范文一:低压无功功率补偿装置
低压无功功率补偿装置
元器件和配套用线选用及装配工艺标准
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日 期: 年 月
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一、总则
1、本工艺适用于本公司无功功率补偿装置中元器件和配套用线的选用和安装。
二、基本要求
1、低压电器:是指在500V以下的供配电系统中对电能的生产、输送、分配与应
用起转换、控制、保护与调节等作用的电器。
2、低压电器选用于型试验报告中的合格供方中规定的型号规格配件。 3、低压配电电器的分类与用途。
1) 刀熔开关:用于线路和设备的短路或过载保护,作为不频繁地手动接通和
分断交流电路用。
2) 刀开关:作为不频繁地手动接通和分断交流电路或作隔离开关用。 3) 断路器:用于线路的过载、短路或欠压保护,也可用于不频繁操作的电器。 4) 熔断器:用于线路和设备的短路或过载保护。
5) 动态补偿调节器:半导体电子开关,用于电容器组的接入或断开电网的智
能开关器件。具有零电流投入,浪涌电流小,过、欠压保护、缺相保护、
空载保护、自诊断故障保护等功能。与普通交流接触器相比,能耗低,能
有效地保护电容器和大大减少浪涌电流对电网的冲击。
6) 动态补偿控制器:用于电容器组的控制和保护,能控制多组动态补偿调节
器的投入和切出。能记录和储存对电网实时监测数据和电容器组投入和切
出的数据。具有高低压保护,报警,循环投切和优化投切等功能。 7) 电容器:用于通过动态补偿控制器对电网的实时监控,在电网的无功功率
超过设定的范围时,通过动态补偿调节器接入电网或断开和电网的连接。
提高电网的功率因数,达到减少电网无功损耗,提高电网运行效率,节约
电能的目的。
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8) 导线、母排:用于线路和设备的载流和接通作用。
9) 绝缘子:用于线路和设备中母线间有足够的绝缘。它在运行中应能承受导
线垂直方向的荷重和水平方向的拉力。
4.主要工具。
1) 工具:螺丝刀、圆头锤、扳手、钢丝钳、电笔、手电钻、丝锥、圆板丝铰
手、剪线钳、钳工锉、套筒扳手,锡炉,压线机。
2) 量具:钢卷尺、塞尺、摇表、万用表。
5.作业条件。
1) 设计图纸齐全,并且经过设计技术审核。布线方案已编制审定。 2) 设备、材料按安装方案的要求,经过检查、清点,符合设计要求,附件、
备件齐全;电器技术文件齐全。
三、操作工艺
1、工艺流程:安装过程原则上先主电路,后辅助电路,自上而下,具体安装程序视
图面布置而定,一般为:主开关—动态补偿调节器—熔断座—接线盒—避雷器
—母排—绝缘子—电容器—一次接线—指示灯—控制器—二次接线。 2、安装和选用方法。
1)刀开关的选用和安装。
a) 刀开关的额定电压不小于线路的额定电压;额定电流不小于线路的计算负
载电流;极限通断能力不小于线路中最大的短路电流。按表1选择刀开关、
刀熔开关和母排规格。
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刀开关选型规则(表1)
电容器 电流 安全 主母线 额定电流序号 总容量/Kvar N排 组数 倍数 系数 /A 铜排 1 4 60 1.3 1.5 125 15*3 15*3 2 5 60 1.3 1.5 125 15*3 15*3 3 6 60 1.3 1.5 125 15*3 15*3 4 5 75 1.3 1.5 160 15*3 15*3 5 6 75 1.3 1.5 160 15*3 15*3 6 6 90 1.3 1.5 200 20*4 15*3 7 4 90 1.3 1.5 200 20*4 15*3 8 6 120 1.3 1.5 225 20*4 15*3 9 8 120 1.3 1.5 225 20*4 15*3 10 7 150 1.3 1.5 315 40*4 30*3 11 10 150 1.3 1.5 315 40*4 30*3 12 6 180 1.3 1.5 350 40*4 30*3 13 12 180 1.3 1.5 350 40*4 30*3 14 7 210 1.3 1.5 400 40*4 30*3 15 8 210 1.3 1.5 400 40*4 30*3 16 9 240 1.3 1.5 500 50*5 30*3 17 8 240 1.3 1.5 500 50*5 30*3 18 10 300 1.3 1.5 630 60*6 40*4 19 11 300 1.3 1.5 630 60*6 40*4 20 12 360 1.3 1.5 630 60*6 40*4 21 10 400 1.3 1.5 1000 60*8 40*4
b) 检查开关型号、规格、操作方式等是否符合图纸要求,确认开关是否完好。
c) 打开开关前盖,将开关安装孔对准骨架固定孔,用螺栓固定,固定时需保证
开关位置垂直端正,固定面应平整,紧固螺栓用力适当,以免损坏塑料底
板。
d) 为防止分断时喷弧造短路,应将与自动开关连接的母线在200毫米以内包
以绝缘布,同时在喷弧方向一定距离内不得有其它零件(按开关生产厂说明
书)。
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e) 分合开关,按开关生产厂使用说明书检查主触头分合状态是否正常。 f) 将前盖按原样固定在开关上,进线端相间有隔弧板的必须按规定装上。 g) 板后接线的自动开关必须安装在绝缘面板上。
h) 开关上各类调整螺钉,调节栓,如脱扣器调节螺钉等,因出厂时已全部调整
好,不得任意自行调整。
i) 安装时不得损坏开关触头及其它零件,不得损伤绝缘外壳,有“〨”处应可
靠接地。
2)、控制器的选用和安装。
a) 控制器的选用的规格按顾客要求的性能确定。
b) 按布置图将控制器安装孔眼对准柜体柜架上的固定孔眼,然后用螺栓和弹
簧垫片固定。安装须端正不歪斜,并可靠接地。
c) 控制器必须垂直安装,标识面可以清晰观察。
d) 控制器的控制线按图纸要求对号安装。
3)、动态补偿调节器的选用和安装。
a) 动态补偿调节器的选用应按电容容量大小和规格确定。
动态补偿调节器选用规则(表2)
所连接电容器容量/Kvar 选用动态补偿调节器
?15Kar LTSC-15-S
20Kar LTSC-20-S
30Kar LTSC-30-S
40Kar LTSC-40-S
b) 按布置图将动态补偿调节器安装孔眼对准柜体柜架上的固定孔眼,然后用
螺栓和弹簧垫片固定,安装须端正不歪斜,并可靠接地。 c) 动态补偿调节器必须垂直安装, 进线接口向上,标识面可以清晰观察。
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4)、电容器的选用和安装。
a) 电容器的选用按补偿装置的总容量和组数确定电容容量大小,选择电容器
时应保证电容器的额定电压是补偿装置额定电压在1.1倍。 b) 当补偿装置的总容量和组数确定后, 还需对单台电容器的电容量、外形结
构尺寸、安装方式(垂直、水平)、以及内部连接形式(D、Y、Yn、?)和填
充料种类(干式、油渍式)等参数进行选择。
c) 按布置图将电容器安装孔眼对准柜体骨架上的固定孔眼(一般装在两根方
梁之间的空隙位置上) ,然后用螺栓和弹簧垫片固定。安装须端正不歪斜,
应可靠接地。电容器必须垂直安装,标识面可以清晰观察。 5)、熔断器的选用和安装:
a) 熔断器的选择:额定电压应大于或等于线路工作电压;额定电流应大于或
等于所装熔体的额定电流。
熔断器选用规则(3)
电容器容量/Kvar 额定电流/A 选用熔断器/A
5Kvar 6.5 15
7.5Kvar 9.8 22
10Kvar 13 22
15Kvar 19.5 32
20Kvar 26 40
30Kvar 39 63
40Kvar 52 100 b) 安装位置及相互间距应便于更换熔芯;更换熔芯时,应切断电流,更不允
许带负荷换熔芯,并应换上相同额定电流的熔芯。
c) 有标识熔芯,其标识的方向应装在便于观察侧。
d) 安装应保证熔芯和熔断座接触良好,以免因熔芯温度升高发生误动作。安
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装熔芯时,必须注意不要使它受机械损伤,以免减少熔芯截面积,产生局
部发热而造成误动作。
6)、电线的选用和安装。
a) 主电路的电线、母排的选用按母线排选择工艺标准进行选用。 b) 电容器支路导线的载流量应不小于电容器额定工作电流的1.5倍。
2c) 辅助电路导线的截面积应不小于1.0 mm的铜芯多股绝缘导线。
2d) 电流测量回路的导线截面积应不小于2.5 mm。
e) 按电器的接线端头标志接线。
f) 一般情况下,一个连接端子只连接一根导线,必要时允许连接两根导线,
但应采取适当措施。对于有三个及以上补偿支路的装置,应设置汇流母线
或汇流端子,采用由主母线向补偿支路供电的方式连接。电源导线应连接
在进线端,负荷侧的导线应接在出线端。
g) 电器的接线螺栓及螺钉应有防锈镀层,连接时,螺钉应拧紧。母线与电器
连接时,连接处不同相母线的最小距离应不小于8mm。 7)、接线端子排安装:按图(根据接线多少和电流大小)选择接线端子,组合好,然后
紧固在相应的位置上。
8)、辅助回路下线配置按辅助回路下线配置工艺要求。
9)、电器元件符号标注,辅助回路接线标号按标号头和符号牌加工和固定工艺要
求。
10)、电器.元辅件安装及一、二次布线全部完成后,按图、按检验卡进行检验,
合格后,按规定进行机械、电器调整,符合图纸和技术条件后,送做出厂
试验。
11)、安装中注意事项。
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a) 各元件处应有与原理图或接线图相符的符合或代号的醒目标注。
b) 不同极性裸露带电体之间及它们与金属构件中的电气间隙与爬电距离,由于
产品设计要求较严,除原来的相关标准外,其电气间隙?8mm与爬电距离均
?14mm。
c) 所有开关,电器有接地标志的(或按说明书规定),均需可靠接地。电流互感器
不得开路,应可靠接地。
d) 电器元件的布置应整齐、端正,便于安装、接线、维修和更换,应设有与
电路图一致的符号或代号;所有的紧固件都应采取防松措施,暂不接线的
螺钉也应拧紧。
e) 选择电器元器件及辅件时,应注意电容器在1.1倍的额定电压下长期运行,
所以通常电器元器件及辅件的选择应满足1.43倍电容器额定电流条件下连
续运行。
在安装操作器件(如手柄、开关、按钮等)时,安装高度的其中心线不宜高于装置基准面2m。紧急操作器件宜装在距装置安装基准面的0.8m,1.6m范围内。
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范文二:ANSVC低压无功功率补偿装置
ANSVC 低压无功功率补偿装置
戴金花18860995103
1、概述
1.1ANSVC 低压无功功率补偿装置介绍
ANSVC 低压无功功率补偿装置适用于频率50Hz 电压0.4kV 电网的无功功率自动补偿;它集无功补偿、电网监测于一体,不但可以通过投切电容器组来补偿电网中的无功损耗,提高功率因数,降低线损,从而提高电网的负载能力和供电质量;同时还能够实时监测电网的三相电压、电流、功率因数等电量参数。1.2无功补偿的重要性
一般来说,使用无功补偿装置来提高功率因数的意义体现在
两个方面:一是可以减少输电线路上的功率损失;二是可以充分发挥电力设备(如电机、变压器等)的潜力。因为用电电器总是在一定电压和一定有功功率下工作,如果功率因数较低,就要用较大的电流来保障用电器正常工作,输电电流变大,导致线路损耗增加。此外,任何电力设备工作时总是工作在一定的额定电压与额定电流内,超过额定电压值,会威胁设备的绝缘性能;工作电流超过额定值,会使内部温升过高,从而降低了设备的使用寿命。对于一些发电设备而言,功率因数的提高能大大增加效率,例如:一台发电机容量为1500kW ,当电力系统的功率因数由0.6上升至0.8时,就可以使实际发电能力提高到3000kW 。1.3无功补偿的效益●
功率因数过低会受到电力部门的处罚甚至会中断企业用电
