电容补偿装置（通用10篇）
电容补偿装置 篇1
中压电动机在启动时, 一般会产生5~7倍的启动电流[1], 这一方面造成对电网的冲击、降低电网电能的质量;另一方面造成电机绕组的发 热, 并且过大的转 矩冲击又 会影响电机本身及其驱动设备的使用寿命[2]。此外, 对于煤矿挖掘机、抽油机、提升机等采用移动电源车, 柴油发电机组供电、频繁启动、周期性冲击负荷的大功率机电设备, 其电动机在启动过程中, 除去以上问题外, 还存在以下两个不利因素。
(1) 柴油发电机供电系统的突加负载的能力比 一般变压 器供电系 统的要弱 , 其突加负载一般为50%额定负载, 而变压器供电系统的突加负载则没有限制。
(2) 由于启动电流大, 功率因数低, 因而异步电动 机启动时 , 会对柴油 发电机造 成很强的去磁作用, 导致其输出电压降低, 运行频率下降, 带不动负载。
针对以上 情况, 该公司研 制了一种 中型异步电机 电容启动补 偿装置, 以解决此类问题。该装置在神华集团, 内蒙古薛家湾煤矿等地的应用中, 取得了理想的效果。
1 启动补偿装置设计原理
补偿装置的主电路原理图如图1, 其工作原理为:首先, 发出启动命令后, DSC控制器通过电流互感器CT, 依次检测电动机三相电流。如果某相电流超过设定, 则控制器通过驱动电路, 控制继电器K2触头闭合, 接入三相电容 补偿电路, 以对电动机的 启动电流进行限流和功率因数补偿。其次, 控制器延时一段 时间后, 再次检测电动 机各相电流, 如电动机相电流小于设定值, 则控制继电器K2断开, 使补偿电路脱离, 从而完成电机的启动。为限制启动过程中, 谐波引起的过流和 电容器组启 动涌流, 每相电容器组还串 接干式铁心电 抗器。电容补 偿电路的参数设计, 以电路不产生振荡为准。为了避免电压波 动对电容器 造成损害, 系统选用的补偿电容额定工作电压略高于系统额定电压 的电容器, 为避免由此带 来电容器实际容量下降。系统设计过程中, 在选择电容器时, 对电容器容量 进行了适 当的补偿。
补偿装置的控制以Microchip公司出产的DSPIC6014为控制核心[3], 它既可单独运行, 又可通过232/485接口, 与上位机 (PC机) 组成主、从 控制系统, 由上位机 通过标准的MODBUS-RTU协议, 控制设备的运行。补偿装置的控制电路原理框图如图2。
与之配套 的 , 上位机监 控程序采 用VB6.0编写[4]。上位机用户界面如图3所示, 它采用的是VB中MSComm的控件的事件驱动方式接收数据。程序中设及到的03码、05码、0 6码等命令 字的发送 , 则严格按MODBUS协议所设计的帧格式和主、从机在该协议基 础上所定义 的通信协 议进行。Timer1定时器事 件是整个 监控程序 的核心, 用于对接收到的, 从机 (补偿装置) 上传的数据帧, 进行有效性判别、应答和超时判断。由于本装置采用的是标准MODBUS协议, 因而有较强的兼容性, 除了可以使用VB软件编写监控 软件外, 还可以通过简 单的组态, 采用任何支持MODBUS协议的组态软件, 编写监控程序, 以方便用户。
2 应用实例
2.1 背景介绍
补偿设备研制成功后, 已成功地运用于内蒙古神华集团薛家湾煤矿的WK-10系列挖掘机的异步 电动机的启 动中。该挖掘机由太 原重型机械 厂生产, 采用中压交流 电动机 (690KW/6KV) 驱动, 电源车供电, 其中的柴油发电机采用美国康明斯进口发电机组。发电机组频率范围为:50~52.5Hz, 输出电压范围为:6 000~6 600V, 额定电流206A, 最大过载电流309A, 其频率越高, 输出功率越大, 启动电流越小。
2.2 设备使用前、后对比
该挖掘机 驱动电机 在使用本 设备前, 采用串电抗器 启动方式。发电 机工作频 率为52.5Hz, 输出电压为6 400V, 启动电流为额定电流的7~9倍, 且功率因数较低, 一般只有0.2~0.3左右, 因而导致柴油发电机组提供 的有功分量 明显减少, 满足不了启动的要求, 往往启动瞬间, 挖掘机驱动电机停机 , 产生过电 压 , 造成发电 机组智能 型PCC3201控制系统电子模块化控制盘, 发生过压保护动作, 使得发电机组停机。据统计, 采用电抗器这种方式启动, 一般情况只有33%的情况可 启动成功, 并且由于 启动时, 电机发热, 再次启动往往需要间隔半小时, 严重影响了该设备的使用效率。
在加装本 公司电容 补偿装置 后, 由于启动电流所需的无功电流大都由电容器供给, 因而该装置的使用, 减少了启动电流对柴油发电机的 去磁作用, 从而提高整个 设备的安全系数和效率。此时, 启动电流减少到300A, 低于发电机最大过电流309.3A, 发电机频率可减小到50Hz, 输出电压:6 400V, 经过测试, 一般95%以上可启动成功。如把发电机频率适当调高, 启动成功率则更高。
在实际应 用中 , 我们测试 发现 , 启动时, 电容补偿电 路启动投入 时间点的 确定一般不存在问题, 但断开时间点, 需要根据现场情况进行多次调试, 以防止电容放电、反冲过电压, 使发电机组保护装置动作。
3 结语
该启动装置用于挖掘机, 提升机、抽油机等大功率、电源车供电、频繁启动的工矿设备中, 在不影响启动力矩的情况下, 既降低了启动电流、缩短了启动时间, 又提高系统的功率因数, 取得了较好的效果, 具有较大的实用价值。
参考文献
[1]邓星钟, 周祖德, 邓坚.机电传动控制[M].武汉:华中科技大学出版社, 2001.
