應(yīng)用于無功補償?shù)闹悄茈娏﹄娙萜?/h1>

    摘要:在電力系統(tǒng)和電工設(shè)備中,低壓電力電容器一般以并聯(lián)的方式連接。減少了電力系統(tǒng)中無功功率的輸出,使電力設(shè)備的負(fù)荷降低,為電力系統(tǒng)提升有功功率、提升功率因數(shù)、減少電力設(shè)備損耗等。
    智能電容器集成了現(xiàn)代測控,電力電子,網(wǎng)絡(luò)通訊,自動化控制,電力電容器等**技術(shù)。改變了傳統(tǒng)無功補償裝置落后的控制器技術(shù)和落后的機械式接觸器或機電一體化開關(guān)作為投切電容器的投切技術(shù),改變了傳統(tǒng)無功補償裝置體積龐大和笨重的結(jié)構(gòu)模式,從而使新一代低壓無功補償設(shè)備具有補償效果較好,體積較小,功耗較低,價格較廉,節(jié)約成本更多,使用較加靈活,維護(hù)較加方便,使用壽命較長,可靠性較高的特點,適應(yīng)了現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補償?shù)妮^高要求。
    關(guān)鍵詞:智能電力電容器;無功補償;并聯(lián)電容器;自動貼切;功率因數(shù)
    引言:
    近年來,無功補償和諧波問題成為電能質(zhì)量中十分棘手的問題,對電力系統(tǒng)的危害也是被大家廣泛認(rèn)知,國家和地方也相繼出臺了很多相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定,由于電能質(zhì)量問題的復(fù)雜特殊性,我司作為電能質(zhì)量產(chǎn)品供應(yīng)商,也是積極投入研發(fā)出各類治理產(chǎn)品,制定各類解決方案,為電力系統(tǒng)保駕**!
    一、背景介紹:
    1、功率因數(shù)偏低的危害
    在供電系統(tǒng)中,由于感性電力負(fù)荷的存在,使得系統(tǒng)的自然功率因數(shù)較低,如不采用人工補償,以提高系統(tǒng)功率因數(shù),將造成如下不良影響:
    (1)降低了發(fā)電機的輸出功率,當(dāng)發(fā)電機需提高無功輸出,**額定功率因數(shù)運行時,將使發(fā)電機有功輸出降低。
    (2)降低了變電、輸電設(shè)施的供電能力。
    (3)設(shè)備及線路損耗增加。
    (4)功率因數(shù)愈低,還會使線路及變壓器的電壓降增大。如果是沖擊性無功負(fù)載,還會使電網(wǎng)產(chǎn)生劇烈波動,使得用電設(shè)備的運行條件惡化,以及供電質(zhì)量嚴(yán)重降低。
    2、提高功率因數(shù)的好處
    供電部門為了提高成本效益要求用戶提高功率因數(shù),那提高功率因數(shù)對用戶端有什么好處呢?
    ① 通過改善功率因數(shù),減少了線路中總電流和供電系統(tǒng)中的電氣元件,如變壓器、電器設(shè)備、導(dǎo)線等的容量,因此不但減少了投資費用,而且降低了本身電能的損耗。
    ② 良好的功因數(shù)值的確保,從而減少供電系統(tǒng)中的電壓損失,可以使負(fù)載電壓較穩(wěn)定,改善電能的質(zhì)量。
    ③ 可以增加系統(tǒng)的裕度,挖掘出了發(fā)供電設(shè)備的潛力。如果系統(tǒng)的功率因數(shù)低,那么在既有設(shè)備容量不變的情況下,裝設(shè)電容器后,可以提高功率因數(shù),增加負(fù)載的容量。
    舉例而言,將1000kVA變壓器之功率因數(shù)從0.8提高到0.98時:
    補償前:1000×0.8=800kW
    補償后:1000×0.98=980kW
    同樣一臺1000kVA的變壓器,功率因數(shù)改變后,它就可以多承擔(dān)180kW的負(fù)載。
    ④ 減少了用戶的電費支出;透過上述各元件損失的減少及功率因數(shù)提高的電費優(yōu)惠。