高压供电的工业用户和高压供电带有负荷调压装置的电力用户,功率因数为0.90以上。其他100kVA (kW )及以上电力用户和大、中型电力排灌站,功率因数为0.85以上。凡功率因数达不到上述规定的用户,电力部门会对其加收额外的电费,即:力率电费(罚款)。●
电力系统缺乏无功功率时就会造成生产效率降低,生产成本变高
当功率因数较低时,设备的电压变化大,无功损耗也大,设备老化加速,容易造成设备使用寿命缩短,影响设备运行。
●降低变压器及电气网络设备的线损
线路传送的视在功率不变,功率因数低将直接增加变压器和传输线路的损耗,直接增加
电力费用支出。
2、执行标准
GB/T7251.1-2013GB/T14549-1993GB/T15543-2008GB/T18481-2001GB/T15576-20083、产品特点◆
装置柜体采用框架拼装式结构,表面喷塑或钝化处理,外观整洁美观、耐老化、抗腐蚀、高寿命。◆
结构设计紧凑合理,模块化设计,布线整齐大方,维护方便。◆◆
装置柜体可独立安装或与其它柜体拼柜安装。多种补偿形式:三相共补、三相分补、共补+分补三
种形式。根据电网的实际情况,兼顾补偿效果和成本,合理选用补偿形式。充分解决补偿无功和三相不平衡之间以及三相分补和成本之间的矛盾。◆◆
使用串联电抗器保护电容器,可根据用户现场具体电网背景定制方案。
控制器具有多回路循环或编码投切运行方式,能有效地避免分组投切时个别电容投切过于频繁的问题,实现最优控制。◆◆
具有数据采集功能和标准的通信接口,可实现远程实时监测和计算机联网管理。采用无触点开关进行投切电容,过零投入,既没有投切涌流又有良好的散热机制,更不会产生谐波注入,可靠性高。◆
具备电力参数监测、采集和统计功能。
《低压成套开关设备和控制设备第1部分》《电能质量:公用电网谐波》
《电能质量:三相电压允许不平衡度》《电能质量:暂时过电压和瞬态过电压》《低压无功功率补偿装置》
4、技术参数
额定电压补偿容量
电气参数
工作频率响应时间过载能力目标功率因数
AC400V 60~630kvar 50Hz ≤20ms
电压过载1.1倍,电流过载1.3倍0.8~1.0(可设定)
补偿方式控制路数
控制特性
控制方式投切算法保护功能防护等级颜色安装方式环境温度
环境条件
相对湿度海拔
5、结构与尺寸
型号
共补、分补及混合补可选
2至16回路
具有手动、自动两种投切模式循环投切
过压、欠压、缺相、短路保护功能IP30
RAL7035(可按客户要求定制) 室内安装,固定方式与进线方式可选-25℃至+50℃
40℃时,≤50%,20℃时,≤90%海拔2000米以下
结构特征
无功容量(kvar)
60100150200250300350400450500550600
柜体尺寸(mm)宽
高
深
ANSVC-60-380/BANSVC-100-380/BANSVC-150-380/BANSVC-200-380/BANSVC-250-380/BANSVC-300-380/BANSVC-350-380/BANSVC-400-380/B
ANSVC-450-380/BANSVC-500-380/BANSVC-550-380/BANSVC-600-380/B
800
800、1000
2200
1000
6、型号说明B-三相四线
7、应用领域分析
在交流电力系统中,绝大多数负载都是感性负载。其产生的感性无功回流到电力系统中,导致系统功率因数降低,系统的压降增大电能损耗增大等问题。常见负载功率因数如下表:
常见负载功率因数表
负载类型白炽灯荧光灯泵气灯钠蒸汽灯感应电机电阻焊接电弧焊接感应炉电弧炉
功率因数
10.5~0.60.50.5~0.60.15~0.85
0.60.50.6~0.80.7~0.8
企业类别造纸工业塑胶工业柴油机改造电线电缆石油化工橡胶轮胎水泥制造金属冶炼轧钢轧机
功率因数0.5~0.80.6~0.720.74~0.840.65~0.800.6~0.750.5~0.60.75~0.850.7~0.80.5~0.6
由上表可以看出,感性负载十分常见。为了尽可能减少损失,供电部门会要求电力用户必须尽可能减少无功消耗。而电力电容器对于感性负载有相反的影响,所以输入适当的容性无功功率,不仅可以提高功率因数,提升系统电压,而且能有效地减少系统电能损耗。所以,目前绝大多数用户都在使用电容器进行无功补偿。
ANSVC 低压无功功率补偿装置广泛应用于电力、汽车、冶金、铁道、石油、港口、轻工、机械制造、化工、造纸、纺织、煤炭、造船、通讯、建材、机场、大型场馆、高层建筑等场所配电系统中,特别适用于电焊机、气锤、注塑机、密炼机、中频炉、轧机、起重机、电梯、行车等特别需要无功补偿的场合。
8、应用案例
负载幅值和频率波动较小的场所。金ANSVC 低压无功功率补偿装置使用在无功需求大,
属冶炼行业负载主要为各类加热炉,十分适合ANSVC 低压无功功率补偿装置的运用。
山西某大型金属加工企业主要以熔炼碳钢、特种钢为主要业务。厂内使用了较大规模的中频感应加热炉。
经过现场考察,为客户配置了ANSVC-600-380/B的无功补偿装置,其补偿效果如下:
投入前
投入后
9、典型行业案例工矿企业
工矿企业中使用了大量的机械,加工中使用了各种加热炉都是会影响电网无功功率的重要因素,使用无功补偿后,提高了功率因数,保证了企业效益。机电设备
机电设备中使用了大量的电机、变压器以及感性设备,使用无功补偿能提高功率因数,减少了线路损耗,节约了成本。
房地产
居民小区中存在大量变频空调以及加热炉暖气设备,使用无功补偿设备能改善供电环境,提
高供电效率,降低了供电变压器及输送回路的损耗。
范文三:低压无功功率补偿装置毕业论文
中文摘要
本课题研究以低压电网无功补偿改造为背景,研究低压无功功率补偿装置,该装置以实时的电网监测数据为依据,采用动态补偿的方式,投切、分段时按国家有关规定限制涌流,补偿断电源功率因数不低于0.95,自动补偿电网中的无功损耗,提高功率因数,降低线损,从而提高电网的负载能力和供电质量。
装置采用PQC —100系列无功功率自动补偿控制器,取样物理量为无功电流,交流采样抗电网高次谐波干扰,提取基波电力参数控制投切电力电容器来提高功率因数。电容器接触器则采用
CJ19-63/21系列,该接触器带有抑制涌流装置,能有效的减少合闸涌流对电容的冲击和抑制开断时的过电压。
关键字:无功补偿,低压, 控制器,接触器,电力电容器
英文摘要
The research of the low voltage reactive power compensation transformation as the background, research for low voltage reactive power compensation device, the device to the real-time grid based on the monitoring data, the dynamic compensation method, switching, segmented according to relevant state regulations limit the inrush current, the compensation off power supply power factor of not less than 0.95, automatic compensation of power grid reactive power loss, improve power factor, reduce the line loss, thereby increasing the load of the power grid and power quality.
Device using PQC - 100series of reactive power automatic compensation controller, sampling the physical quantity for reactive current, AC sampling of power system harmonic interference, extracting the fundamental harmonic power parameter control switching power capacitor to improve the power factor. Capacitor contactor adopts CJ19-63/21 series, the contactor with inhibition of inrush current device, can effectively reduce the inrush current of capacitor and the impact of inhibition at breaking overvoltage.
Key words: reactive power compensation, low voltage, controller,contactor, electric power capacitor
目 录
中文摘要................................................................1
英文摘要................................................................2
目录....................................................................3
第1章 绪论.............................................................4
1.1 研究背景.......................................................4
1.2 无功补偿的发展状况.............................................5
1.3 本文的研究内容.................................................6
第2章 无功补偿的原理...................................................7
2.1 无功补偿的原理.................................................7
2.1.1 无功功率....................................................7
2.1.2功率因数....................................................7
2.1.3无功补偿....................................................7
2.2 无功补偿的作用..................................................8
2.2.1 提高电压质量................................................8
2.2.2 提高变压器的利用率,减少投资................................8
2.2.3 减少用户电费支出............................................9
2.2.4 提高电力网传输能力..........................................9
2.3低压电网中的几种无功补偿方式.....................................9
2.4补偿容量的计算..................................................10
2.5低压无功补偿装置的选择应注意的问题..............................12
2.5.1 控制器的选型................................................12
2.5.2电容器投切开关的选型.........................................13
2.5.3电容器的选型.................................................13