[2]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京:机械工业出版社, 2004.
[3]梁海浪.DSPIC数字信号控制器C程序开发及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2006.
[4]李江全, 汤智辉, 朱东芹, 等.Visual Basic数据采集与串口通信测控应用实战[M].北京:人民邮电出版社, 2010.
中压电容补偿对供电系统的影响 篇2
【关键词】供电系统；电容补偿；电压调节；应用
【中图分类号】U223.6 【文献标识码】A 【文章编号】1672—5158（2012）08—0033-01
随着国家经济的发展和人民生活水平的提高，大量的高层楼房、高档商场、宾馆、办公楼等民用建筑在城市中拔地而起，使城市用电量快速增长。但是，在这些民用建筑场所内使用的多为单相电感性负荷，因其自身功率因数较低，在电网中滞后无功功率的比重较大。为保证降低电网中的无功功率，提高功率因数，保证有功功率的充分利用，提高系统的供电效率和电压质量，减少线路损耗，降低配电线路的成本，节约电能，通常在供电电系统中装设电容器无功补偿装置。
1 无功自动补偿按性质分为三相电容自动补偿和分相电容自动补偿
三相电容自动补偿主要适用于三相负载平衡的供配电系统。因三相回路平衡，回路中无功电流相同，所以在补偿时，调节无功功率参数的信号取自三相中的任意一相，根据检测结果，三相同时投切可保证三相电压的质量。
在民用建筑中大量使用的是单相负荷，照明、空调等由于负荷变化的随机性大，容易造成三相负载的严重不平衡，尤其是住宅楼在运行中三相不平衡更为严重。由于调节补偿无功功率的采样信号取自三相中的任意一相，造成未检测的两相要么过补偿，要么欠补偿。如果过补偿，则过补偿相的电压升高，造成控制、保护元件等用电设备因过电压而损坏；如果欠补偿，则补偿相的回路电流增大，线路及断路器等设备由于电流的增加而导致发热被烧坏。这种情况下用传统的三相无功补偿方式，不但不节能，反而浪费资源，难以对系统的无功补偿进行有效补偿，补偿过程中所产生的过、欠补偿等弊端更是对整个电网的正常运行带来了严重的危害。
据有关资料介绍，某地综合楼是集商场、银行、办公、车库、宾馆为一体的一类高层建筑，总建筑面积3.2万m2。主要用电设备有空调机组、水泵、风机及照明灯具等，其中照明灯具均为单相负荷，功率因数在0.45～0.75之间。低压有功计算负荷2815kW，其中，照明用电有功负荷1086.5kW，其它负荷基本为空调、风机、水泵、电梯等三相负荷。补偿前无功功率3182kvar，若整体功率因数补偿到0.92，需補偿1982kvar，补偿后无功功率1200kvar。原设计采用低压配电室并联电容器组三相集中自动补偿，工程竣工投入使用后，经常出现仪器、灯具等用电设备烧坏或不能正常使用等情况，影响正常经营和工作。经现场测试，发现低压馈线回路三相负荷不平衡，差距越大，电流差也越大，最大相电流差为900A；检测母线电压，三相母线电压有的高达260V，有的低到190V。通过分析是三相电容自动补偿造成的结果。
对于三相不平衡及单相配电系统采用分相电容自动补偿是解决上述问题的一种较好的办法，其原理是通过调节无功功率参数的信号取自三相中的每一相，根据每相感性负载的大小和功率因数的高低进行相应的补偿，对其它相不产生相互影响，故不会产生欠补偿和过补偿的情况。
2 电容补偿的使用：智能三相自动无功补偿
该装置的控制模块和数据采集模块采用新型单片机和大规模集成电路，开关模块采用大功率晶闸管，实现电容器组的零电压投入和零电流切除，无合闸浪涌电流冲击，无火花和谐波干扰。产品特点如F：
（1）实现了控制模块的数字化和智能化，开关执行单元无触点，确保了控制精度和运行的可靠性；
（2）全自动分相、分级按需补偿；
（3）可灵活设定过压、欠压、欠流延时等参数，具有完善的越限报警和过压、欠压、缺相、缺零、谐波越限保护缩闭功能，保证系统安全运行；
（4）实时数字式测量、显示电网中的主要参数：功率因数、电压、电流、谐波电压及电流、有功功率及电度、无功功率及电度等；
（5）带有谐波分析，测量总的谐波失真（THD）以及1～31次谐波电压及电流，为治理谐波提供准确的数字依据；
（6）采用“自愈式”电容器，具有使用寿命长、可靠性强、温升小、无需专门散热装置等优点；
（7）具有数据采集功能和标准的通信接口（RS232），可实现远程实时监测和计算机联网管理；
（8）采用模块化结构设计，易于维护和升级。
从上述产品的功能可以看出，智能三相自动无功补偿能自动检测各相负载的功率因数，同时自动分相投入各相所需的电容补偿量，以使各相的无功功率补偿达到最佳状态，对于大量使用单相用电负荷，易产生三相不平衡的用电单位如住宅小区、宾馆、饭店、大型商场等民用建筑的配电系统有改善功率因数、提高电网效率、改善电压质量、节约用电、增大变器有功容量等显著效果，较大程度满足了“电网绿化”的要求。2分组电容自动补偿的应用在低压电网中大量的用电设备为电感性，尤其是在大面积、大开间的商场、办公楼等日常生活和办公场所，大都会采用发光效果好的荧光灯进行人工照明。荧光灯具有光效好、寿命长、无污染等特点，属绿色光源。目前，民用建筑工程中大量使用电感型镇流器荧光灯，压它具有成本低、寿命长、维修工作量少、投资少等优点，但其启动时间长，功率因数低，约为0.5～0.6，自身损耗大，加大了供配电系统网络损耗，造成了能源的浪费。
通过电容补偿的方式来解决大面积商场、办公楼的感性负荷功率因数低的问题是目前设计中常用的方法。
结语：在目前补偿电容器技术和制造质量、自动投切装置有了很大提高的前提下，笔者认为在这类民用建筑的配电系统中分组设置补偿电容，即根据建筑使用功能分区，用电较集中、电气设备功率因数较低的配电箱处设置电容补偿装置较为适宜。
参考文献
[1]陈珩.电力系统稳态分析[M].北京：中国电力出版社，2007：73—76
[2]鞠平.电力工程[M].北京：机械工业出版社，2009：2 37—239
[3]张德丰.MATLAB/SIMULINK建模与仿真实例精讲[M].北京：机械工业出版社，2010：204—243.
