淺談零過渡過程動態無功補償裝置在配電系統中的應用

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

　　一個理想的配電系統,電能質量指標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。但在當今現代企業和運輸部門中,非線性電力負荷大量增加,特別是隨著電力電子技術的發展,晶閘管整流和換流技術得到廣泛的應用,如:礦山、鋼結構加工、冶金等企業大量使用晶閘管整流電源,工業生產中大量使用變頻調速裝置,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荷。此外電網中大量運行的變壓器,也是重要的非線性負荷。

　　海工青島基地每年18萬結構噸的鋼材加工能力,產品覆蓋中國各海域的淺、深水油氣田工程設施制造,并輻射澳洲、東南亞、中東、西非、南美等市場?；貎壬a用焊接電焊機幾千臺,對低壓配電系統電容補償及諧波抑制裝置提出了一定要求。結合生產情況,在無功補償裝置的選型上,各分變電所選用了TSC系列動態補償裝置,角星接線方式互補、動態跟蹤低壓系統進線電流值,在近年生產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備正常運行所需的電功率,也就是將電能轉換為其他形式能量(機械能、光能、熱能)的電功率。

　　無功功率比較抽象,它是用于電路內電場與磁場的交換,并用來在電氣設備中建立和維持磁場的電功率。它不對外作功,而是轉變為其他形式的能量。凡是有電磁線圈的電氣設備,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(鎮流器也消耗部分有功功率)來發光外,還需80乏左右的無功功率供鎮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。如果配電系統中無功功率供不應求,用電設備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場。那么,這些用電設備就不能維持在額定工況下工作,端電壓下降,從而影響設備正常運行。

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

　　2功率因數P.F.(PowerFactor)

　　配電系統中電力負荷如電動機、變壓器等,屬于既有電阻又有電感的電感性負載。電感性負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,又叫力率。功率因數是反映電力用戶用電設備合理使用狀況、電能利用程度和用電管理水平的一項重要指標。三相功率因數的計算公式為:

　　式中cos ――功率因數

　　P――有功功率(kW)

　　U――用電設備的額定電壓(V)

　　I――用電設備的運行電流(A)

　　功率因數分為自然功率因數、瞬時功率因數和加權平均功率因數。

　　3 TSC系列動態補償裝置技術特點

　　TSC系列可控硅動態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、保護元件組成?？刂破鲗崟r跟蹤測量負荷的功率因數和無功電流,與預先設定的給定值進行比較,動態控制不同組數電容器的快速無過渡投切。克服了傳統無功功率補償器因采用機械開關而造成的觸點燒結、對電容沖擊大等缺點,對各種負荷均能起到良好的補償效果。

　　3.1TSC可控硅動態無功功率補償器

　　采用大功率可控硅組成的無觸點開關,對多級電容器組進行無觸點、無涌流、無過渡投切。能根據負荷無功功率的大小及功率因數的實際運行水平自動投切,動態補償無功功率,響應速度小于20ms,保證系統功率因數在0.9以上,抑制諧波,改善電壓質量,減少線路損耗,提高電氣設備工作效率。

　　適合于三相對稱性負荷的實時功率因數補償,對三相負荷進行跟蹤補償;觸發采用光電觸發方式,實現一次系統和二次系統隔離,解決諧波干擾問題,高可靠性,控制簡單;系統電流過零投切,電容投切過程中無涌流沖擊、無操作過電壓、無電弧重燃現象。

　　3.2諧波抑制

　　動態抑制系統諧波,針對電力系統諧波源影響,采用光觸發控制和諧波抑制技術,安全運行?？刂破鳌㈦娍蛊鳌Ⅱ寗悠魈厥庠O計,選用串聯電抗器,從根本上解決與系統發生串聯、并聯諧振,避免使諧波放大,實現無功補償和諧波抑制并舉的功能。

　　3.3控制器

　　全數字化、液晶顯示,具有聯網通訊功能,控制具有高可靠性,操作簡單,有良好的人機界面。與系統連接時,不需考慮交流系統相序,不會因為相序接錯而帶來燒壞可控硅或其他器件的現象;正面柜門上顯示,不用開門即可進行控制器參數設置、調整,保護操作人員人身安全。

　　3.3保護元件

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

　　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量可靠產品,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,選進口優質品牌產品較好。

　　3.5電抗器

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

　　3.6強迫風冷系統

　　為了降低柜內溫度,保證元件可靠工作,配備強迫風冷系統,自動監測運行,高溫時自啟動,低溫時處于休眠狀態。

　　4無功補償對企業的好處

　　首先,提高了功率因數,獲得優惠電費價格,至少可避免被罰款。其次,降低了企業的用電量。第三,在系統內電壓一定情況下,降低了視在電流。第四,提高系統變壓器的使用裕度。第五,提高系統內電壓數值。綜合上述原因,對企業整體而言,進行無功補償有相對直接的經濟效益。

　　5電容補償裝置在運行應注意的問題

　　5.1環境溫度

　　電容補償裝置周圍環境的溫度不可太高,也不可太低。如果環境溫度太高,電容裝置工作時產生的熱量散不出去;而如果環境溫度太低,電容可能會凍結導致擊穿。

　　5.2工作溫度

　　工作時溫度不宜過高,否則會引起熱擊穿,或是引起鼓肚現象,導致電容損壞。

　　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,應在電容器上串聯適當感性電抗,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

　　多組電容器并聯運行時,擊穿引起短路有可能引起電容爆炸,應采取適當保護措施及注意實際應用中接線方式選擇。

　　6小結與建議

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

　　(2)在電容補償裝置選擇上應根據工況負荷環境進行配置,及時與設計生產單位溝通元件配置參數比例,對特殊用電環境應采取有效措施,以期在投用中起到良好效果。

　　(3)根據實際容量配置需求,選擇適當的接線方式。