第3章 低压成套无功功率补偿装置的工艺...................................15
3.1 低压无功补偿装置的原理图........................................15
3.2 低压无功补偿装置的主要元器件....................................16
㈠ 工艺检验标准...................................................16
㈡ 元器件及其检测 ................................................18
总结....................................................................22
参考文献................................................................23
致谢....................................................................24
第1章 绪论
1.1 研究背景
目前,我国的电网,特别是广大的低压电网,普遍存在功率因数较低、电网线损较大的情况。导致此现象的主要原因是众多的感性负载用电设备设计落后,功率因数较低。比如我国的电动机消耗的电能占全部发电量的70%,而由于设计和使用等方面的原因我国电动机的功率因数往往较低,一般约为cos φ=0. 70。
在这种情况下,采用无功补偿节能技术,对提高电能质量和挖掘电网潜力是十分必要的,世界各国都把无功补偿作为电网规划的重要组成部分。从我国电网功率因数和补偿深度来看,我国与世界发达国家有不小差距。因此大力推广无功补偿技术是非常必要的,并且从以下数据,我们也能看出发展无功补偿所能带来的巨大经济效益。2007年 ,我国年总发电量为32559亿千瓦时,统计线损率为8.77%,但是这个数字没有包含相当大的110千伏、35千伏、10千伏的输电线损及0.38千伏的低压电网线损。据报道,估计实际的统计线损率约为15%,即2007年全国年线损量约为4800亿千瓦时。设全国的理论线损与统计线损相一致,其中可变线损约占理论总线损的80%,则年可变线损电量约为3900亿千瓦时。设当前全国电力网总负荷的当前功率因数cos φ=0. 85,采用无功功率补偿后,把电力网总负荷的功率因数提高到cos φ=0. 95,则每年可以降低线损约为390亿千瓦时,按0.5元每千瓦时计,价值约为185亿元。设2007年全国电网的最大负荷利用小时数为5000小时,则电网的最大负荷约为2亿千瓦,当用无功功率补偿法把功率因数cos φ=0. 85, 提高到cos φ=0. 95,全国电网需总补偿容量约为0.58亿千瓦。当前无功功率补偿装置设备主要为电力电容器,设无功补偿设备每千瓦的平均综合造价为50元,则全国无功补偿装置的总投资约为29亿元。应当指出,节省240亿千瓦时约相当于一座400万千瓦火电厂的年发电量,而建一座400万千瓦的火电厂需综合费用约为300亿元,同时每年需燃烧煤约为1200万吨,每年产生CO 2, SO 2等有害物质约为600万吨。由此可见,产生相同的电力,无功补偿的费用约为新建电厂费用10%,而且无功补偿设备的费用仅需两个月的无功功率补偿的将损节电费用即可全部收回。
综上所述 ,无功补偿不仅具有如上所述的节省投资、节省电力、节省燃煤及污染等作用,同时还可以提高电力系统设备的供电能力,改善电压质量,减少用户电费开支,延缓用户的增容改造等作用。
1.2 无功补偿的发展状况
国家在大力倡导建立节约型社会,从国家到地方已明确的下达了各种节能指标。节能、节电事业正在蓬勃的发展,这是一股强大的潮流。在所有电力节能产品中,首先要提到的就是无功补偿装置,这也是唯一在供电政策以及电力法中提到的节能措施。作为节能降耗的生力军,无功补偿装置在我国有着巨大的潜在市场。2009年,一系列的经济振兴计划给电力电子行业带来了很多机会,主要供方和用方两方面。供方主要是对用户的补贴上,另外,在这个政策的拉动下,企业也降低了成本压力。无功补偿装置在节能降耗领域,趋势是一直向好的。首先是企业降低成本的需求,另一个是外部环境的压力,地方政府的政绩和节能降耗的水平已经挂钩,国家和地方政府补贴能达到30%以上。近年来,国内无功补偿市场发展极其迅猛,产品的质量和数量都有了大幅度的提升,相当一部分优势企业已经开始问鼎国际市场并取得了不俗的业绩。随着电力工业的快速发展和技术进步,以及节能降损管理的加强等,引发了许多领域对无功补偿的需求。
2006-2008年市场对无功补偿装置的需求量达到240亿元左右;其中动态无功补偿装置的需求量三年分别达到1.07亿元、2.35亿元、4.88亿元。动态无功补偿设备的成长空间巨大,成长前景看好。2006-2008年,谐波治理设备市场需求规模分别为1.79亿元、4.48亿元和12.52亿元,此市场的成长空间很大,未来几年中国电能质量谐波治理设备市场仍将保持高速的增长,并有广阔的市场发展空间。2006-2009年,是国内电力滤波器和无功补偿装置的大力发展阶段,但受到金融危机的影响,国内对电网建设的投资增速减缓,因此国内谐波治理设备和无功补偿装置市场增速减缓。随着国内经济的逐步复苏,国内对电网建设的投资将逐步增长,2009-2012年谐波治理设备和动态无功补偿装置市场将保持高速而平稳的增长。预计到2012年,仅以动态消谐补偿综合电力成套设备市场需求规模来看,我国销售额将达到505亿元。2006-2012年的市场规模复合增长率为115%左右。
在“十二五”期间甚至更长的时间内,可以期待电力需求以10%左右的速度稳步增长。2008年我国共新增发电装机容量7943万千瓦,全国发电装机容量达79272万千瓦,同比增长10.34%。全国发电量增长5.18%,用电量增长5.23%。未来几年对电力的需求将稳定增长,年增长率在10%左右。
近20年来,世界各地(包括美国、法国、意大利、英国、俄罗斯、日本等国)发生的由电压稳定和电压崩溃引发的大面积停电事故引起了各国的高度重视。持续了短短72 小时的8.14 美加大停电给美国造成了巨大的经济损失和社会影响,这次事故提醒人们,电网运行要有足够的无功备用容量,无功不能靠远距离传输,在电力市场环境下,必须制定统一的法规以激励独立发电商和运营商从维护整个系统安全性的角度提供充足的无功备用。在我国也曾多次发生电压崩溃事故,如1993 年和1996 年南方电网的几次事故,这些事故都促使人们采取各种措施以维持电网稳定。
早期的无功补偿装置为并联电容器和同步补偿器,多用在系统的高压侧进行集中补偿。至今并联电容器仍是一种主要补偿方式,应用范围广泛,只是控制器在不断的更新发展。同步补偿器的实质是同步电机,当励磁电流发生改变时,电动机可随之平滑的改变输出无功电流的大小和方向,对电力系统的稳定运行有好处。但同步补偿器成本高,安装复杂,维护困难,使其推广使用受到限制。
随着近代电力电子技术的出现和发展,无功补偿技术也随之发展。在第一个工业用晶闸管出现之前,电子半导体由于功率过小,在直流传动,交流传动,电磁合闸,交流不间断电源和无功补偿等领域内一直没有得到应有的推广使用。晶闸管的出现标志着电力电子技术的诞生,并以此为起点,随着半导体制造技术和变流技术的发展,新型的电力电子器件不断问世,由此引发了众多行业的变
革,如交流变频调速技术的蓬勃发展。同样电力电子技术对无功补偿技术也带来了新的发展锲机。
无功补偿技术和电力电子技术的结合主要有以下三方面:
1.是作为投切电容器的开关。因为电力半导体开关的响应时间短(PS级) ,所以能够选择电容的投切角度,实现零电压投切,避免了涌流的产生,提高了电容器使用的可靠性和电力系统的稳定性。现代并联电容器补偿装置中的输出回路就引进了该项技术。
2.是作为无功输出的调节开关。由于电力电子器件的高开关频率,使其能够方便地控制电容器电流的导通角,从而实现无功的连续调节,快速跟踪负载无功的变化。静止型无功补偿器是其中的代表。
3.是引入电力电子变流技术,将变流器作为无功电源来调节无功的输入和输出,起到补偿负载无功的作用。经常用的是静止调相机和有源滤波器。
1.3 本文的研究内容
当前,在农网、城网改造建设中都需要无功补偿装置,无功补偿更广泛地应用于工矿、医疗、科研、企业、油田、煤矿、港口、居民小区、公用设施等需要低压无功快速补偿的电力用户。采用电力电容器进行无功补偿是节能降损、改善电网电压质量最方便、最经济有效的方法之一,这种方法安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小。
第2章 无功补偿的原理
2.1 无功补偿的原理
2.1.1 无功功率
电网中电力设备大多是根据电磁感应原理工作的,他们在能量转换过程中建立交变的磁场,在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等。电源能量在通过纯电感或纯电容电路时并没有能量消耗,仅在负荷与电源之间往复交换,在三相之间流动,由于这种交换功率不对外做功,因此称为无功功率。
2.1.2功率因数
实际供用电系统中的电力负荷并不是纯感性或纯容性的,是既有电感或电容、又有电阻的负载。这种负载的电压和电流的相量之间存在着一定的相位差,相位角的余弦cos φ称为功率因数,又称力率。它是有功功率与视在功率之比。
三相功率因数的计算公式为:
式中:cos φ—功率因数
P—有功功率,KW
Q—无功功率,Kvar
S—视在功率,KVA
功率因数通常分为自然功率因数、瞬时功率因数和加权平均功率因数三种。
在三相对称电路中,各相电压、电流为对称,功率因数也相同。那么三相电路总的功率因数就等于各相的功率因数。 P cos φ=
=S P P 2+Q 2
2.1.3 无功补偿
电力系统中,不但有功功率要平衡,无功功率也要平衡。
有功功率、无功功率、视在功率之间的相量关系如图一
由式cos φ=P/S可知,在一定的有功功率下,功率因数cos φ越小,所需的无功功率越大。为满足用电的要求,供电线路和变压器的容量就需要增加。这样,不仅要增加供电投资、降低设备利用率,也将增加线路损耗 。为了提高电网的经济运行效率,根据电网中的无功类型,人为的补偿容性无功或感性无功来抵消线路的无功功率。
2.2 无功补偿的作用
线损是电流在输变电设备和线路中流动产生的,因而它由线路损耗和变压器损耗两部分组成。按损耗的变化情况可划分为可变损耗和固定损耗。前者指当电流通过导体和变压器所产生的损耗,包括变压器的铜损和电力线路上的铜损,它与负荷率、电网电压等因素有关,约占电网总损耗的80%~85% 。后者指只要接通电源电力网就存在的损耗,包括变压器的铁损,电缆线路、电容器及其他电器上的介质损耗及各种计量仪表、互感器线圈上的铁损,它与电网运行电压和频率有关,占总损耗15%~20% 。
我国与发达国家相比,线损较大。发达国家的线损约为2%~3%,而我国在2006年的线损统计为
7.1%,所以线损的解决显得越来越重要。在用户或靠近用户的变电站装设自动投入的并联电容器,以平衡无功功率,限制无功功率在电网中传送,可减少电网的无功损耗,同时还可提高有功功率的输送量。
无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗、稳定电压和提高供电质量,在长距离输电中提高输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。安装并联电容器进行无功补偿,可限制无功功率在电网中的传输,相应减少了线路的电压损耗,提高了配电网的电压质量。
2.2.1 提高电压质量
把线路中电流分为有功电流Ia 和无功电流Ir ,则线路中的电压损失:
PR +QX l ?U =3?I a R +I r X l =3? U
式中: P—有功功率,KW
Q—无功功率,Kvar
U—额定电压,KV
R—线路总电阻,Ω
Xl—线路感抗,Ω
因此,提高功率因数后可减少线路上传输的无功功率Q ,若保持有功功率不变,而R 、Xl 均为定值,无功功率Q 越小,电压损失越小,从而提高了电压质量。 ()
2.2.2 提高变压器的利用率,减少投资
功率因数由cos φ1提高到cos φ2提高变压器利用率为:
?S -S 2cos Φ1? ??S %=1?100%= 1-?100% ? S 1cos Φ2??