电容补偿装置 篇3
关键词：高压并联电容器,补偿装置,熔断器,继电保护
0引言
近年来, 随着用电量的日益增加, 供电系统 常常出现 供不应求的现象, 其中一个主要原因是供电系统发生故障率高, 容易造成电能浪费, 降低输配电效率, 电网系统中, 主要是高压电容器组发生故障较 多, 这就要求 对其进行 更全面的 保护。目前, 我国电网中多采用并联电容器组作为补偿装置。为了提高输配电系统的供电质量并降低无功损耗, 无功功率补偿是应用最为广泛的补偿方式。传统的电容器补偿装置保护措施不 够完善, 一般只有内部故障保护和过电流保护, 但是没有设置 多次电容器爆炸和电容器组起火方面的保护措施。多起电容 器爆炸和电容器组起火事故的发生, 证明必须要对电容器补偿装置进行二次保护, 以保证高压电容器能够稳定可靠的工作。随着科技的进步, 相关专业人员也越来越重视高压并联电容器补偿装置的二次保护。下文对此展开讨论。
1高压并联电容器补偿装置二次保护的重要性
高压并联电容器补偿装置的主要组成部分有高压开关柜、并联电容器及其支架、串联电抗器、接地开关、单台电容器保护专用熔断器等。并联补偿装置的主要功能元件包括并联电 容器和与其串联的电抗器。在并联补偿装置中, 将电抗器串联到电容器中, 主要目的是当某些特定谐波通过时, 可以形成一 个高阻抗通路, 该高阻抗 通路可以 使电容器 避免谐波 带来的危害, 保证电容器始终在完全的工频电流条件下工作, 或者仅允许少部分谐波电流流入, 防止电容器超载, 避免事故 发生。传统的简单并联电容器无功补偿方式安全性差、效率低, 所以必须要设计针对不同形式负载条件的高压并联电容器补偿成套装置对其进行补偿, 并且随着用电量的增加和用电电压的提高必须要设计电容器补偿装置的二次保护, 保证整个电网系统可以安全可靠的运行。
2电容器组的保护
电容器组的保护方式有多种, 通常包括 继电保护、内 部熔丝保护和外部熔丝保护等。一旦电容器内部发生故障, 继电保护和外部熔丝保护共同作用, 防止电容器发生爆炸。进口电容器组和有内部熔丝的并联电容器多采用内部熔丝作为电容器的内部保护。下面介绍外部熔丝保护和继电保护的具体形式。
2.1外部熔丝保护
当单台电容器内部发生绝缘损坏时, 很容易产生极间的短路现象, 从而造成运行停止, 甚至发生失火事故。为了 避免短路现象的发生, 在每台电容器都要安装专用的熔断器。专用熔断器可以避免单台电容器损坏而导致极间短路等联锁反应的发生。常用的专用 熔断器有 限流式熔 断器和喷 逐式熔断 器。因为限流式熔断器成本较高, 所以目前我国输配电系统中多采用BRN-10/P型号的喷逐式 作为电容 器保护专 用熔断器。应根据熔断器的时间—电流特性曲线选择电 容器保护 专用熔断器, 合格的熔断器的时间—电流特性曲线应该在被保护电容器外壳爆裂概率曲线的左边, 熔断器的额定电压必须高于被保护电容器组的额定电压, 熔丝额定电流具体计算方法为:
式中, I为熔丝额定电流;Qc为被保护电容器的额定容量;Ue为被保护电容器额定电压。
2.2继电保护
目前我国使用的电容器组接线方式主要有三 角形和不 接地星形。在三角形接线电容器组中, 当电容器被击穿而造成短路时, 会产生很大的故障电流, 很可能造成电容器爆炸事故, 并且三角形接线方式的电容器还存在很多缺点, 比如, 三角形接线电容器没有可靠的保护方式, 并且其对单台保护熔断器有很高的性能要求。所以在20世纪80年代后, 三角形接线方式逐步被淘汰, 多采用星形接线方式, 因此本文主要介绍星形 接线方式, 不再介绍三角形接线方式。单星形接线方式优于双星形接线方式, 因为单星形接线电容器组是采用开口三角电压进行保护, 保护方式简单可靠并且投资少, 灵敏度高, 更容易布 置, 并且单星形接线电容器组没有双星形发生两臂对称故障时不能动作的不足, 所以目前 使用单星 形接线方 式的电容 器组较多。根据接线方式的不同, 继电保护分为以下3种形式:
2.2.1零序电流保护
零序电流保护主要应用于双星形接 线的电容 器组。双星形接线的不平衡电流保护整定计算公式为:
式中, Idz为每台电容器的额定电流 (A) ;I0为中性点 之间流经的电流 (A) , 当电容器 组装有专 用熔断器 保护时, , 当电容器组未安装专用的熔断器保护时, 必须要校验动作值, 否则可能会对正常状态下的不平衡电流产生影响, 即为正常状态下不平衡电流) 。
2.2.2零序电压保护
零序电压保护适用于电容器组单星 接线的形 式。零序电压保护的计算方式为:如果电容器组设有专用的单台熔断器保护, 则如果电容 器组没有 专用的熔 断器保护, 则其中, Udz为动作电 压 (V) ;K为发生故障而断开的电容器数;N为每相电容器串联段数;M为每相串联段并联电容器数;β为击穿1台电容器的百分数;Uex为电容器组额定相电压 (V) 。因为三相电容器是不平衡的, 并且电网本身的电压也具有不对称性质, 所以在正常工作时有不平衡零序电压存在, 应对其进行校核验证, 即Udz≥KKU0bp (KK为可靠系数, 通常取1.2~1.4) 。