    可見,提高功率因數(shù)不僅對電力系統(tǒng),而且對企業(yè)的經(jīng)濟運行有著重大意義。工業(yè)企業(yè)在考慮提高功率因數(shù)時,應(yīng)采用人工無功補償裝置,以提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù),改善供電質(zhì)量。
    3、什么是無功補償?
    無功補償,全稱無功功率補償,是一種在電力供電系統(tǒng)中起提高電網(wǎng)的功率因數(shù)的作用,降低供電變壓器及輸送線路的損耗,提高供電效率,改善供電環(huán)境的技術(shù)。所以無功功率補償裝置在電力供電系統(tǒng)中處在一個不可缺少的非常重要的位置。合理的選擇補償裝置,可以做到較大限度的減少電網(wǎng)的損耗,使電網(wǎng)質(zhì)量提高。反之,如選擇或使用不當(dāng),可能造成供電系統(tǒng),電壓波動,諧波增大等諸多因素。詳細(xì)介紹了無功補償?shù)幕驹?、意義、投切方式、線路、控制器、高低壓裝置、補償方式、存在的問題等。
    4、無功補償?shù)囊饬x?
    (1)降低變壓器輸出無功功率,減少電網(wǎng)運行電流
    (2)降低變壓器和電纜的損耗,節(jié)能明顯
    (3)提高變壓器的利用率,輸出更多的有功功率
    (4)提高電網(wǎng)的功率因素,避免用電罰款
    (5)減少配電系統(tǒng)中的壓降,提高用戶端電壓
    二、產(chǎn)品介紹
    本文簡單介紹下無功補償裝置之智能電力電容器。
    1、電力電容器的補償原理
    電容器在原理上相當(dāng)于產(chǎn)生容性無功電流的發(fā)電機。其無功補償?shù)脑硎前丫哂腥菪怨β守?fù)荷的裝置和感性功率負(fù)荷并聯(lián)在同一電容器上,能量在兩種負(fù)荷間相互轉(zhuǎn)換。這樣,電網(wǎng)中的變壓器和輸電線路的負(fù)荷降低,從而輸出有功能力增加。在輸出一定有功功率的情況下,供電系統(tǒng)的損耗降低。比較起來電容器是減輕變壓器、供電系統(tǒng)和工業(yè)配電負(fù)荷的簡便、經(jīng)濟的方法。因此,電容器作為電力系統(tǒng)的無功補償勢在必行。當(dāng)前,采用并聯(lián)電容器作為無功補償裝置已經(jīng)非常普遍。
    2、電力電容器補償?shù)奶攸c
    1)優(yōu)點
    電力電容器無功補償裝置具有安裝方便,安裝地點增減方便;有功損耗小(僅為額定容量的0.4 %左右);建設(shè)*;投資小;無旋轉(zhuǎn)部件,運行維護(hù)簡便;個別電容器組損壞,不影響整個電容器組運行等優(yōu)點。
    2)缺點
    電力電容器無功補償裝置的缺點有:只能進(jìn)行有級調(diào)節(jié),不能進(jìn)行平滑調(diào)節(jié);通風(fēng)不良,一旦電容器運行溫度**70℃時,易發(fā)生膨脹爆炸;電壓特性不好,對短路穩(wěn)定性差,切除后有殘余電荷;無功補償精度低,易影響補償效果;補償電容器的運行管理困難及電容器安全運行的問題未受到重視等。
    3、主要應(yīng)用領(lǐng)域有:
    ■居民小區(qū)配電系統(tǒng)
    ■**商業(yè)建筑
    ■交通隧道配電系統(tǒng)
    ■箱變、成套柜、戶外配電箱
    4、安科瑞電容補償裝置介紹
    AZC/AZCL系列智能電力電容補償裝置是應(yīng)用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補償設(shè)備。它由智能測控單元,晶閘管復(fù)合開關(guān)電路,線路保護(hù)單元,兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構(gòu)成??商娲R?guī)由熔絲、復(fù)合開關(guān)或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內(nèi)和柜面由導(dǎo)線連接而組成的自動無功補償裝置。改變了傳統(tǒng)無功補償裝置體積龐大和笨重的結(jié)構(gòu)模式,具有補償效果較好,體積較小,功耗較低,價格較廉,節(jié)約成本更多,使用較加靈活,維護(hù)較方便,使用壽命較長,可靠性較高的特點,適應(yīng)了現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補償?shù)妮^高要求。
    (1)AZC系列智能電容器采用晶閘管復(fù)合開關(guān)投切,較佳投切點,實現(xiàn)無弧通斷;完善的保護(hù)功能,集成在一個模塊內(nèi),安裝方便。
    AZC系列智能電容器選型:

    (2)AZCL是在AZC基礎(chǔ)上,串接合適電抗率(7%適用于5/7次以上諧波環(huán)境,14%適用于3/5/7次以上諧波環(huán)境)的電抗,可有效解決諧波,避免諧振放大諧波,保護(hù)電容柜本身壽命。
    AZCL系列智能電容器選型:
    上述兩種智能電容器采用LCD液晶顯示器,可實時顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等電參量。通過內(nèi)部晶閘管復(fù)合開關(guān)電路,自動尋找較佳投入(切除)點,實現(xiàn)無弧通斷;保證過零投切,無涌流、觸點不燒結(jié)、微能耗、無諧波;同時具有抗干擾、防雷擊和電源缺相、空載跳閘的保護(hù)功能,特別適用于無功補償時切換電容器,不需加裝散熱器。
    5、并聯(lián)電容器補償無功功率的方式功能特點:過零投切,分相補償,溫度保護(hù),缺相保護(hù),過壓、欠壓保護(hù),諧波功能,智能網(wǎng)絡(luò)控制,高可靠性,積木結(jié)構(gòu),接線簡單,擴容方便,維護(hù)方便,效果顯著。
    (1)高壓集中補償
    電容器組集中裝設(shè)在企業(yè)或地方總壓降變電所的6~10kV母線上, 用來提高整個變電所的功率因數(shù),使該變電所的供電范圍內(nèi)無功功率基本平衡,可減少高壓線的無功損耗,而且能夠提高本變電所的供電電壓質(zhì)量。
    (2)分組補償
    將電容器組分別裝設(shè)在功率因數(shù)較低的車間或廠區(qū)等終端變配電所高壓或低壓母線上。這種補償方式具有集中補償相同的優(yōu)點,僅無功補償?shù)娜萘亢头秶鄬π⌒?,但是分組補償?shù)男Ч鄬γ黠@,采用的也較為普遍。
    (3)就地補償
    將電容器或電容器組設(shè)在異步電動機或電感性用電設(shè)備附近,就地進(jìn)行無功補償,也稱單獨補償。這種方式既能提高用電設(shè)備的功率因數(shù),又能改善用電設(shè)備的電壓質(zhì)量,對中、小型設(shè)備十分適用。
    6、案例介紹
    興化市某鑄鋼有限公司,生產(chǎn)現(xiàn)場負(fù)載主要是中頻爐和生產(chǎn)電機,配電室有1#、2#、3#變壓器,容量均為1250kVA。從現(xiàn)場工作人員了解到:無功需求主要由電機產(chǎn)生,1#、2#、3#變其下電機負(fù)載基本相同,之前電容柜(補償形式均為共補)投切過,發(fā)生過補償電容被擊穿燒毀的事故,中頻爐處于保溫狀態(tài)使,系統(tǒng)的功率因數(shù)偏低,已經(jīng)被供電局罰了很多款項。