由此可见,补偿后变压器的利用率比补偿前提高ΔS%,可以带更多的负荷,减少了输变电设备的投资。
2.2.3 减少用户电费支出
(1)可避免因功率因数低于规定值而受罚。
(2)可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,电费可相应降低。
2.2.4 提高电力网传输能力
有功功率与视在功率的关系式为:
P=Scosφ
可见,在传输一定有功功率的条件下,功率因数越高,需要电网传输的功率越小。
无功补偿的作用和原理可由图2 来解释:
设电感性负荷需要从电源吸取的无功功率为Q ,装设无功补偿装置后,补偿无功功率为Q C ,使电源输出的无功功率减少为Q '=Q -Q C ,功率因数由cos ?提高到cos ?',视在功率S 减少到S '。
图2 无功补偿原理示意图
2.3 低压电网中的几种无功补偿方式
广大市电低压电网处于电网的最末端,因此补偿低压无功负荷是电网补偿的关键。搞好低压补偿,不但可以减轻上一级电网补偿的压力,而且可以提高用户配电变压器的利用率,改善用户功率因数和电压质量,并有效降低电能损失。低压补偿对用户及供电部门都有利。
低压无功补偿的目标是实现无功的就地平衡,通常采用地方式有三种: 随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。
随机补偿就是将低压电容器组与电动机并联,通过控制、保护装置与电机共同投切。随机补偿地优点是:用电设备运行时,无功补偿投入,用电设备停止运补偿装置也退出,不需要频繁调整补偿容量。且具有投资少,配置灵活,维修简单等优点。为防止电机推出时产生自激过电压,补偿容量一般不大于电机的空载无功。
随器补偿是指将低压电容器通过低压保险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。有很多的低压配电网中的变压器,尤其是农网配电变压器,普遍存在负荷轻的现象。在负荷时接近空载,此时配电变压器的空载无功是电网无功负荷的主要部分。随器补偿由于补在低压侧,可有效地补偿配变空载无功, 且连线简单, 做到无功地就地补偿。
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大用户0.4kV 母线上的补偿方式。补偿电容器组的固定连接可起到相当于随器补偿的作用,补偿用户的固定无功基荷;可投电容器组用于补偿无功峰荷部分。由于用户负荷有一定的波动性,故推荐选用自动投切方式。此法对电容器的保护比前二种要更可靠。
上述三种补偿方式均可对特定种类无功负荷实现“就地平衡”的无功补偿,降损节能效果好。
2.4 补偿容量的计算
无功功率的传输加重了电网负荷,使电网损耗增加,系统电压下降。故需对其进行就近和就地补偿。并联电容器可补偿或平衡电气设备的感性无功功率。当容性无功功率QC 等于感性无功功率QL 时,电网只传输有功功率P 。根据国家有关规定,高压用户的功率因数应达到0.9以上,低压用户的功率因数应达到0.85以上。
如果选择电容器功率为Qc ,则功率因数为:
cosf= P/ (P2 + (Ql- Qc)2)1/2
在实际工程中首先应根据负荷情况和供电部门的要求确定补偿后所需达到的功率因数值,然后再计算电容器的安装容量:
Qc = P(tanf1 - tanf2)=P〔(1/cos2f1-1)1/2-(1/cos2f2-1)1/2〕 式中:
Qc一电容器的安装容量,kvar
P一系统的有功功率,kW
tanf1--补偿前的功率因数角, cosf1--补偿前的功率因数
tanf2--补偿后的功率因数角, cosf2--补偿后的功率因数
功率因数与补偿容量查询表
2.5低压无功补偿装置的选择应注意的问题
无功功率补偿装置在电子供电系统中所承担的作用是提高电网的功率因数,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。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,可以做到最大限度的减少网络的损耗,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。
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。
2.5.1 控制器的选型
无功功率补偿控制器,即无功补偿装置的指挥系统,它首先要对电网的电压、电流量进行采集,通过中央处理器的快速运算,得到电网的有功功率、无功功率、无功电流、功率因数等参数,经计算再根据参数设定值发出投切指令,控制投切开关的动作,从而控制电容器组的投切。同时采样方式的选择、参数的设定、装置器件的保护等均通过控制器来实现。无功补偿控制器的种类很多,有些只能进行一般的控制,不能存储数据和通信,从而不能很好地了解装置的投运情况,如投切前的数据和投切后的数据、电容的投切情况等,JKWD 型无功控制器除具有无功补偿功能以及过压、过流、失压、断相、过热保护功能外,还具有测量、查询、数据存储、通信等功能,而且还配套数据分析管理软件。
为保证无功补偿控制器正常地进行控制、测量、存储、通信和保护,必须注意以下几点:①装置时钟必须正确。②采样TV 变比的正确性。③通信波特率的正确性。④投切条件的限值设置的正确性。⑤保护条件的限值设置的正确性。控制器是无功补偿装置的核心元件,已经历了十几代产品,目前几乎每一代产品在市场上都有销售。早期的产品只采集一相电流,以功率因数为判据,在负荷较轻时,会造成电容器投切开关的振荡和频繁投切,致使电容器投切开关在短期内损坏。当三相负荷不平衡时,又会造成欠补偿或过补偿现象,不能真正达到节能与稳定电压质量的目的&过补偿时,甚至会对电网安全运行造成不良影响。
近两年来,采集三相电压、电流,分相分级采用综合判据来控制投切的控制器开始陆续推向市场,且增加了配电监测功能、该产品设计出发点较好,但大多制造厂家仅仅重视了配电监测的功能,忽视了该产品控制电容器投切这一核心功能&控制产品与检测显示仪表的设计思想与技术侧重点是
有根本区别的。控制产品非常重视产品的抗电磁干扰性能,以及在极端环境中工作控制性能的稳定性&而检测显示仪表则讲究体积精巧、外观漂亮、成本低。同类产品大部分因体积太小,散热效果不好,以致于高温季节烧毁控制器的现象时有发生。由于市场的无序竞争,致使产品在设计中为了降低造价,不得不以降低产品的抗电磁干扰性能为代价,采用塑料外壳,使用商业级元件,甚至有些制造厂降低技术标准,割舍一些必要的后备保护功能。电子产品制造过程中元件老化筛选、工艺处理以及成品高温状态通电老化是非常专业的,要求非常严格,一些非正规的厂家根本就没有做这方面的工作。如果这些偷工减料的劣质产品在电网中运行,将会带来严重的后果&无功补偿控制器是无功补偿装置的核心元件,无功补偿装置能不能正常工作,补偿效果如何,与控制器的内在质量关系很大,选型时应首先考虑控制器产品的特点,将可靠性放在第一位,在满足控制可靠性前提下再选外观、价格,否则将得不偿失。
2.5.2电容器投切开关的选型
投切开关是低压无功补偿装置中最容易损坏的关键元器件,投切开关目前有三代产品,分别是交流接触器、晶闸管和复合开关。其中,交流接触器存在投切产生涌流和频繁投切容易烧坏触头的缺点,但其长期运行不发热;晶闸管存在投切产生谐波和长期运行发热烧坏的缺点,但其投切无浪涌且响应速度快;复合开关基本工作原理是将晶闸管与接触器并接,使复合开关在接通和断开的瞬间具有晶闸管过零投切的优点,而在正常接通期间又具有接触器无功耗的优点,同时可扩展很多的保护功能。所以选用复合开关是以后发展的主要趋势,DPFK 型智能低压复合开关具有过零投切功能、电压故障缺相保护、电源电压缺相保护、自诊断故障保护、空载保护、停电保护、无谐波注入、功耗小等特点。要保证复合开关长期、可靠的运行,选用时必须注意以下几点:①复合开关的额定电流必须与投切的电容的额定电流匹配。②复合开关的接线端子过流要满足额定电流。③复合开关的端子的接线必须牢固可靠。电容器投切开关是无功补偿的另一个重要器件,早期多采用接触器,在投入过程中涌流大,严重时,会发生触头熔焊现象。投切过程中有电弧,存在触头烧蚀现象,加上控制器质量不好,会产生投切振荡,更加快了接触器损坏的速度&近些年来,一些制造厂开始用可控硅作为电容器投切开关。可控硅可以在电压过零时投入,电流过零时切除,涌流小,无电弧。但其存在两个问题(一是可控硅运行中自身发热,尤其是户外运行的补偿装置,很难在夏季炎热天气中正常运行,节能效果也不好) 另外一个问题是,可控硅在电压非过零时误触发,可控硅电流上升率过大也会使其损坏。事实证明,单独用可控硅作为投切电容器的开关是不太理想的。
具体投切开关的选型要针对所设计的补偿装置,只有这样才能最大发挥所选投切开关的性能。如果电网电压波动不大,负载较平稳,动态补偿要求不太高不需要快速反应,则选择接触器投切便可。对于投切开关的涌流保护则加电抗器便可。
2.5.3电容器的选型
补偿装置要长期、可靠运行,必须选用质量良好的电容器,电容器接入电力系统中使用,总是在满载荷下运行,仅在电压或频率波动时,载荷才有变动。 在运行中如果电压、电流和温度超过了
规定的限度,就会缩短电容器的寿命;同时选用时还要考虑电容器的体积、重量等。电容器在正常运行中,必须注意以下几点:①采用的投切开关的额定电流必须与电容的额定电流匹配。②电容器与投切开关的连接线必须满足额定电流的需要。③固定在电容器上的连接线必须可靠牢固的连接。低压无功补偿装置中已基本淘汰了油浸式电容器,被干式电容器所代替。三角形接法的电容器投切过程中因存在过电压冲击,损坏击穿的概率较高,冲击过电压对于具有可控硅器件的复合开关来讲,也具有较大的影响。所以最好采用星形接法的电容器,这种具有零线引出抽头的电容器,可将电容器电压限制在相电压范围之内。如果控制器及投切开关配合,再将谐波涌流限制好,电容器的使用寿命会大大延长。
低压无功自动补偿装置及其元件制造厂家非常多,各种层次的产品质量相差甚远,成本差别极大。无功补偿装置选好了,使用寿命很长,确实能起到节能、稳定电压质量的目的,既有明显的经济效益,又有很好的社会效益。如果选型不好,监管不严,会危及电网的安全运行、所以,低压无功补偿装置要统一规划,统一标准,加强监管,强调实用性,兼顾长远发展,除了节能降耗外,还要为用电管理,配网自动化建设打好基础,确实让无功补偿装置发挥更好的作用。
针对本文所要选择的自愈式电容器,其具有绝缘自复机能,且采用耐电压及诱电性良好之金属化塑料腊(MPP)为介质,如发生 介质破坏时,此破坏点周围的金属化电极在瞬间即被挥发消失掉,而立即恢复绝缘,使电容器必得正常并继续运转,达到绝缘自复机能。当线路或个体电容器发生异常时,附装保护装置将会立即动作,自动切离电源,以防止二次灾害的发生。附装放电电阻,可确保用电及维护保养之安全。
第3章 低压成套无功功率补偿装置的工艺
3.1低压无功补偿装置的原理图
1HR
2HR
12HR
图3.1 低压无功补偿装置原理图
如图3.1所示为低压无功补偿原理图。主要由控制器、接触器、熔断器、电抗电容器等组成。装置本身产生的容性无功电流实时、快速、准确地抵消电网中的感性无功电流,从而提高了功率因数,保证了用电质量,提高了供电设备的供电能力,并减小了电路中的损耗。
装置取A 相电流Ia 和A 、N 间的相间电压为检测信号,采集到电压电流信号后,检测出电网电压和无功功率的大小,送至处理器,通过程序计算出无功补偿量,然后发出电容器投切控制信号,自动完成无功补偿。
本装置补偿容量由12路30kVar 容量的电容器组成。采用了根据无功功率和电网电压大小的综合控制策略,有自动投切电容器组的补偿装置的控制回路。本系统选择了优先满足电压的原则, 即先根据电网电压值的高低来决定是否投切电容器, 在电压合格的范围内再根据无功功率的大小来控制电容器的投切。这时, 在电压变化很大的特殊情况下, 电容器仍然能够适当动作以保持合格的电压; 在电压合格的范围内, 电容器又能根据无功功率大小进行合适的补偿。这样一来, 在电压与无功功率的相互配合下, 补偿器既能进行无功功率的平衡, 又能反映电压的频繁变化, 大大提高了控制的可靠性和灵活性。同时, 在电压上下限附近设置了回差区间。当电压超限又立即跳至回差区间时电容器不会动作, 这样有效地防止了投切振荡。其中无功功率控制是指根据测得的电压、电流和功率因数等参数,计算出应该投入的电容容量,然后在电容组合方式中选出一种最接近但又不会过补偿的组合方式,电容器投切一次到位。如果计算值小于最小一组电容器的容量(下限值) ,则应保持补偿状态不变。只有当所需容量大于或等于下限值时,才执行相应的投切。
本装置中设置的电灯主要用于在电容断开时消耗电容中的电流,为放电指示灯。FV 为避雷装置。并设计出了低压无功补偿器的电容器和电抗器。
3.2低压无功补偿装置的主要元器件
㈠ 工艺检验标准
1. 电气间隙和爬电距离
2. 绝缘电阻测试
① 对主电路各相与地之间、主电路各相之间测试; ② 绝缘电阻值每处应在1000Ω/V以上。
3. 设备中主电路和主电路直接连接的辅助电路的绝缘应保证在下表所列条件下,承受 交流正弦波50Hz 试验电压(有效值)施加1s 而无击穿或闪烁现象。
V
设备中不与主电路直接连接的辅助电路应能承受下表中规定的交流正弦波50Hz 试验电压施加1s 而无击穿或闪络现象。
V
4. 紧固件连接扭矩值
毕业设计用纸
㈡ 元器件及其检测(单位:mm )
1. 测量互感器、电流互感器
检验内容及要求
(1)直观检查:①根据元器件明细表核对名称型号规格标识合格证等是否符合要求。
②检查铭牌是否清晰无缺字、接线端钮是否完整无缺料、变比标示是否正确等。 ③用卡尺测量外形尺寸是否符合规定要求。