2.2.3电压差动保护和桥式差电流保护
电压差动保护多用于多段串联的单星电容器组中;桥式差电保护适用于每相都接成4个桥的电容器组。
3高压并联电容器补偿装置的二次保护
高压并联电容器补偿成套装置的保护 包括:谐波保护、失压保护、过电压保护和过电流保护等。
3.1过电压保护
电容器组在运行过程中对作用在其上的电压是有限制的, 一般作用在电容器组上的电压不能超过1.2倍的额定电压, 如果电容器组长期在 高电压条 件下工作 可能会击 穿电容器 组。目前电容器组都装有母线过电压保护装置, 目的是防止当母线稳态电压突然升高时, 电容器组被击穿现象的发生。电容器组安装的过电压保护装置是带时限动作于信号。
母线过电压保护具体计算公式为:
式中, Udz为保护装置的动作电压;K为电容器组允许的电压与额定电压的比值;Uem为电容器额定电压;A为电容器组每相的感抗与容抗的比值, 通常可以根据不同的系统参照表对电容器组中的过电压保护参数进行整定。
例如, 在装置中安装有危机保护装置, 但是系统 中存在很严重的过电压现象, 就必须在微机保护装置中参照具体参数表设置过电压保护。该方法已经成熟应用于多项工程中, 且实际效果很好。
3.2失压保护
如果系统发生线路故障而导致电容器组失去电源, 而修复故障后又使电容器组的母线带电, 此时电容器的端子存在残余电压, 且该残余电压高于0.2倍的额定电压, 在此条件下, 电容器组将承受高于其允许的1.2倍额定电压, 从而造成电容器击穿破坏。所以应该增加失压保护装置, 且失压保护装置带时限动作于跳闸。
母线失压保护的具体计算公式为:
式中, K为当系统 工作正常 时出现的 最低电压 系数, 通常取0.3~0.5;Uhm为电容器组的母线电压 (V) ;n为电容器 装置的电压互感变化比。
4结语
本文所述保护方式已经成功应用于 输配电、钢铁、石 化等行业用电系统的系统补偿中, 并且高压并联电容器补偿成套装置的二次保护已经在实际运行中得到验证是安全可靠的, 装有本文讨论的保护系统的电容器组设备运行稳定可靠, 没有发生过电容器失火和电容器爆炸等重大危险事故。高压并联 电容器补偿装置的二次保护还有待进一步完善和改进。本文 所做研究可以为以后对于高压并联电容器补偿装置的二次保护的深入研究提供支持。
参考文献
电容补偿装置 篇4
目前，在无功补偿方面，变电所(站)和大用电客户大多采用集中补偿的方式，即供电部门将高压电容器集中安装在变电站的10千伏母线上，电力用户将低压电容器柜集中装设在0.4千伏母线上。集中补偿的优点是设备利用率高，便于维护管理，电容器的总容量相对少一点，但集中补偿存在以下不足之处：
(1)在变电站的10千伏母线上安装高压电容器，只能改善10千伏母线及以上供电设备的功率因数，对于10千伏配电线路的功率因数还是没有改善，10千伏线路的电能损耗不会减少。
(2)电力用户在0.4千伏母线上安装的低压电容器柜，只能改善用户配电变压器及10千伏电网的功率因数，对用户内部0.4千伏线路上的电能损耗还是起不到减少的作用。
(3)电力用户的负荷是经常变化的。当用户负荷减少或停了以后(如夜间停止生产或星期天)，就必须及时将电容器减少或切除。否则无功电流将向电力系统倒流，引起线路电压升高，加大电能损耗，给系统带来极为不利的影响。如果用手动投切电容器，将增加麻烦；采用自动投切装置将增加投资。
一些地区的供电部门为了防止用户功率因数超前，就采用加装反向无功电能表的方法，把用户在轻负荷时因功率因数超前而向系统倒流的無功电量也计人用户从系统吸收的无功电量之中。这就使用户在装了电容器的情况下功率因数仍然达不到供电部门规定的标准。不但花钱装了电容器，而且仍然因功率因数计算值低而被罚款。
(4)目前供电部门考核用户的加权平均功率因数是根据用户有功和无功电能表连续累计的数字计算的，采用集中补偿能够实现用户加权平均功率因数符合供电部门的要求，但这反映不出用户在系统高峰负荷时瞬间的功率因数值。即使用户的加权平均功率因数都达到规定的标准，但在高峰负荷时可能功率因数是偏低的，而高峰负荷时正是特别需要节能的时候。
(5)集中补偿不但如上述需要配电柜和自动补偿装置，而且还需建房子或在配电室中占面积，一次性投资大。
2.分散补偿的优越性
所谓无功分散补偿，就是供电部门在10千伏配电线路变压器的低压侧装设电容器以补偿变压器的无功损耗；电力用户在10千瓦以上的异步电动机旁，配备相应容量的低压小型电力电容器以补偿电动机的无功功率。即对哪一部分的无功就在哪一部分补偿，使无功分散补偿，就地平衡；并使无功补偿更接近于负荷线路末端，从而把电能损失减少到最低限度。它有以下几方面的优越性：
(1)供电部门可以使10千伏配电线路的损耗减小。