     現(xiàn)場測量示意圖


    公司工作人員在現(xiàn)場正常工況下,對其電能質(zhì)量進(jìn)行測量,然后結(jié)合現(xiàn)場和對測得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得出主要原因有兩個方面:
    **,原電容柜其下補償電容未串抗。系統(tǒng)中主要諧波為5、7、11、13次諧波?,F(xiàn)場電容柜未串聯(lián)電抗器,純電容型無功補償裝置相對諧波電流為低阻抗通道,因此補償裝置易放大諧波電流,嚴(yán)重時甚至可能與系統(tǒng)產(chǎn)生諧振,造成設(shè)備損毀,現(xiàn)場補償電容被燒毀的原因就在于此。
    *二,1#變數(shù)據(jù)中,中頻爐剛開啟時諧波電流182A,到保溫狀態(tài),諧波電流250A,約1.3倍;3#變測量數(shù)據(jù),兩臺中頻爐啟動時諧波電流應(yīng)該在400A左右,而到保溫狀態(tài)會**過500A,綜合考慮治理效果和成本,建議1#變選用300A有源濾波器,3#變選用500A有源濾波器進(jìn)行諧波治理,減小電網(wǎng)諧波,這樣電網(wǎng)諧波對電容柜的沖擊也會大大降低。
    現(xiàn)考慮電容補償這部分的整治,由于該系統(tǒng)5次及以上諧波含量較大,建議對電容柜進(jìn)線改造,串聯(lián)7%電抗率的電抗(能抑制5次及以上諧波流入電容柜)。
    以3#變測量數(shù)據(jù)為例,在正常工況下(此時負(fù)載以全部開啟,電容柜未投入),負(fù)載有功總功率P約為680kW,功率因數(shù)為,若要達(dá)到目標(biāo)功率因數(shù),則需要補償?shù)臒o功容量為:

     
    由于無功的實際輸出和加在電容兩端的電壓平方成正比:,串抗之后還有一個與電抗率有關(guān)的衰減,這樣要保證360kvar的實際輸出,裝機容量則需:

     
    考慮到電容柜工作時,電容器組能夠循環(huán)工作,避免所有電容器組滿負(fù)荷投切,故留有一定裕量,建議變壓器低壓側(cè)電容柜的裝機容量為600kvar。
    智能電容配置方案:共補600kvar = 共補50kvar * 12
    柜體尺寸:1200(W)*2200(H)*800(D)

    智能電容主要器件選型表

     
    每一臺智能集成電力電容器都可以獨立運行,較可以并聯(lián)組網(wǎng)運行。當(dāng)組網(wǎng)運行時,智能集成電容器組中會自動生成一臺主機控制其他從機進(jìn)行工作,當(dāng)主機出現(xiàn)故障時,從機中會再生成一臺主機繼續(xù)控制整個補償系統(tǒng);當(dāng)從機出現(xiàn)故障時,它將自動退運,不影響其它智能集成電力電容器的正常運行。
    三、總結(jié)
    無功補償是一項建設(shè)性的技術(shù)措施,對電網(wǎng)安全、經(jīng)濟運行有重要作用。電網(wǎng)和負(fù)載的特點選擇合理的補償方式是關(guān)鍵。針對目前電網(wǎng)諧波污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀,在做無功補償時一定要選擇合適的裝置,避免諧振和諧波放大的現(xiàn)象,保證電容電抗的壽命和無功補償裝置的補償效果,為客戶創(chuàng)造**。
    【參考文獻(xiàn)】
    [1]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2019.11版
    [2]公眾號:自動化控制技術(shù)控—侯成敬《什么是智能電容器?和普通電容器有什么區(qū)別?》 

    安科瑞電氣股份有限公司專注于工業(yè)能耗解決方案,智能控制照明系統(tǒng),宿舍用電管理系統(tǒng)等, 歡迎致電 18702111791

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