户。跟踪补偿的优点是可较好地跟踪无功负荷的变化,运行方式灵活,补偿效果好,但是费用高,且自动投切装置较随机或随器补偿的控制保护装置复杂,如有任一元件损坏,则可导致电容器不能投切。其主要适于大容量大负荷的配变。

存在的问题编辑

1、电容器损坏频繁。

2、电容器外熔断器在投切电容器组及运行中常发生熔断。

3、电容器组经常投入使用率低。

针对以上问题,我们认为有必要进行专题研究,对无功补偿设备进行综合整治,以达到无功补偿设备使用化运行,提高电网电压无功质量和电能合格率。针对上述情况我们分析可能存在的原因如下:

1、电容器损坏主要原因由于在选择电压等级时没有考虑谐波背景的影响,造成所选择的电压等级偏低,长期运行电容器将容易损坏。

2、电容器外熔断器经常发生熔断,主要是合闸涌流对熔断器的冲击或者熔断器额定电流的选择偏小造成的,或是不同电抗率组别的电容器组投切顺序不当所致。

电容器投入使用率低主要是由于在电容器容量选择及分配不当造成的。

美国斯威尔智能电容器能灵活的应用于集中补偿、低压分组补偿和低压就地补偿。

无功补偿配置编辑

配电网在电力系统中的任务是分配电能,是电力系统中连接用户的关键供电环节,需要对配电网合理配置无功补偿装置,以提高供电电压质量,同时降低配电网的网损。在低压配电网负荷点附近分散配置无功补偿装置,尽量实现无功功率的就地平衡,减少配网中由无功功率传输造成的电压损耗,则不失为一种解决电压质量问

  题的可行方案。

  配电网无功补偿装置的配置除了要考虑使各负荷节点的电压偏移符合相关规定的要求外,还需考虑尽量降低配电网网损、降低补偿装置投资费用等方面,文献 [7] 对该问题开展了一些研究,这些文献只涉及了10 kV电压等级配网的无功优化配置问题。近年来,结合我国配网现状,兼顾10 kV和0. 4 kV电压等级的配网无功补偿优化配置方法逐渐受到重视。文献[ [8] 提出了中低压配电网分支线路末端配变低压侧和主馈线相结合的无功补偿优化方法,并对两个电压等级的无功补偿配置进行分阶段求解;文献 [2] 提出了一种以设备投资和降损收益的年总支出费用小为目标的配电线路10 kV /0. 4kV综合无功优化配置模型,并采用灾变遗传算法进行求解;文献[[10]提出了能够考虑多个负荷水平的配电网中压和低压无功补偿优化配置模型,并采用灵敏度分析和遗传算法求解。这些文献中对于低压配电网台区都是在配变低压侧集中配置无功补偿装置,而对于在低压配电网中如何获得有工程实用

  价值的分散无功补偿配置方案,则很少有文献涉及。

  文献 [8] 提出了一种低压配电网无功补偿分散配置优化方法。在保证各个负荷节点电压偏移符合供电电压质量要求的前提下,先以所有负荷节点作为候选补偿点求解优化模型,获得理想的分散无功补偿配置方案,进而综合考虑无功补偿装置的投资费用以及便于装置的运行管理等要求,选定几个重要补偿点再求解优化模型,获得终的实用分散无功补偿配置方案。后通过对几个实际低压配网台区的分析计算来验证该方法的正确性和有效性。

实际编辑

就地(分散)补偿应用

不需要设置专用的无功补偿箱或者无功补偿柜,实现对各种场合的小容量就地补偿。

■在用电设备旁放置智能电容器

■在壁挂式配电箱内放置智能电容器

■在工程车间配电设备内(旁)放置智能电容器

■在用户配变小于100kvar的计量柜、配电柜内放置智能电容器

优点:无功补偿距离短,节能降损效果显著,设备接线简单、维护方便。

配置参考:对于小容量负载,按照负载总功率的25%~40%配置智能电容器容量。

例:一台电动机就地补偿方案

电动机额定功率:50kW

无功补偿容量: 15kvar(10kvar+5kvar)