(2)电力用户不仅可以满足供电部门对功率因数的要求，而且可以使用户内部0.4千伏低压线路上的损耗减小，使用户取得无功补偿的最佳经济效益。特别是在农村电网里，由于点多、线长、面广，负荷季节性强，以及大马拉小车等多种因素，自然功率因数很低，有的竞在O.4以下，更适宜采用无功分散补偿。
(3)电容器和电动机直接并联在一起，一起投入和停用，可以保证无功不倒流，使用户的功率因数始终处于滞后的状态下。
(4)使用户内部0.4千伏低压线路的无功电流大量减少，从而“释放”出富裕容量，减少电气设备的投资。
(5)无功分散补偿安装简单、方式灵活多样，既不需要专用配电柜和自动补偿控制器，也不需要另外建房屋或在配电室中占地位。虽然在电容器的总容量上相对于集中补偿会稍多一些、价格稍贵一点，但从总投资上比较相对于集中补偿还少一点，至多相当。也可以分期分批地装设，在设备投资方面用户容易接受。
(6)将电容器安装在异步电动机附近，可以提高电动机的端电压，相应减少电动机的电流，延长电动机的使用寿命。
以上是无功分散补偿的优点，但在某些情况下安装的电容器数量会较多，过于分散会给运行维护带来某些麻烦。这就需要与局部集中补偿配合使用，以求得最佳的技术经济效果。
3.如何确定电容器安装的位置
(1)供电部门在10千伏线路上安装时，可以把电容器放到变压器低压侧的内侧，当变压器停运后电容器可以向变压器发电。这样只要变压器运行电容器就投入，以提高电容器的利用率。
(2)电力用户安装时，可以安装在0.4千伏母线上，用三根导线把电容器并到母线上即可，不需配电柜、开关和刀闸。只是在检修0.4千伏母线时要注意对电容器放电。对已装集中补偿柜的电力用户，如果改装，可以利用原有的配电柜，只是把电容器容量减少(按Q=I/SW预留)。将多余的电容器拆下分散安装到大电动机上和负荷比较集中的地方。
(3)给异步电动机并联电容器时，可以把电容器并到电动机控制器的负荷侧或电动机进线处，电容器和电动机一起投入和停用。
4.应用实例
采用了低压小型电力电容器进行无功分散补偿后，可取得明显的经济效益，同时将10千伏农网的线损率降低找到了一条切实可行的途径。
例135kV德明变电所2008年底对10千伏线路上的117台配电变压器分别安装了总容量为628千乏不同容量的低压小型并联电容器。经过10个月的运行，与2007年1～10月份同期相比，线路输送有功电量增长38％，无功电量下降19.5％；功率因数由0.16提高到0.79；线损率由14.57％下降到11.02，下降3.6％。2009年1～10月总的供电量719万千瓦时，少损25.5万千瓦时，平均每月节电2.55万千瓦时。如电价按0.1元千瓦时计，每月可节约2550元。而投资的电容器费用为3万元，不到12个月就可收回全部投资。
例2开发区一企业有一台560千伏安变压器，有三台总容量为312千乏的电容器柜，月用电量17Zf千瓦时。2010年7月，为了解决职工的防暑降温问题，安装了两台75千瓦冷冻机组。
电容补偿装置 篇5
在低压无功补偿需要的设备中电容器需要很多投切件, 而投切件进行投切时是否平稳, 其使用寿命的长短都因投切件的差异而不同, 文章便针对这一问题进行了论述。
1 带预投电阻的接触器补偿装置
电容器会在接触器投入时保持零电压状态, 这种初始状态在触电闭合时被打破, 这一状态下电网电压不会为零, 而回产生强大的电流, 这种电流一般被称作合闸涌流。通过试验, 合闸涌流可以超出电容器的额定电流, 严重时是额定电流的五十倍之多。这对电容器以及接触器都会造成影响, 并且也会冲击电网, 影响电网中设别的运行状态。而针对这一问题可以通过限流电阻的设置以及串接电抗器的使用对涌流进行限制, 虽然控制效果仅能够令涌流不超过额定电流的20倍, 但是这种方式下会出现诸多故障, 设备的维修费用支出较高。
1.1 优点
采用该种方式设备不会产生较大的功耗, 且在使用过程中温升较小, 这是由于触头面积较小不会产生很大的接触电阻, 因而不会产生很大的热量。另外设备的初期投入较小, 设备的短路能力较强。
1.2 缺点
该方式的触头容易发生粘结或者烧毁问题, 从而影响补偿装置寿命, 后期的维护支出较大, 会直接冲击电网。此外, 该种方式的投切速度也相对较慢。为了解决涌流问题, 很多企业会在交流接触器上通过限流阻抗的安装对涌流予以限制, 但是效果相对较差, 一旦电流过大, 那么就会将限流阻抗以及主触点烧毁。尤其是当无功负荷相对较大, 电容器需要进行频繁的投切, 这种状态下其使用寿命实际只有1年, 检修以及更换频率较高。产品标准按照JB7113-93进行操作。需要保证装置投入运行后的瞬间涌流应当被限定在20倍以下, 最后电容器运行时, 其涌流通常为10倍左右的额定电流。
1.3 适用范围
该种方式使用平稳的负荷状态下, 三相电压较为平衡, 并且无功变化速度较慢的环境。
2 用晶闸管作电容投切开关的装置 (TSC)