(2)绝缘电阻的测定:可用兆欧表测量各绕组之间和绕组对地的绝缘绝电阻。凡用 500伏兆欧表测量电流互感器一次绕组对二次绕组及二次绕组对地间的绝缘电阻小于5M Ω者,不予检定。 (3)工频电压试验:工频电压试验包括工频耐压试验和匝间绝缘强度试验。进行工频电压试验时,必须严格遵守安全工作规程。
(4)绕组极性检查:直流法或交流法直接检查绕组的极性。极性应减极性。
(5)退磁:在一次(或二次)绕组中选择其匝数较少的一个绕组通以10%的额定一次(或二次)电流,在其他绕组均开路的情况下,平稳、缓慢地将电流降至零。退磁过程中应监视解于最多绕组两端的峰值电压表,当指示超过2600伏时,则应在较小的电流下进行退磁。
(6)误差的测量:把一次绕组的L1端和二次绕组的K1端定义为相对的同名测量端,将标准器和被检电流互感器的一次绕组的同名测量端连接在一起,并将升流器输出端政的一端接地或通过对称支路(或其它方法)间接接地,相应二次绕组的同名测量端也联结在一起,并使其等于或接近于地电位,但不能直接接地。
2. 带剩余电流动作保护断路器
检验内容及要求:
(1)直观检验:①根据元器件明细表核对名称型号规格标识合格证等是否符合要求。
②保护器壳体、电源插头应塑化良好,应无缺料、破损、流纹、杂质、溢料、飞边、划痕等现象,极间不得有异物。插头的防水护套应无破裂,脱落现象。剩余电流保护器应有可靠的表面闭合位置和断开位置的指示(包括文字、指示灯)。 ③用卡尺测量外形尺寸是否符合规定要求。
(2)耐燃性能:保护器壳体采用耐燃ABS 材料,其绝缘部件应具有耐燃性,燃烧速率不应大于40mm/min。剩余电流保护插头应能承受850℃,30s 的灼热丝试验。 (3)保护器操作机构动作灵敏:
a) 在0.85倍额定电压下操作试验装置25次,每两次试验之间的间隔约为1s 。保护器每次均应能可靠工作。
b) 在1.1倍额定电压下重复a) 的试验,每次试验保护器均应可靠动作。 c) 在1.1倍额定电压下操作试验装置一次,但试验装置的按钮保持 在闭合位置30s ,保护器应能可靠动作,任何零部件(包括元器件)不能发生损坏。
(4)触点电阻:使用毫欧计测量,保护器的触点接触电阻应小于50m Ω,经寿命试验后其触点接触
电阻应小于100m Ω。
(5)湿热后绝缘电阻、工频耐压:经48h 的湿热试验后,保护器的绝缘电阻不低于100M Ω。其工频耐压试验值应符合GB 6829中8.7.3的要求。
3. 电容器
检验内容及要求:
(1)直观检查:①外壳无明显变形、划痕和污垢、封口严密,无气孔和凹凸面。
②表面丝印有容量及允差,额定电压及频率,工作温度范围,厂家商标和生产日期,
安全认证标志及等级。标示正确、清晰、牢固。
③电容的外壳尺寸、安装耳的位置和安装孔的孔径以及安装耳的厚度等符合图纸要
求。
(2)主要电参数测试:
①密封性能:将电容器放置于最易显露渗漏的位置,在温度比最高允许电容器运行温度高10±2℃的环境下,持续足以使电容器各个部位均达到该温度所需的时间,在冷却之前,电容器应在此温度下再保持1h ,试验后电容器应无液体渗漏和外壳变形,允许有液体湿润表面,但不可有滴漏。
②电阻值测试:将万用表根据电容器的规格选择量程,然后用两表笔任意接电容的两个引脚,阻值应为无穷大。若测出阻值为0,则说明电容漏电或内部击穿。
③电气强度:引出线间的耐压应承受2Un,fn 的交流电压60s 不发生闪络式永久性击穿。引出线与外壳间的耐压承受2Un+1KV(但不小于2KV )的交流电压60s 不发生闪络式永久性击穿。
3. 复合开关
检验内容及要求
(1)直观检验:①根据元器件明细表核对名称型号规格标识合格证等是否符合要求。
②用卡尺测量外形尺寸是否符合要求。
(2)主要电参数检测:
①绝缘强度检验:在正常试验的大气条件下,装置的输入电源端子和输出端子外壳 之间、控制端子和输出端子与外壳之间应能承受2500V/50HZ交流电压,历时5S 绝缘强度试验。试验时不得出现击穿、闪络及电压突然下降等现象。
②功能检测:1) 涌流试验原则:其它支路电流应不小于试验支路的7倍。随机投入实验应不少于20次,或峰值时不少于3次。
2)动态响应时间应不大于1S 。
4. 低压无功功率自动补偿控制器
(1)直观检验:①控制器外壳应有足够的机械强度,以承受使用或搬用过程中遇到的机械力。
②控制器中使用的金属紧固件或金属支持件均应有适当的镀层。镀层应有牢固的
附着力,不得有起皮或脱落现象。
③控制器采用的紧固件和调整件均应有锁紧措施,以保证在正常使用条件下不会
因振荡而松动或移位。 (2)主要电气性能检测:
①介电强度试验:(电源端子与外壳之间、输出电路端子与外壳之间)试验电压应为实际正弦波,频率允许在45-62HZ 之间。试验变压器应有足够的容量,以维持试验电压不受泄漏电流的影响。首先按规定试验电压的30%-50%施加在试验部位,随后在10-30s 时间内把试验电压平稳的升到规定值,并保持1min ,然后把试验电压逐渐下降为零。
②连续运行试验:试验在温室条件下运行,应把延时时间调至最短,运行时间应不少于24h ,试验中控制器的动作及功能应正确无误。
③高低温储存试验:先将控制器置于温度为+70±3℃的高温箱中连续存放24h ,然后取出置于试验室内的环境温度下恢复,待控制器恢复到室温后测试其功率因数(±20%)、无功电流(±20%)及无功功率(±2.5%)。
总结
本文从设计低压无功补偿装置出发,研究了国内电力无功补偿设备的发展状况,对常规的接触器投切电容器组的无功补偿设备进行了详细的研究,该装置能够基于电网的实时电压和无功功率控制对用户需要的无功功率进行及时、稳定的就地补偿。
本文首先对目前接触器投切电容器装置的发展现状作了较为详细的介绍,并分析了接触器投切电容器装置的基本原理和控制原则。控制方式采用电压无功复合投切判据,将电压和无功功率作为控制变量. 以无功功率判据为主,电压判据为辅,有效地克服了以功率因数作为投切判据的控制方式的主要缺陷,同时又兼顾了降低功率损耗和改善电压质量而且在以功率因数作为投切判据的控制方式中,由于电容器需采用等分方式, 要想达到较高的补偿精度, 就需要增加电容器和投切开关的数量,这就增加了装置的成本,同时电容器采用试投切的方式,降低到了装置的响应速度:以无功功率作为主要投切判据的控制方式由于能够实现电容器的不等分分组,用较少的电容器和投切开关就能达到较高的补偿精度,降低了装置的成本,同时电容器可一次投切到位,提高了装置的响应速度. 但是与以功率因数作为投切判据的控制方式相比,本文所采用的以无功功率作为主要判据的控制方式控制比较复杂,另一方面实验装置控制方案是在假定三相平衡的条件下进行控制的. 在电网三相不平衡时补偿效果不理想. 理论分析和实验数据表明, 本课题中的无功补偿装置控制合理,硬件结构简单,能够实现无功的快速动态补偿,且成本较低. 在配电网中将具有广阔的应用前景。
参考文献
GB7251.1-2005《低压成套开关设备和控制设备第一部分:型式试验和部分型式 试验成套开关设备》 GB/T15576-2008《低压成套无功功率补偿装置》
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[7] 叶斌. 电力电子应用技术及装置[M].北京:中国铁道出版社.1999 [8] 王兆安. 谐波抑制和无功功率补偿 [M]. 北京:机械工业出版社,1998 [9] 陈坚. 电力电子学 [M].北京:高等教育出版社.2001.1
[10] 许业清 . 实用无功功率补偿技术[M].北京: 中国科学技术大学出版社,1998
[11] 崔国纬等.TCR 动态无功补偿原理及滤波器参数的计算[J].包头钢铁学院学报.1998.17(4).
1994
:
2004:56~89.
致谢
本文是在吴正明老师的精心指导和大力支持下完成的。吴正明老师以其严谨求实的治学态度、
高度的敬业精神、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。我从他里不仅学到了专业知识,还学到了分析问题、解决问题的思考方法,以及忘我的敬业精神。
另外,在论文的完成过程中,还得到了纪亚运等同学的帮助,在平时学习和课题完成过程中,再一次感谢帮助过我的老师和同学!
得到了他们各种形式的帮助,解决疑难问题、给我提供相关的资料,在这里对他们表示真诚的感谢。
范文四:如何选择低压无功功率补偿装置
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无功功率补偿装置在电子供电系统中所承担的作用是提高电网的功率因数,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。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,可以做到最大限度的减少网络的损耗,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。
一、按投切方式分类:
1.?延时投切方式
延时投切方式即人们熟称的"静态"补偿方式。这种投切依靠于传统的接触器的动作,当然用于投切电容的接触器专用的,它具有抑制电容的涌流作用,延时投切的目的在于防止接触器过于频繁的动作时,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。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,如过量的补偿装置的控制器,这是电网的电流超前于电压的一个角度,即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<><>
2.?瞬时投切方式
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。现在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。
动态补偿的线路方式
(1)LC串接法原理如图1所示
这种方式采用电感与电容的串联接法,调节电抗以达到补偿无功损耗的目的。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,这项技术到目前来说还没有被广泛采用或使用者很少。
(2)采用电力半导体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,这样才能达到最佳的补偿效果。
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人线路运行。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。
元器件可以选单项晶闸管反并联或是双向晶闸管,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。
3.混合投切方式
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,目前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,可以解决由于线路三相不平行造成的损失。
4.?在无功功率补偿装置的应用方面,选择那一种补偿方式,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。
二、无功功率补偿控制器
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。
1.功率因数型控制器
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最终目标。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。
2.?无功功率(无功电流)型控制器
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,使补偿效果达到最佳的状态。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。
3.?用于动态补偿的控制器
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。
目前,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,相应的国家标准也尚未见到,这方面落后于发展。
三、滤波补偿系统
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。电容器组与线路串联谐振,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。最好的解决方法就是在电容器组串接电抗器来组成谐波滤波器。滤波器的设计要使在工频情况下呈容性,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。增加电抗器后,要考虑电容端电压升高的问题。
滤波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、十一次或高通滤波器可以在补偿无功功率的同时,对系统中的谐波进行消除。
范文五:如何选择低压无功功率补偿装置控制器
如何选择低压无功功率补偿装置控制器
无功功率补偿装臵在电子供电系统中所承担的作用是提高电网的功率因数~
提高供电效率~改善供电环境。所以无功功降低供电变压器及输送线路的损耗~