智能电容器数量:1台 SWL-8MZS/450-10.5

无功补偿级数: 0、5、10、15kvar

低压分组补偿的应用

对户外配电变进行就地无功补偿,直接将设备安装于柱挂式户外设备箱内。

优点:体积小、接线简、维护方便;投资小、节能降损效果显著。

配置参考:配变无功补偿容量一般为配变容量的25%~40%。

例:户外配电变压器应用方案

配变容量:200kVA

无功补偿容量:60kvar 2×30kvar(20kvar+10kvar)

智能电容器数量:2台 SWL-8MZS/450-20.10

无功补偿级数:0、10、20、30、40、50、60

安装在箱变低压室,根据配电变压器容量进行补偿,选用若干台智能电容器联机使用。

优点:接线简单、维护方便、成本低、节约空间的显著特点。

配置参考:箱变无功补偿容量一般为配变容量的25%~40%。

例:箱式变集中补偿应用方案

箱变容量:500kVA

无功补偿容量:190kvar 4×40kvar(20kvar+20kvar)+ 1×30kvar(20kvar+10kvar)

智能电容器数量:4台 SWL-8MZS/450-20。20 1台 SWL-8MZS/450-20。10

集中补偿的应用

低压无功补偿智能电容器实现在柜体内组装,构成无功自动补偿装置,接线简单、维护方便、节约成本。

优点:补偿效果好,容量可调整性好,接线简单、故障少、运行维护方便。

配置参考:根据成套柜补偿容量的要求进行配置。

低压成套柜配置容量参考:

GGD柜型

柜体尺寸:1000mm(宽) ×600mm(深) ×2230(高)mm

可安装智能电容器数量:20台 40kvar(20kvar+20kvar)

无功补偿总容量:800kvar(40kvar×20)

MNS柜型

柜体尺寸:600mm(宽) ×800mm(深) ×2200(高)mm

可安装智能电容器数量:12台 40kvar(20kvar+20kvar)

无功补偿总容量:480kvar(40kvar×12)

⑵大容量电力电子装置,普通电容器就地补偿不恰当:随着大型电力电子装置的广泛应用,尤其是采用大容量晶闸管电源供电后,致使电网波形畸变,谐波分量增大,功率因数降低。更由于此类负载经常是快速变化,谐波次数增高,危及供电质量,对通讯设备影响也很大,所以此类负载采用就地补偿是不安全,不恰当的。因为①电力电子装置会产生高次谐波,在负载电感上有部分被抑制。但当负载电容器后,高次谐波可顺利通过电容器,这就等效地增加了供电网络中的谐波成分。②由于谐波电流的存在,会增加电容器的负担,容易造成电容器的过流、过热,甚至损坏。③电力电子装置供电的负载如电弧炉、轧钢机等具有冲击性无功负载,这要求无功补偿的响应速度要快,但电容器的补偿方法是难以奏效。

智能电容器成套设备能满足恶劣环境下的电容补偿要求。Satons专业开发的功率因数控制器结合智能电容器组,能快速响应电网功率因数突变的问题,毫秒级的捕捉谐波突变。防止过度补偿引起的设备损坏。同时Satons智能电容器成套设备具有谐波抑制能力,破坏电容与系统的谐振,部分吸收系统中的3、5、7次及以上谐波。