利用晶匣管作为投切开关的电容器, 主要利用了电子开关进行投切, 反应速度相对较快, 其电路为过零触发的方式, 若检测过程中晶匣管上施加电压为零, 那么就会引发其发出触发信号, 从而导通晶匣管。这种状态下电容器同电网的电压相等, 不会出现合闸涌流现象, 有效的解决了此类问题。
2.1 优点
该种设备的优势较为明显, 具有过零触发的优点, 并且能够过零检测, 不会产生合闸涌流, 即电网不会受到冲击。另外不会产生操作过电压, 也不会产生电弧重燃的现象, 这从根本上解决了投切过程中交流接触点出现烧结的现象。此外晶匣管作为投切开关的设备的投切速度较快, 最快的相应时间可以达到5m/s。
2.2 缺点
此类设备具有较大的功耗, 且需要复杂的散热系统作为支撑, 可靠性也相对较低。
晶闸管元件在导通状态下有较大的管压降, 大电流通过时, 产生很高的温升, 需要用温控开关控制轴流风扇或水冷设备散热。散热器件中的机械旋转运动易损器件, 存在着一定的不可靠性, 散热系统一旦停运, 就会影响装置的正常运行, 因此降低了TSC无功补偿装置的可靠性初期造价高。瞬时过载力差。
2.3 应用
电气铁道、电焊机、压塑机、冶炼厂等要求快速跟踪场合。
3 用复合开关做电容投切开关的装置 (TSC+MSC)
复合开关投切装置工作原理是先由晶闸管在电压过零时投入电容器, 然后再由磁保持继电器触点并联闭合, 晶闸管旁路, 电容器在继电器触点闭合下运行。因而实现了投入无涌流运行不发热的目的, 但为了提高装置的性价比, 利用晶闸管在短时间内电流可承受过载多倍额定电流的特性, 通常可选用小功率、低耐压晶闸管, 过零投入, 再用继电器闭合运行。通断瞬间由晶闸管完成, 运行通流由磁保持继电器经脉冲电压触发使触点吸合而完成, 低功耗、不发热、无谐波、安全可靠;投切速度介于接触器和晶闸管无触点开关之间, 适用范围大。
3.1 优点
故障率低, 寿命长。在过零点合闸分闸 (需特别指出的是, 复合开关的过零投切指的是晶闸管两端的压降电压为零) , 不产生电弧, 无合闸浪涌电流冲击, 无接触器触点烧结损坏现象。
由于磁保持继电器在工作时, 线圈瞬间吸合恒磁保持, 线性电子自动转换, 同极磁斥力释放, 不受电网电压波动影响, 不弹跳、不拉弧、不烧线圈、不烧触点, 无噪音, 抗雷击, 无电磁污染等优点。由于磁保持继电器结构不同于“电磁保持交流接触器”, 线圈毋须带电保持磁性, 这极大的的降低了设备本身的功耗, 也使得在无事故状态下, 设备使用寿命也大大延长, 可靠性极高, 近乎于实现了器件的免维护、免更换。相比而言, 传统“电磁保持交流接触器”虽然沿用了几十年, 但它是存在严重缺陷的不可靠产品。在工作时, 线圈瞬间吸合电磁保持, 线圈升温快和触点受电网电压波动影响而不恒定, 会产生弹跳、拉弧、烧坏主触点及线圈, 可靠性很差。
此外, 该种设备具有较低的功耗, 并且不会出现畸变波形。通过实验可以表明, 复合开关所产生的损耗功率相对较低, 仅仅为DZ型空开的热损量。一般情况下, 运行一年后TSC开关同复合开关相比, 高达复合开关的5倍左右。且在正常导通状态下, 继电器触电的导通电阻较小不会产生较大的热损。初期投入费用不高, 不需要额外的散热系统安装费用。另外设备具有较快的投切速度, 由于设备中应用微处理器残压检测, 因而加速了投切速度。后期也无需较大的维护, 因而费用相对较低。
3.2 缺点
设备抗短路能力不高。
3.3 适应范围
在无功变化相对较快的环境下适用。
4 结束语
通过上述内容的分析可以看出, 低压无功补偿正向着节能低耗以及长寿命的使用上发展, 而要真正的实现这一目的, 增加经济效益, 就必须对设备进行合理的选型, 使得设备同实际的应用需要相适应。装置的制造者以及使用者在利用设备的过程中不但要考虑设备的成本, 还需要对设备投入后的性能进行综合考虑, 只有这样才能够令低压无功补偿发挥真正的作用。
摘要：受到国民经济快速增长的影响, 我国的供电网络也不断的改造, 现有的供电设备虽然经过了革新, 但是仍旧无法满足日益增加的电力需求量, 全国各地已经多次出现拉闸限电以及缺电的现象。为了满足当前社会对于电力的需要, 合理解决电力供需矛盾, 缓解用电紧张, 除了加速电厂的建设发展之外, 无功补偿在电网的应用中也是一种极好的方式。无功补偿既能够扩大输变电设备的供电能力, 同时还能够提高电能的质量, 保护线路, 降低损耗, 以此缓解电力的工序矛盾, 并且还能够提升电力部门的经济效益, 例如通过延长电力设备的使用寿命降低电网建设成本。另外, 还能够减少用户电费支出。
关键词：无功补偿,电容投切开关,电力
参考文献
[1]付周兴, 赵建文.电网无功自动补偿软件设计实现[A].第十一届全国煤矿自动化学术年会论文专辑[C], 2001.
[2]江和, 吴功祥, 张培铭.新型无涌流投切的无功补偿器设计[A].中国电工技术学会低压电器专业委员会第十三届学术年会论文集[C], 2007.