率补偿装臵在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位臵。合理的选择补偿装臵~可以做到最大限度的减少网络的损耗~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。 一、按投切方式分类:
1. 延时投切方式
延时投切方式即人们熟称的"静态"补偿方式。这种投切依靠于传统的接触器的动作~当然用于投切电容的接触器专用的~它具有抑制电容的涌流作用~延时投切的目的在于防止接触器过于频繁的动作时~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。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~如过量的补偿装臵的控制器~这是电网的电流超前于电压的一个角度~即功率因数超前或滞后是指电流与电压的相位关系。通过补偿装臵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<><0.98,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~而这套补偿装臵有十路电容器组~那么全部投入的时间就为30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。>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~而这套补偿装臵有十路电容器组~那么全部投入的时间就为30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。>
2. 瞬时投切方式
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臵有着广泛的应用前景。现在很多开关行业厂都试图生产、制造这
类装臵且有的生产厂已经生产出很不错的装臵。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。
动态补偿的线路方式
(1)LC串接法原理如图1所示
这种方式采用电感与电容的串联接法~调节电抗以达到补偿无功损耗的目的。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臵了。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~这项技术到目前来说还没有被广泛采用或使用者很少。
(2)采用电力半导体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。
作为补偿装臵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~这样才能达到最佳的补偿效果。
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人线路运行。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。
元器件可以选单项晶闸管反并联或是双向晶闸管~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。
3.混合投切方式
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~目前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。补偿装臵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~可以解决由于线路三相不平行造成的损失。
4. 在无功功率补偿装臵的应用方面~选择那一种补偿方式~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臵。对于一些特殊的工作环境就要慎重选择补偿方式~尤其线路中含有瞬变高电压、大电流冲击的场合是不能采用动态补偿的。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~动态补偿装臵能完成这个过程。如果线路中没有出现这么一段相对的稳态过程并能量又有较大的变化~我们把它称为瞬变或闪变~采用动态补偿就要出问题并可能引发事故。
二、无功功率补偿控制器
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臵的指挥系统~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。
1.功率因数型控制器
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最终目标。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
* 显示设臵、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。
2. 无功功率,无功电流,型控制器
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~并能对补偿装臵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~也就将补偿装臵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~使补偿效果达到最佳的状态。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。
3. 用于动态补偿的控制器
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。
目前~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~相应的国家标准也尚未见到~这方面落后于发展。
三、滤波补偿系统
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臵放大。电容器组与线路串联谐振~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臵是不可使用的。最好的解决方法就是在电容器组串接电抗器来组成谐波滤波器。滤波器的设计要使在工频情况下呈容性~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。增加电抗器后~要考虑电容端电压升高的问题。
滤波补偿装臵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~不能认为装臵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、十一次或高通滤波器可以在补偿无功功率的同时~对系统中的谐波进行消除。
电力系统电压与无功补偿
现代生产和现代生活离不开电力。电力部门不仅要满足用户对电力数量不断增长的需要,而且也要满足对电能质量上的要求。所谓电能质量,主要是指所提供电能的电压、频率和波形是否合格,在合格的电能下工作,用电设备性能最好、效率最高,电压质量是电能质量的一个重要方面,同时,电压质量的高低对电网稳定、经济运行也起着至关重要的作用。
1. 电压与无功补偿
电压顾名思义就是电(力)的压力。在电压的作用下电能从电源端传输到用户端,驱动用电设备工作。 交流电力系统需要电源供给两部分能量,一部分将用于作功而被消耗掉,这部分电能将转换为机械能、光能、热能或化学能,我们称为“有功功率”。另一部分能量是用来建立磁场,用于交换能量使用的,对于外部电路它并没有作功,由电能转换为磁能,再由磁能转换为电能,周而复始,并没有消耗,这部分能量我们称为“无功功率”,无功是相对于有功而言,不能说无功是无用之功,没有这部分功率,就不能建立感应磁场,电动机、变压器等设备就不能运转。在电力系统中,除了负荷无功功率外,变压器和线路的电抗上也需要大量无功功率。
国际电工委员会给出的无功功率的定义是:电压与无功电流的乘积为无功功率。其物理意义是:电路中电感元件与电容元件活动所需要的功率交换称为无功功率。
电容和电感并联接在同一电路时,当电感吸收能量时,正好电容释放能量;电感放出能量时,电容正好吸收能量。能量就在它们中间互相交换。即电感性负荷所需的无功功率,可以由电容器的无功输出得到补偿,因此我们把具有电容性的装置称为“无功补偿装置”。
电力系统常用的无功补偿装置主要是电力电容器和同步调相机。
若电力负荷的视在功率为S,有功功率为P,无功功率为Q,有功功率、无功功率和视在功率之间的关系可以用一个直角三角形来表示,以有功功率和无功功率各为直角边,以视在功率为斜边构成直角三角形,有
功功率与视在功率的夹角称为功率因数角。有功功率与视在功率的比值,我们称为功率因数,用cosf表示,cosf = P/S。它表明了电力负荷的性质。
P = UIcosf
Q = UIsinf
S = (P2 + Q2)1/2 = UI
有功功率的常用单位为千瓦(kW),无功功率为千乏(kvar),视在功率的单位为千伏安(kVA)。 无功功率按电路的性质有正有负,Q为正值时表示吸收无功功率,Q为负值时表示发出无功功率,在感性电路中,电流滞后于电压,f , 0,Q为正值。而在容性电路中,电流超前于电压,f < 0,q为负值。="" 这就是人们通常称电动机等设备“吸收”无功而电容器发出“无功”的道理。="">
2. 电压水平与无功功率补偿
当输电线路或变压器传输功率时,电流将在线路或变压器阻抗上产生电压损耗,下面以一条输电线路为例来分析这个问题。一段输电线路的单相等值电路,其中R、X分别为一相的电阻和等值电抗,U1、U2为首未端相电压,I为线路中流过的相电流。
为了说明问题,以线路末端电压U2为参考轴,设线路电流I为正常的阻感性负荷电流,它滞后于U2一个角度f,电流流过线路电阻产生一个电压降IR,它与电流向量同方向,同时,线路电流也在线路上产生一个电压降IX,它超前于电流向量90度,U1就是U2、IR、IX三个电压的和。
线路的电压损耗DU为电压DU1和DU2之和,U1 = IRcosf,DU2 = IXsinf,所以线路的电压损耗为DU = DU1 + DU2 = I(Rcosf + Xsinf),如果电流I用线路末端的单相功率S和电压U2来表示,即 P = U2Icosf, Q = U2Isinf
则可得:
DU = (PR + QX)/U2
由此可见,电压损耗由两部分组成,即有功功率在电阻上的压降和无功功率在电抗上的压降。 一般说来,在超高压电网的线路、变压器的等值电路中,电抗的数值比电阻大得多。所以无功功率对电压损耗的影响很大,而有功功率对电压损耗的影响则要小得多。因此,可以得出结论,在电力系统中,无功功率是造成电压损耗的主要因素。
从前面的分析我们知道,当线路、变压器传输功率时,会产生电压损耗,因而影响了电网各处电压的高低。如果能改变线路、变压器等电网元件上的电压损耗,也就改变了电网各节点的电压状况。 由电压损耗表达式DU = (PR + QX)/U可知,要改变电压损耗有两种办法。
(1)改变元件的电阻;(2)改变元件的电抗,都能起到改变电压损耗的作用。
可采取的一种办法是增大导线截面减小电阻以减小电压损耗,这种办法在负荷功率因数较高、原有导线截面偏小的配电线路中比较有效。适宜负荷不断增加的农村地区采用。
而电网中用的最多的办法是减少线路中的电抗,在超高压输电线路中广泛采用的分裂导线就可以明显降低线路的电抗。在我国,220kV线路一般采用二分裂、500kV线路采用四分裂导线。采用分裂导线,降低线路电抗,不仅仅减少了电压损耗,而且有利于电力系统的稳定性,能提高线路的输电能力。现在已逐步采用的紧凑型结构输电线路,还可以进一步降低输电线路的电抗,不仅提高了电网的稳定性,同时,也降低了线路的电压损耗。
减小线路电抗的另一种办法是采用串联电容补偿,就是在线路中串联一定数值的电容器,大家知道,同一电流流过串联的电感、电容时,电感电压与电容电压在相位上正好差180度.采用串联电容补偿其主要目的也是增加线路的输电能力,提高电网的稳定性,同时,也降低了线路电压损耗。 串联电容器补偿,现在主要应用于超高压、大容量的输电线路上,山西大同到北京的500kV输电线路全长300多km,在加装了串联电容补偿后电网线损降低,电压质量改善,电网运行的稳定性得到加强,而且输电能力提高了30%以上。
为了更直观的说明改变电抗对降低电路电压损耗的作用,我们举一个简单的例子: 有一110kV线路,输送有功功率15MW,无功功率20Mvar,线路电阻R为2W,线路电抗XL为6W(这里只是假设的数值,因线路的电抗和线路的长度、截面、材料,结构等诸多因素有关,计算比较复杂)
求:在电抗XL = 6W和经补偿后电抗XL = 2W时的压降。
解:XL = 6W时电压损耗:
DU = (PR + QXL)/U = (15×106×2 + 20×106×6)/(110×103×31/2) = 788(V) XL = 2W时电压损耗:
DU = (PR + QXL)/U = (15×106×2 + 20×106×2)/(110×103×31/2) = 368(V) 减少电压损耗 = 788V - 368V = 420V。
降低电抗后对提高电压的作用显而易见。