⑶电动机起动频繁或经常正反转的场合,不宜采用普通电容器就地补偿:异步电动机直接起动时,起动电流约为额定电流的4-7倍,即使采用降压起动措施,其起动电流也是额定电流的2-3倍。因此在电动机起动瞬间,与电动机的电容器势必流过浪涌冲击电流,这对频繁起动的场合,不仅增加线损,而且引起电容器过热,降低使用寿命。 此外,对具有正反转起动的场合,应把补偿电容器接到接触器头电源进线侧,这虽能使电容随电动机的运行而投入。但当接触器刚断开时,电容器会向电动机绕组放电,,引起电动机自激产生高电压,这也有不妥之处。若将补偿电容器接于电源侧,当电动机停运时,电网仍向电容器供给电流,造成电容器负担加重,产生不必要的损耗。为此,对无功补偿功率较大的电容器,如需接在电源进线侧,则应对电容器另外加控制开关,在电动机停运时予以切除。

⑷就地补偿的电容器不宜采用普通电力电容器:推广就地补偿技术时,不宜直接使用普通油浸纸质电力电容器,因为其自愈功能很差,使用中可能产生性击穿,甚至引起爆炸,危及人身安全。

因素编辑

1、谐波含量及分布

配电系统中可能会产生电流以及电压谐波,根据电流谐波次数与幅值及电压谐波总畸变率等特性确认补偿方 案。

2、负荷类型

配电系统线性负荷和非线性负荷占总负荷比例,根据比例确定补偿方案。

3、无功需求

配电系统中如果感性负荷比例大则无功需求大,补偿容量应增大。

4、符合变化情况

配电系统中若静态负荷多,则采用静态补偿,若频繁变化负荷多则采用动态跟踪补偿较合适。

5、平衡性

配电系统中若负荷平衡则采用共补,若负荷不平衡则采用分相补偿或混合补偿。

无功补偿设计方案参考

基于智能无功补偿控制器设计的无功补偿方案,可参考下述原则。

节电编辑

电力电网中的负荷如变压器、电动机等,很多属于感性负荷,需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装智能电力电容器等无功补偿设备以后,可以提供感性电抗所消耗的无功功率,减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率,减少了无功功率在电力电网中的流动,所以可以降低变压器与线路因传输无功功率造成的电能损耗,这就是无功补偿。无功补偿可以提高功率因数,是一项收效快、投资少的降损节能措施。电网系统中常见的无功补偿方式包括:

1.集中补偿:在高低压配电线路中安装电容器组;

2。单台电动机就地补偿:在单台电动机处安装电容器等;

3。分组补偿:在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装补偿电容器。

无功补偿具有优点:

1.降低电能损耗;

2.改善电能质量。电网中无功补偿设备的合理配置,与电网的供电电压质量关系十分密切。合理安装补偿设备可以改善电压质量。

3.挖掘发供电设备潜力

(1)如需要的有功不变,则由于需要的无功减少,因此所需要的配变容量也相应地减少;

(2)在设备容量不变的条件下,由于提高了功率因数可以少送无功功率,因此可以多送有功功率;

(3)安装智能无功补偿设备,可使发电机多发有功功率。系统采取无功补偿后,使无功负荷降低,发电机就可少发无功,多发有功,充分达到铭牌出力。

4。减少用户电费支出

(1)可以避免因功率因数低于规定值而受罚。

(2)可以减少用户内部因传输和分配无功功率造成的有功功率损耗,因而相应可以减少电费的支出。

就三种补偿方式而言,无功就地补偿克服了集中补偿和分组补偿的缺点,是一种较为完善的补偿方式:

(1)有利于降低电动机起动电流,减少接触器的火花,提高控制电器工作的可靠性,延长电动机与控制设备的使用寿命。

(2)因智能电容器与电动机直接,同时投入或停用,可使无功不倒流,保证用户功率因数始终处于滞后状态,既有利于用户,也有利于电网。

确定无功补偿容量时应注意:

1。在轻负荷时要避免过补偿,倒送无功造成功率损耗增加,也是不经济的;

2。功率因数越高,每千伏安补偿容量减少损耗的作用将变小,通常情况下,将功率因数提高到0。95就是合理补偿。

当前很多用电设备量大的企业都会用到无功补偿设备,煤矿上用的更多,而且有专业的无功补偿设备生产公司。


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