电容补偿装置 篇6
1.1 电容器组接线及CT配置
串联补偿装置的电容器组是由多个电容器单元通过串、并联方式组合而成, 当电容器单元内熔丝熔断时就会使其它电容器单元电压不平衡, 进而发展为过电压, 造成电容器贯穿性短路。由于电容器暂态测量阻抗和稳态测量阻抗有一定差异等原因, 使得电容器阻抗在线检测有一定难度。通常将电容器分为4个桥臂接成H形, 在其中加上不平衡CT, 来检测电容器单元是否有熔丝熔断。对于H形接线形式的电容器在设计和选择上要尽可能地使各个桥臂上的电容参数一致, 以降低不平衡电流。
串补电容器在实际工程中有如图1所示两种接线形式。
电容器两种接线方式各有优缺点, 表l是两种接线的比较。
1.2 电容器接线对合闸失灵保护的影响
旁路断路器合闸失灵保护:串补所在线路或串补装置发生故障, 其相应保护动作, 发出合旁路断路器命令, 恰好旁路断路器发生合闸故障, 无法合上, 设定延时到后, 旁路断路器仍未合上, 合闸失灵保护动作将串补所在线路两侧断路器跳开, 切除故障。
在实际工程中, 由于电容器接线不同, 旁路断路器合闸失灵保护的逻辑判据条件也不同。对于1个H形接线, 由于配置了电容器电流互感器CT1 (如图2所示) , 通过电容器CTI就可以反映电容器组上的电流。旁路断路器的分合闸位置对电容器上的电流是有影响的。如果旁路断路器处于合闸位置时 (电容器组的放电电压衰减至10%以下的时间小于5ms, 所以不考虑放电电流的影响) , 电容器上的电流就为零。所以可以将电容器上的电流作为判断旁路断路器合闸失灵的条件之一。
对于2个H形接线, 没有配置电容器电流互感器, 电容器上的电流依赖于装在串补装置上的线路电流互感器CT2 (如图2所示) 反映。旁路断路器
处于分闸和合闸位置时, 线路电流是相同的 (不考虑串补投退, 引起线路负荷电流变化的影响) 。线路电流不能作为旁路断路器合闸失灵的逻辑判据条件。
旁路断路器合闸失灵保护动作后, 要切除串补装置所在线路两侧的断路器, 其动作行为较为严重, 因此对于断路器合闸失灵保护在逻辑判断上应该更为严格, 所以在动作逻辑中加入电流判据是合理的。对于2个H形接线, 增加总电容器电流互感器是最优化的设计方案。
1.3 电容器不平衡保护的整定
电容器不平衡保护的整定除了考虑电容器熔丝特性的影响外, 还应该考虑电容器过电压、最小起动电流、电容器放电暂态过程的影响。
1.3.1 过电压
电容器不平衡保护定值的整定基本原则是防止由于电容器单元损坏或电容器单元内部熔丝熔断使其余电容器承受的过电压超过范围而导致电容器组损坏。以500kVA串补工程为例, 单相电容单元336个, 其中电容器单元以28并12串, 单元容量51.9, 计算结果见表2。
1.3.2 最小起动电流
电容器H形桥不平衡电流的大小与流过电容器组总的电流成一定比例。由于电容器参数不一致等因素的影响, 在运行中会产生不平衡电流, 为了消除这些因素引起的不平衡电流的影响, 设定最小起动电流。在运行中, 电容器电流或线路电流小于最小起动电流时, 如果检测到的不平衡电流很大, 也不会引起电容器组的损坏, 所以保护不会动作;反之, 当电容器电流或线路电流大于最小起动电流时, 即使有小的不平衡电流, 保护也有可能会动作。一般最小起动电流设定为额定电流的10%, 图3为不平衡保护动作曲线。对于2个H形桥支路的接线形式, 最小起动电流为:1/2ILC×10%, 其中ILC为线路电流。
对于1个H形桥支路的接线形式, 最小起动电流为:LC×10%, 其中LC为电容器组总电流。
1.3.3 电容器放电暂态过程影响
在电容器组退出运行时, 电容器组会通过阻尼回路、旁路断路器形成放电回路, 产生高频的放电涌流。由于电容器参数的杂散性, 在高频的放电涌流作用下会产生不平衡电流, 不平衡保护应该躲过电容器放电的暂态过程, 因此不平衡保护应该考虑动作延时, 以增加不平衡保护的可靠性。
2 MOV装置
2.1 MOV装置接线及CT配置
金属氧化物限压器 (MOV) 是串联补偿装置中电容器组的基本过电压设备。MOV具有良好的非线性伏安特性, 可以限制输电线路故障条件下在串补装置的电容器组上产生的工频过电压, 这个电压将低于电容器组的绝缘水平。MOV是由金属氧化物阀片组成的, 且MOV采用多单元并联及多柱结构。在输电线路故障时, MOV将通过故障电流, 如何使各单元以致各柱阀片电流分配均匀是此MOV研究的最重要的关键问题。
串补MOV装置在实际工程中有图4所示两种接线方式。
MOV装置两种接线方式各有优缺点, 表3是两种接线的比较。
2.2 MOV故障保护
如图4, 分支接线形式由两个并联支路组成, 可以很容易实现不平衡保护, 来检测MOV的故障。不平衡保护动作逻辑见图5。当MOV的不平衡电流瞬时值大于设定值时, 判断MOV发生故障, MOV不平衡保护动作触发间隙, 同时闭合串联补偿装置旁路断路器, 永久闭锁, 以保护MOV和电容器。
在图4中, 无分支接线的形式, 为了方便检测MOV的故障, MOV故障保护需要通过比较流过MOV设备的电流 (Imov) 和线路电流 (Ilc) 来确定MOV故障, 即比较Imov/Ilc。值来确定。在500kVA串补工程中, 当Imov/Ilc>0.85, 并且故障持续10ms, 保护发出永久旁路、永久闭锁命令, 将旁路断路器三相旁路。
2.3 MOV的电流互感器