除了用改变电力网参数来减少电压损耗以外,改变电压损耗的另一个重要方面是改变电网元件中传输的功率。即改变表达式中的P和Q的大小,在满足负荷有功功率的前提下,要改变供电线路、变压器传输的有功功率,是比较困难的,常常是不可能的。因此,改变线路、变压器传输功率都是改变其无功功率,使表达式中的Q减少。由此我们引出无功功率的几个非常重要的关键的概念。
2.1 无功功率补偿概念
当今电厂受水、环保等多方面的制约,它的位置越来越远离负荷中心,即使建在靠近负荷点,由于单机容量越来越大,发电机的额定功率因数也越来越高,这样,电网实际接受的无功功率就越来越少,单靠发电机发出的无功功率远远不能满足电网对无功功率的需要,必须配置各种无功功率补偿装置。 例如:目前北京地区有功负荷的2/3电力要从山西、内蒙、河北等地远距离用超高压500kV线路送来,为了能接受到这么多的有功功率,必须在北京地区负荷中心装设相应数量的无功功率补偿电力设施(一般为1kW的有功电力配1kvar的无功电力补偿设施)。
2.2 无功功率就地补偿的概念
无功补偿装置的分布,首先要考虑调压的要求,满足电网电压质量指标。同时,也要避免无功功率在电网内的长距离传输,减少电网的电压损耗和功率损耗。无功功率补偿的原则是做到无功功率分层分区平衡,
就是要做到哪里有无功负荷就在那里安装无功补偿装置。这既是经济上的需要,也是无功电力特征所必需的,如果不这样做,就达不到最佳补偿的目的,解决不了无功电力就地平衡的问题。 2.3 无功功率平衡的概念
如同有功功率平衡一样,电力系统的无功功率在每一刻也必须保持平衡。
在电力系统中,频率与有功功率是一对统一体,当有功负荷与有功电源出力相平衡时,频率就正常,达到额定值50Hz,而当有功负荷大于有功出力时,频率就下降,反之,频率就会上升。电压与无功功率也和频率与有功功率一样,是一对对立的统一体。当无功负荷与无功出力相平衡时,电压就正常,达到额定值,而当无功负荷大于无功出力时,电压就下降,反之,电压就会上升。
但是,需要说明的是电压与无功功率之间的关系要比频率与有功功率之间的关系复杂得多,大体上有以下几点:
? 在一个并列运行的电力系统中,任何一点的频率都是一样的,而电压与无功电力却不是这样
的。
当无功功率平衡时,整个电力系统的电压从整体上看是会正常的,是可以达到额定值的,即便是如此,也是指整体上而已,实际上有些节点处的电压并不一定合格,如果无功不是处于平衡状态时,那么情况就更复杂了,当无功出力大于无功负荷时,电压普遍会高一些,但也会有个别地方可能低一些,反之,也是如此。
?系统需要的无功功率远远大于发电机所能提供的无功出力,这是由于现代超高压电网包括各级变压器和架空线路在传送电能时需要消耗大量的无功,称为"无功损耗",一般来说,这些无功损耗与整个电网中的无功负荷的大小是差不多的,我们以一台50MVA的110kV变压器为例来了解变压器在运行中的无功损耗情况。
变压器的参数为:U = 110kV,S=50MVA,U%=17%,变压器在传送电能时的无功损耗的计算式为: eke
2Q = SU%(I/I) eke
式中 I--变压器的负荷电流;
I--变压器的额定电流,与变压器的无功损耗与变压器的负载率、变压器的额定容量及短路阻抗有关。 e
如果这台变压器满负荷运行,那么它的无功损耗就是:Q = 50MVA×17%=8.5Mvar
此时变压器的无功损耗相当大,其低压侧安装的并联电容器组的容量甚至不够补偿变压器满负荷时的无功损耗。
?无功功率不宜远距离输送,当输送功率与传送距离达到一定极限时,其传送功率成为不可能,这是由于
2超高压等级的变压器、线路电抗较大,其无功损耗Q = IX相应也很大,所输送的无功功率均损耗在变压器及线路上了。另外,传送大量的无功功率时,线路电压损失也相当大,同样会造成无法传送的结果。 合理的就地无功补偿对调整系统电压、降低线损有十分重要的作用。
设有一条110kV线路选用LG-300型导线(导线电阻0.095W/km)线路全长20km,输送有功功率30MW,无功功率40Mvar,下面分别计算在功率因数cosf = 0.6和0.9时线路的功率损耗和应补偿的无功功率。本题只计算导线电阻的功率损耗,不考虑其它因素。
1)在cosf = 0.6时,此时有功P = 30MW,无功Q = 40Mvar,视在功率S = 50MVA,电流I = S/U =
1/22250MVA/(110kV×3) = 263A,功率损耗P = I?R = 263×0.095×20×3 = 394kW。 2) 在cosf = 0.9时,此时有功功率P = 30MW,视在功率S = 33.333MVA,无功功率Q = 14.528Mvar,I =
1/222S/U = 33.333MVA/(110kV×3) = 175A,功率损耗 P = I?R = 175×0.095×20×3 = 175kW。应补偿无功容量 = 40 - 14.528 = 25.472Mvar。
补偿前后有功损耗相差219kW。由计算结果可知补偿无功功率25.472Mvar后每小时可降低线损219kWh。 无功补偿对电力系统的重要性越来越受到重视,合理地投停使用无功补偿设备,对调整电网电压、提高供电质量、抑制谐波干扰、保证电网安全运行都有着十分重要的作用。
无功补偿装置的合理使用可以给供电企业带来巨大的经济效益。对于像北京电力公司这样的大企业来说,线损每降低0.1个百分点,就可以增加上千万元收入。
从根本上说,要维持整个系统的电压水平,就必须有足够的无功电源来满足系统负荷对无功功率的需求和补偿线路和变压器中的无功功率损耗。
如果系统无功电源不足,则会使电网处于低电压水平上的无功功率平衡,即靠电压降低、负荷吸收无功功率的减少来弥补无功电源的不足。同样,如果由于电网缺乏调节手段或无功补偿元件的不合理运行使某段时间无功功率过剩,也会造成整个电网的运行电压过高。
我国电网曾在20世纪70年代由于缺乏无功功率补偿设备而长期处于低电压运行状态。有些地方想用调节变压器分接头的办法来解决本地区电压低的问题。开始,这种办法也有一些效果,某些供电点电压升高了,但这是以降低别处电压为代价的,因为总的无功电源不足,局部地区电压升高无功负荷增大,必然使别处无功功率更少、电压更低。各处普遍采用调节变压器分接头的结果,不仅没能提高负荷的供电电压,而是使得无功损耗加大,整个系统低电压问题更加严重。在这种情况下,首要的问题应该是增加无功功率补偿设备。
低压运行同时对电网安全带来巨大危害,系统稳定性差,十分脆弱,经受不起事故异常及负荷强烈变化对系统的冲击、十分容易造成大面积的停电和系统瓦解的后果,国内外均有此先例。 3 .各种无功补偿设备及补偿方式
下面我们介绍各种无功功率补偿设备及补偿方式。
3.1 同步调相机
同步调相机实质上是一种不带机械负载的同步电动机,它是最早采用的一种无功补偿设备,在并联电容器得到大量采用后,它退居次要地位。其主要缺点是投资大,运行维护复杂。因此,许多国家不再新增同步调相机作为无功补偿设备。但是同步调相机也有自身的优点:
?调相机可以随着系统负荷的变化,均匀调整电压,使电网电压保持规定的水平。电容器只能分成若干个小组,进行阶梯式的调压。
?调相机可以根据系统无功的需要,调节励磁运行,过励磁时可以做到发出其额定100%的无功功率,欠励磁时还可以吸收其额定的50%的无功功率。电容器只能发出无功,不能吸收无功。 ?调相机可以安装强行励磁装置,当电网发生故障时,电压剧烈降低,调相机可以强行励磁,保持电网电压稳定,因而提高了系统运行的稳定性。电容器输出无功功率与运行电压的平方成正比,电压降低,输出
的无功将急剧下降,比如,当电压下降10%,变为0.9Ue时,电容器输出的无功功率变为0.81Q,即其输出的无功功率将下降19%,所以,电容器此时不能起到稳定系统电压的作用。
3.2 并联电容器
作为无功补偿设备,电容器有以下显著优点:
?电容器是最经济的设备。它的一次性投资和运行费用都比较低,且安装调试简单。 ?电容器的损耗低,效率高。现代电容器的损耗只有本身容量的0.02%左右。调相机除了本身的损耗外,其附属设备还需用一定的所用电,损耗2%,30%,大大高于电容器。
?电容器是静止设备,运行维护简单,没有噪音。调相机为旋转电机,运行维护很复杂。 ?电容器的应用范围广,可以集中安装在中心变电站,也可以分散安装在配电系统和厂矿用户。而调相机则只能固定安装在中心变电站,应用有较大的局限。
并联电容器是电网中用得最多的一种无功功率补偿设备,目前国内外电力系统中90%的无功补偿设备是并联电容器。
3.3 并联电抗器
并联电抗器是一种感性无功补偿设备,它可以吸收系统中过剩的无功功率,避免电网运行电压过高。 为了防止超高压线路空载或轻负荷运行时,线路的充电功率造成线路电压升高,一般装设并联电抗器吸收线路的充电功率,同时,并联电抗器也用来限制由于突然甩负荷或接地故障引起的过电压从而危及系统的绝缘。
并联电抗器可以直接接到超高压(275kV及以上)线路上,其优点是:可以限制高压线路的过电压,与中性点小电抗配合,有利于超高压长距离输电线路单相重合闸过程中故障相的消弧,从而提高单相重合闸的成功率。高压电抗器本身损耗小,但造价较高。并联电抗器也可以接到低压侧或变压器三次侧,有干式的和油浸的两种,这种方式的优点是造价较低,操作方便。从发展趋势看,更多的将采用高压电抗器。
大型并联电抗器的技术、结构和标准与大型电力变压器类似,也有单相和三相,心式和壳式之分,心式还可以分为带间隙柱的和空心式的,目前我国制造的高压大容量并联电抗器只采用心式结构。 心式电抗器的结构与心式变压器类似,但是只有一个绕组,在磁路中加入间隙以保证不饱和,维持线性。 3.4 静止补偿器(SVC-Static Var Compensator) 静止补偿器是近年来发展起来的一种动态无功功率补偿装置,电容器、电抗器、调相机是对电力系统静态无功电力的补偿,而静止补偿器主要是对电力系统中的动态冲击负荷的补偿。根据负荷变动情况,静止补偿可以迅速改变所输出无功功率的性质或保持母线电压恒定。
静止补偿器实际上是将可控电抗器与电容器并联使用。电容器可发出无功功率,可控电抗器可吸收无功功率。其控制系统由可控的电子器件来实现,响应速度远远高于调相机,一般只有20ms。它主要用于冲击负荷如大型电炉炼钢、大型轧机以及大型整流设备等。另外,在电力系统的电压枢纽点、支撑点也可以用静止补偿器来提高系统的稳定性,同时,静止补偿器还可以抑制谐波对电力系统的危害。在我国湖南、湖北、广东、河南等多个500kV枢纽变电站都采用了这种装置。
例如我国某大型炼钢厂使用电弧炉炼钢,严重影响供电质量,电弧炉运行时使电压下降15%~20%,谐波的干扰使众多用户的电视不能收看,电器设备不能正常使用,群众反应强烈。
在装了静止补偿装置后,供电质量显著改善,电压波动很小,完全在允许范围内,谐波干扰明显降低。在周围广大用户普遍受益的同时,该厂也降低了线损,减少了电费支出,提高了产品的产量和质量,获得了良好的经济效益。
静止补偿器的最大特点是调节快速。为了充分发挥它在需要无功功率时的快速调节能力,在正常情况下应经常运行在接近零功率的状态。但因正常负荷变动引起的电压变化过程缓慢,用一般价格比较便宜的电容器与电抗器等投切配合,完全可以满足要求,没有必要选用这种设备。
4 .各种调压方法的比较和应用
电力系统电压的调整可以通过对中枢点电压的调整来实现。
如果中枢点供电至各负荷点的线路较长,各负荷点的变化规律大致相同,而负荷变动较大,则应在高峰负荷时适当提高中枢点的电压以补偿线路上增大的电压损耗,在低谷负荷时,供电线路电压损耗较小,中枢
点电压适当降低,以防止负荷点电压过高。这种高峰负荷时电压高于低谷负荷时的电压调整方式,称为"逆调压"。中枢点采用逆调压方式的,在高峰负荷时一般保持电压比线路额定电压高5%,在低谷负荷时电压下降至线路额定电压。
对供电线路不长,负荷变化不大的中枢点,可以采用"顺调压",顺调压就是在高峰负荷时中枢点电压略低,低谷负荷时电压略高。顺调压一般要求高峰负荷中枢点电压不低于线路额定电压的102.5%,低谷负荷时中枢点电压不高于线路额定电压的107.5%。
介于"逆调压"与"顺调压"之间的是"恒调压",恒调压是指在任何负荷时,保持中枢点电压基本不变。一般保持102%,105%的额定电压。
电压调整是个比较复杂的问题,因为整个系统每一个节点的电压都不相同,运行条件也有差别。因此,电压调整要根据系统具体情况,选用合适的方法,才能达到目的。
发电机调压,是各种调压手段中首先被考虑的,因为它不需要附加设备,从而不需要附加投资,而是充分利用发电机本身具有的发出或吸收无功功率的能力。但是这种方法往往只能满足电厂附近地区负荷的调压要求,对于远端负荷,还需要采用其它调压措施才能保证其电压质量。合理使用发电机调压常常可以在很大程度上减轻其它调压措施的负担。
在无功功率不足的系统中,首要的问题是增加无功功率补偿设备,而不能只靠调整变压器电压的方法。通常,大量采用并联电容器作为无功补偿设备,其突出的优点是投资低,安装维护方便。只是在有特殊要求的场合下,才需要采用静止补偿器或同步调相机。而静止补偿器是一种性能良好,维护方便的新型补偿装置,在价格相当的条件下,应优先选用。
对于500kV、330kV及部分220kV线路,以及大量使用电缆作为出线的电网,要装设足够的并联电抗器,以防止线路轻载时充电功率过剩引起电网电压过高。
在无功电源充裕的系统中,应该大力推广有载调压变压器,这是在各种运行方式下保证电网电压质量的关键手段之一。随着我国经济的发展和人民生活水平的提高,电网负荷的峰谷差也越来越大,线路、变压器上高峰负荷与低谷负荷产生的电压损耗的差别,已经大到无法仅仅用发电机调压或无功补偿的方法来满足两种运行方式下用户电压的要求了,其结果不是高峰负荷时用户电压太低,就是低谷负荷时电压太高。在这种情况下,输电系统中的一级变压器或多级变压器,采用有载调压是保证用户电压质量最有效的办法.
