众所周知,在10kV以下配电系统的无功消耗总量中,配电变压器约占30%,低压用电设备约占65%,由此可见,在低压配电系统中实施无功补偿十分必要。从理论计算和实践中证明,低压无功补偿的经济效果******,综合功能最强,是值得推广的一种节能措施。
一个理想的配电系统,电能质量指标总是以某一恒定的频率值和电压值来表示,并以此向用户供电。但在当今现代企业和运输部门中,非线性电力负荷大量增加,特别是随着电力电子技术的发展,晶闸管整流和换流技术得到广泛的应用,如:矿山、钢结构加工、冶金等企业大量使用晶闸管整流电源,工业生产中大量使用变频调速装置,电气化铁路中采用交流单相整流供电机车,高压大容量直流输电中的换流站等均属于非线性电力负荷。此外电网中大量运行的变压器,也是重要的非线性负荷。
海工青岛基地每年18万结构吨的钢材加工能力,产品覆盖中国各海域的浅、深水油气田工程设施制造,并辐射澳洲、东南亚、中东、西非、南美等市场。基地内生产用焊接电焊机几千台,对低压配电系统电容补偿及谐波抑制装置提出了一定要求。结合生产情况,在无功补偿装置的选型上,各分变电所选用了TSC系列动态补偿装置,角星接线方式互补、动态跟踪低压系统进线电流值,在近年生产实际使用中起到了良好的效果。
1无功功率(ReactivePower)
在交流电路中,由电源供给负载的电功率有两种:一种是有功功率,另一种是无功功率。
有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率,也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。
无功功率比较抽象,它是用于电路内电场与磁场的交换,并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功,而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备,要建立磁场,就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯,除需40多瓦有功功率(镇流器也消耗部分有功功率)来发光外,还需80乏左右的无功功率供镇流器线圈建立交变磁场用。由于它不对外作功,才被称之为“无功”。
无功功率决不是无用功率,它的用处很大。在正常情况下,用电设备不但要从电源取得有功功率,同时还需要从电源取得无功功率。如果配电系统中无功功率供不应求,用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场。那么,这些用电设备就不能维持在额定工况下工作,端电压下降,从而影响设备正常运行。
由发电机和高压输电线供给的无功功率,远远满足不了负荷的需求,所以在配电系统中设置一些无功补偿装置来补充无功功率,以保证用户设备对无功功率的需求,这样用电设备才能在额定电压下工作。
2功率因数P.F.(PowerFactor)
配电系统中电力负荷如电动机、变压器等,属于既有电阻又有电感的电感性负载。电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差,通常用相位角 的余弦cos 表示。cos 称为功率因数,又叫力率。功率因数是反映电力用户用电设备合理使用状况、电能利用程度和用电管理水平的一项重要指标。三相功率因数的计算公式为:
式中cos ――功率因数
P――有功功率(kW)
U――用电设备的额定电压(V)
I――用电设备的运行电流(A)
功率因数分为自然功率因数、瞬时功率因数和加权平均功率因数。
3 TSC系列动态补偿装置技术特点
TSC系列可控硅动态无功功率补偿器采用人工智能控制,由控制器、可控硅、电容器、电抗器、保护元件组成。控制器实时跟踪测量负荷的功率因数和无功电流,与预先设定的给定值进行比较,动态控制不同组数电容器的快速无过渡投切。克服了传统无功功率补偿器因采用机械开关而造成的触点烧结、对电容冲击大等缺点,对各种负荷均能起到良好的补偿效果。
3.1TSC可控硅动态无功功率补偿器
采用大功率可控硅组成的无触点开关,对多级电容器组进行无触点、无涌流、无过渡投切。能根据负荷无功功率的大小及功率因数的实际运行水平自动投切,动态补偿无功功率,响应速度小于20ms,保证系统功率因数在0.9以上,抑制谐波,改善电压质量,减少线路损耗,提高电气设备工作效率。
适合于三相对称性负荷的实时功率因数补偿,对三相负荷进行跟踪补偿;触发采用光电触发方式,实现一次系统和二次系统隔离,解决谐波干扰问题,高可靠性,控制简单;系统电流过零投切,电容投切过程中无涌流冲击、无操作过电压、无电弧重燃现象。
3.2谐波抑制
动态抑制系统谐波,针对电力系统谐波源影响,采用光触发控制和谐波抑制技术,安全运行。控制器、电抗器、驱动器特殊设计,选用串联电抗器,从根本上解决与系统发生串联、并联谐振,避免使谐波放大,实现无功补偿和谐波抑制并举的功能。
3.3控制器
全数字化、液晶显示,具有联网通讯功能,控制具有高可靠性,操作简单,有良好的人机界面。与系统连接时,不需考虑交流系统相序,不会因为相序接错而带来烧坏可控硅或其他器件的现象;正面柜门上显示,不用开门即可进行控制器参数设置、调整,保护操作人员人身安全。
3.3保护元件
保护措施齐全,自动化程度高,能在外部故障或停电时自动退出工作,送电后能自动恢复运行,设有过压、欠压、过流等保护。
3.4电容器
电容器选择具有良好的自愈性和耐涌流能力质量可靠产品,可在1.1倍的额定电压下长期运行,在1.3倍的额定电流下长期运行。相对电容选型问题上,选进口优质品牌产品较好。
3.5电抗器
TSC可控硅动态无功功率补偿器配置专用电抗器,干式铁芯结构,保证补偿装置投入运行后,投切电容器时不会与系统发生谐振,能降低电容器组的合闸涌流及避免电容器组产生谐波放大现象,同时避免造成电容器运行电压高,分闸时较易产生过电压。
3.6强迫风冷系统
为了降低柜内温度,保证元件可靠工作,配备强迫风冷系统,自动监测运行,高温时自启动,低温时处于休眠状态。
4无功补偿对企业的好处
首先,提高了功率因数,获得优惠电费价格,至少可避免被罚款。其次,降低了企业的用电量。第三,在系统内电压一定情况下,降低了视在电流。第四,提高系统变压器的使用裕度。第五,提高系统内电压数值。综合上述原因,对企业整体而言,进行无功补偿有相对直接的经济效益。
5电容补偿装置在运行应注意的问题
5.1环境温度
电容补偿装置周围环境的温度不可太高,也不可太低。如果环境温度太高,电容装置工作时产生的热量散不出去;而如果环境温度太低,电容可能会冻结导致击穿。
5.2工作温度
工作时温度不宜过高,否则会引起热击穿,或是引起鼓肚现象,导致电容损坏。
5.3工作电流与谐波问题
谐波的电流对电容器非常有害,极易引起电容击穿引起相间短路。必要时,应在电容器上串联适当感性电抗,限制谐波电流。
5.4运行中的放电声
电容补偿装置在运行时,一般是没有声音的,但有时也会例外。造成声音的原因大致有以下几种:套管放电、油浸电容缺油放电、脱焊放电、接地不良放电。
5.5爆炸问题
多组电容器并联运行时,击穿引起短路有可能引起电容爆炸,应采取适当保护措施及注意实际应用中接线方式选择。
6小结与建议
(1)用户配电系统采用电容补偿装置提高功率因数,能减少电能损失,降低电压损失,有效提高变配电设备利用率。
(2)在电容补偿装置选择上应根据工况负荷环境进行配置,及时与设计生产单位沟通元件配置参数比例,对特殊用电环境应采取有效措施,以期在投用中起到良好效果。
(3)根据实际容量配置需求,选择适当的接线方式。
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