5. 并联电容器组的接线方式
电容器的接线通常分为三角形和星形两种方式。此外,还有双三角形和双星形之分。 三角形接线的电容器直接承受线间电压,任何一台电容器因故障被击穿时,就形成两相短路,故障电流很大,如果故障不能迅速切除,故障电流和电弧将使绝缘介质分解产生气体,使油箱爆炸,并波及邻近的电容器。因此这种接线已经很少在10kV系统中使用,只是在380V配电系统中有少量使用。 在高压电力网中,星形接线的电容器组目前在国内外得到广泛应用。星形接线电容器的极间电压是电网的相电压,绝缘承受的电压较低,电容器的制造设计可以选择较低的工作场强。当电容器组中有一台电容器因故障击穿短路时,由于其余两健全相的阻抗限制,故障电流将减小到一定范围,并使故障影响减轻。 星形接线的电容器组结构比较简单、清晰,建设费用经济,当应用到更高电压等级时,这种接线更为有利。 星形接线的最大优点是可以选择多种保护方式。少数电容器故障击穿短路后,单台的保护熔丝可以将故障电容器迅速切除,不致造成电容器爆炸。
由于上述优点,各电压等级的高压电容器组现已普遍采用星形接线。
高压电力系统的电容器组除广泛采用星形接线外,双星形接线也在国内外得到广泛应用。所谓双星形接线,是将电容器平均分为两个电容相等或相近的星形接线电容器组,并联到电网母线,两组电容器的中性点之间经过一台低变比的电流互感器连接起来。
这种接线可以利用其中性点连接的电流保护装置,当电容器故障击穿切除后,会产生不平衡电流,使保护装置动作将电源断开,这种保护方式简单有效,不受系统电压不平衡或接地故障的影响。 大容量的电容器组,如单台容量较小,每相并联台数较多者可以选择双星形接线。如电压等级较高,每相串联段数较多,为简化结构布局,宜采用单星形接线。
电容器一次侧接有串联电抗器和并联放电线圈。放电线圈的作用是将断开电源后的电容器上的电荷迅速、可靠地释放掉。由于电容器组需要经常进行投入、切除操作,其间隔可能很短,电容器组断开电源后,其电极间储存有大量电荷,不能自行很快消失,在短时间内,其极间有很高的直流电压,待再次合闸送电时,造成电压叠加,将会产生很高的过电压,危及电容器和系统的安全运行。因此,必须安装放电线圈,将它
和电容器并联,形成感容并联谐振电路,使电能在谐振中消耗掉。放电线圈应能在电容器断开电源5s内将电容器端电压下降到50V。
对串联电抗器的作用,我们做一下重点介绍:
电容器配套设置的串联电抗器是为了限制合闸涌流和限制谐波两个目的,串联电抗器限制合闸涌流的作用非常浅显,不言而喻。但是限制谐波的原理我们需要解释一下:
所谓谐波,是指电网运行中存在的与工频频率不同的电磁波。我国电网使用50Hz频率,波形按正弦规律变化的三相对称的电源,而谐波(主要是指高次谐波),如3次、5次、7次??的存在,将对电网工频的波形造成影响,使其不再是正弦波,而是波形发生畸变的非正弦波。波形的畸变会危及电气设备的安全运行,造成继电保护和自动装置的误动,会影响电力用户的产品质量,甚至会影响我们家用电器的正常使用,因此消除和抑制谐波,做为一项课题日益受到有关部门的重视。
电网在运行时不可能没有谐波,很多电气设备和用电设备在运行时都会产生谐波,只不过一般情况下对电网波形影响不大,不会危及正常的供电和用电,但某些情况则不同,如变压器铁心饱和、电弧炉炼钢,大型整流设备,都会对电网带来严重的谐波干扰,影响供电质量,因此必须加以治理。 为了回避谐波的影响,必须采取消除谐波影响的措施,其中一条重要的措施就是在电容器回路中串联一定数值的电抗器,即造成一个对n次谐波的滤波回路。
在实际运行中,3次、5次、7次谐波分量往往偏高,是电容器滤波回路的主要目标。所谓3次、5次、7次??谐波,指的是谐波的频率相当于工频的3倍、5倍或7倍。当串联电抗器的n次谐波感抗与电容器的n次谐波容抗相等时,即nwL = 1/(nwC)时构成串联谐振条件,则母线的n次谐波电压将被抑制得干干净净。
对于3次谐波:3X = (1/3) X,则X = (1/9) X = 0.11X;对于5次谐波:5X = (1/5) XC,则LCLCCLX = (1/25) X = 0.04X。 LCC
实际运行中,各变电站普遍采有在回路中串联12%电抗构成3次谐波滤波器,12%电抗率的含义是指串联电抗器的感抗值为该回路电容器容抗值的12%,而用串联6%电抗构成5次谐波滤波器。不正好采用11%和4%,而是稍大一点,目的是使电容器回路阻抗呈感性,避免完全谐振时电容器过电流。
当变电站母线上具有两组以上电容器组,且既有串联大电抗的电容器组又有串联小电抗的电容器组时,电容器组的投切顺序是一个应该考虑的问题。投切顺序不合理可能造成不良后果。由对谐波电流的分析可知:当电容器回路呈电感性时,电容器回路和系统阻抗并联分流,可使流入系统的谐波电流减小。 当电容器回路呈电容性时,由于电容器的“补偿”作用,电容器回路在谐波电压作用下,将产生的谐波电流流入系统,这时将使系统谐波电流扩大,并使母线电压波形发生畸变。
也就是说,仅当电容器回路对谐波呈电感性时,才不会发生对系统的谐波放大。
当变电站母线上既有串大电抗的电容器组又有串小电抗的电容器组时,电容器组回路各元件对谐波的阻抗如表1:
谐波 12%电抗器 6%电抗器 电容器
100% 基波 12% 6%
三次谐波 36% 18% 33.3%
五次谐波 60% 30% 20% 由表1可见,串12%电抗的电容器回路对3次和5次谐波均呈电感性。
而串6%电抗器的电容器回路对5次谐波呈电感性,而对3次谐波却呈电容性。
也就是说,串6%电抗的电容器组会在抑制5次谐波的同时,放大3次谐波,如果此时系统恰有较大的3次谐波分量,谐波电流就会造成电容器组过电流,使电容器过热、振动和发出异音,严重时将造成熔断器熔断甚至烧损电容器。如果该容性回路与系统感抗出现不利组合,还会引发谐振。造成严重后果。 回避上述隐患的办法是:在电容器组投停顺序上作出规定,当母线具有2组以上电容器组时,电容器组的投停顺序应按所串电抗器百分电抗大小匹配进行。即:电抗值大的先投,回避对可能存在的3次谐波的放大效应,使3次、5次谐波均受到抑制后,再投入串小电抗电容器组,停用时相反。在并联电容器组操作规定和并联电容器组保护及VQC装置的整定时,均应遵守这一原则。
6 .并联电容器的保护方式
6.1 保护熔丝
现代电容器组的每台电容器上都装有单独的熔丝保护,这种熔丝结构简单,安装方便,只要配合得当,就能够迅速将故障电容器切除,避免电容器的油箱发生爆炸,使附近的电容器免遭波及损坏。此外,保护熔丝还有明显的标志,动作以后很容易发现,运行人员根据标志便可容易地查出故障的电容器,以便更换。 6.2 过电流保护
过电流保护的任务,主要是保护电容器引线上的相间短路故障或在电容器组过负荷运行时使开关跳闸。电容器过负荷的原因,一是运行电压高于电容器的额定电压,另一种情况是谐波引起的过电流。 为避免合闸涌流引起保护的误动作,过电流保护应有一定的时限,一般将时限整定到0.5s以上就可躲过涌流的影响。
6.3 不平衡电压保护
电容器发生故障后,将引起电容器组三相电容不平衡。电容器组的各种主保护方式都是从这个基本点出发来确定的。
根据这个原理,国内外采用的继电保护方式很多,大致可以分为不平衡电压和不平衡电流保护两种。这两种保护,都是利用故障电容器被切除后,因电容值不平衡而产生的电压和电流不平衡来启动继电器。这些保护方式各有优缺点,我们可以根据需要选择。
单星形接线的电容器组目前国内广泛采用开口三角电压保护。
对于没有放电电阻的电容器,将放电线圈的一次侧与电容器并联,二次侧接成开口三角形,在开口处连接一只低整定值的电压继电器,在正常运行时,三相电压平衡,开口处电压为零,当电容器因故障被切除后,即出现差电压U0,保护采集到差电压后即动作掉闸。
6.4 不平衡电流保护
这种保护方式是利用故障相容抗变化后,电流变化与正常相电流间形成差电流,来启动过电流继电器,以达到保护电容器组的目的。常见的不平衡电流保护的方式有以下两种:
6.4.1双星形中性点间不平衡电流保护
保护所用的低变比TA串接于双星型接线的两组电流器的中性线上,在正常情况下,三相阻抗平衡,中性点间电压差为零,没有电流流过中性线。如果某一台或几台电容器发生故障,故障相的电压下降,中性点出现电压,中性线有不平衡电流I0流过,保护采集到不平衡电流后即动作掉闸。
这种保护方式比较简单,系统电压不平衡,一相接地故障、高次谐波电流及合闸涌流,都不会引起保护误动,所以在国内外得到广泛应用。
6.4.2 桥式差动电流保护
电容器组每相分为两个支路,每相的串联段数为双数,其中部桥接一台电流互感器。正常运行时,桥路中电流为零,任意一台电容器因故障被切除后,桥接电路中将有电流流过,保护采集到该电流后即动作掉闸。 6.5 过电压保护和低电压保护
电容器在过高的电压下运行时,其内部游离增大,可能发生局部放电,使介质损耗增大,局部过热,并可能发展到绝缘被击穿。因此应保持电容器组在不超过最高容许的电压下运行。安装过电压保护就是为了这个目的。过电压保护的整定值一般取电容器额定电压的1.1~1.2倍。
低电压保护主要是防止空载变压器与电容器同时合闸时工频过电压和振荡过电压对电容器的危害。这种情况可能出现变电站事故跳闸、变电站停电、各配电线切除。电容器如果还接在母线上,将使电压升高。变压器和电容器构成的振荡回路也可能产生振荡过电压,危及设备绝缘。因此安装低电压保护,当母线电压降到额定值的60%左右时即动作将电容器切除。
7. 并联电容器的运行
7.1 投运前的检查验收
新装电容器在投入运行前应做如下检查:
?电容器组及附属设备投入运行前应按试验规程进行试验并合格。
?瓷质部分应完整、清洁无裂纹,遮栏应完好加锁,防小动物措施可靠。
?外壳应无鼓肚及渗漏油现象。
?各部分连接严密可靠,不与地绝缘的每个电容器外壳和架构均应有可靠的接地。 ?放电线圈回路应完整,接线正确。
?避雷器的额定电压与持续运行电压应符合《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合(DL/T 620-1997)》的规定。
?保护回路和监视回路应完好并全部投入。
?室内电容器组通风应良好。
?熔断器安装角度正确,熔断器熔丝的额定电流为电容器额定电流的1.43~2倍。 ?电容器引线采用软连接,电容器安装牢固、螺丝紧固。
7.2 运行监督注意事项
运行中的电容器组,应严格监视其运行情况,并应注意以下几点:
?新投入运行的电容器组第一次充电时,应在额定电压下冲击合闸三次。
?母线具有两组以上电容器组时,电容器组的投切顺序应按所串电抗器百分电抗大小匹配进行,即:电抗值大的先投,电抗值小的后投,停用时相反。
?电容器组的工作电压不得超过电容器额定电压的1.05倍,其电流不得大于电容器额定电流的1.3倍。 ?电容器分闸后再次合闸,其间隔时间不应小于五分钟。
?电容器箱体无鼓肚、喷油、渗漏油现象。
?电容器运行中无异常音响,试温蜡片无过热熔化现象。
?放电线圈应完好。
?如电容器安装于室内,还应检查室温,冬季室温不得低于零下25?,夏季室温不得超过40?。装有通风装置的,还应检查通风装置各部是否完好。
7.3 故障处理注意事项
发现电容器严重漏油、变形、发热、瓷质破损、内部放电等异常情况应及时将电容器组退出运行。 发现电容器爆炸、起火;接头严重过热或熔化;套管发生严重放电闪络而开关未掉时,应立即将电容器开关拉开。
电容器组开关掉闸后不准强行试送,运行人员必须根据保护动作情况进行分析判断,如系过电流保护动作,则重点检查电容器的外部回路:
电流互感器、电力电缆、引线上有无接地短路现象,有无异物落在上面。如系不平衡保护动作,则有可能是某个或某几个电容器出现内部损坏。这时检查的重点是电容器本身。
电容器事故后进行处理时,必须对每台电容器逐台放电,装在绝缘支架上的电容器外皮亦应对地放电。放电时先将接地端固定好,再用接地棒多次对电容器极间和极对地放电,直至无火花及放电声为止。由于故障电容器可能发生引线接触不良、内部断线或熔断器熔断等,因此有部分电荷可能未放出来,所以检修人员在接触故障电容器以前,还应戴上绝缘手套,用短路线将故障电容器两极短线,然后方可动手拆卸。 更换电容器要做到各相电容值平衡,双星接线的两组同相电容值应平衡,并尽量做到两组三相台数一致,不一致的不应相差太多。
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