对于采用分支接线形式, 两个支路中CT特性是否匹配对不平衡保护的影响很大, 其中测量到的不平衡是两个CT的测量之差, 例如电流互感器的测量误差为±5%, 则两个电流互感器的测量最大误差有可能达到±10%, 因此对于这种接线形式必须做好CT的特性匹配工作, 减少对不平衡保护的影响。
3 火花间隙
火花间隙由于运行环境影响或设备自身原因在运行过程中有可能会出现自触发、拒触发、延时触发、持续触发等非正常触发故障。
实际工程应用中, 火花间隙保护配置如表4所列。在500kV B串补工程中, 因为在旁路断路器合闸失灵保护中已有对火花间隙持续触发的监视, 所以在火花间隙的保护配置中没有重复配置。在500kVA串补工程中, 火花间隙保护与500kVB串补工程比较, 增加了持续触发保护, 但是没有配置延时触发保护。
火花间隙在运行中有可能出现非正常的触发故障。对于微机保护装置实现一个保护功能仅是增加一个程序, 不会增加设备投资, 也不会使二次回路复杂化。在串补工程的设计中, 为了在火花间隙出现故障后能够快速地切除, 火花间隙应该配置全面的保护, 以实现对串补装置更好的保护。
4 结束语
串联电容补偿装置的一次设备接线形式是综合考虑设备性能、过电压水平等各种因素确定的。串联电容补偿装置的一次设备接线形式一旦确定, 保护控制系统应该与其相适应, 实现对串联补偿装置的一次设备保护的目的。串联补偿一次设备接线的形式、CT配置不同就会影响到保护控制系统设计, 即使一次设备接线形式相同, 但是为了对设备更全面的保护, 也应该充分考虑合理的保护配置。本文结合工程实际主要分析了一次设备接线不同的形式、CT配置对保护控制系统的影响;火花间隙保护的配置问题。通过分析研究以找到一种串补站二次系统最优的设计方案。
摘要：串联电容补偿技术作为提高输变电网络稳定极限以及经济性的有效手段之一, 从开始应用到今天已在我国电力系统得到了广泛的推广。
关键词：串联电容补偿,电容器组,MOV装置,火花间隙
参考文献
[1]赵玉柱, 朱伟江, 马骁.串联电容补偿在电力系统中的应用[A].第二十七届中国电网调度运行会议[C].2001.21-28.
[2]陈葛松, 林集明, 等.500kV串补站过电压保护研究[J].电网技术, 2001, 25 (2) :21-24.
[3]夏道止.电力系统分析[M].北京:中国电力出版社, 2004.3ll-312.
浅谈泵站电气的电容补偿 篇7
随着国民经济的飞速发展和生活生产用水用电量的提升城镇排灌系统也随之不断升级,这就必然对排灌系统泵站电网系统的利用率提出了更高的要求。但是在实际的电网传输系统中,由于大量的用电设备在使用时会产生带有电感性负荷的无功功率,降低电源的容量使用效率,影响发电机的输出功率,增加电力系统中的电能损耗,使输电路上的电压值变小,影响电力系统的变电、输电能力。因此,为了降低泵站电力系统在电力输送中的电能损耗,提高电力输送电力的容量和质量,就需要通过在系统中适当的增加电容的方式对消耗掉的无功功率进行补偿。
1 电容补偿的优势
电容补偿一般也称作无功补偿或者功率因数补偿。经济实用的电容补偿方法可以减少电网的设计容量、减少运行成本,可以降低线损、增加电网中的有功功率输送比例,可以改善电压质量、使泵站用电设备运行稳定,还可以降低电能损耗,减少泵站的电费支出。一般来说,目前在110 kV及以下的电力系统中,最常采用的电容补偿方式是安装电力电容器组。这样即可以达到电力系统对电容补偿的检测标准,还可以消除因为输电功率过低而产生的一些额外的费用。同时电力电容补偿装置具有安装方便、有功损耗小(仅为额定容量的0.4%左右)、投资数小、建设工期短、没有旋转部件、运行维护简便、而且个别电容器组的损坏不会影响整个电容器组运行。
2 电容补偿的补偿原理
电网输出的功率包括两部分:a)有功功率,直接消耗电能,并根据能量守恒定律,把电能转化为热能、机械能、化学能等各种形式的能量并且作功。b)无功功率,不消耗电能,只是作为用电设备作功的必备条件,把电能转变为另外形式的能,并在电网内,可以与电能进行周期性的转换。而电容补偿就是把感性功率负荷和容性功率负荷的装置并联在同一电容器上,电能在两种不同负荷之间相互转换。这样,降低电网中的变压器和输电线路的负荷,从而增加有功功率的输出。在输出一定有功功率的情况下,降低供电系统的损耗。电容器在原理上相当于产生容性无功电流的发电机。从目前的实际使用中来看使用电容器进行电容补偿是减轻供电系统、变压器和工业配电负荷的最经济、最简单的方法。当前,采用并联电容器作为无功补偿装置已经非常普遍。
3 电容补偿的方法
泵站电气的无功补偿的方法一般是通过在线路杆塔上安装电容器实现无功补偿。这样的补偿方式中,如果补偿点过多或者补偿容量过大,将会出现过补偿现象,因此要合理地规划补偿点和补偿容量;电容补偿的保护措施,可采用熔断器或者避雷器等工具作为过流和过压保护。线路补偿的方式具有成本低、回收快、便于管理和维护等优点。
在低压三相四线制的城乡电网供电电网系统中,由于用泵站供电多为单相负荷或单相和三相负荷混用,而且承载的负荷量不同、用电时间也不一定,因此,系统中的不平衡电流是客观存在的,而且这种用电不平衡的状况既无规律性,也没有办法进行事先预测,多种原因导致了供电系统三相负载的电流长期的不平衡。电网中的不平衡电流不仅会增加线路及变压器的铜损和铁损,还会影响变压器的安全运行,最终会造成三相电压的愈加不平衡。
为了有效地解决这个问题,可以通过不平衡电流无功补偿装置进行调整,该装置可以在补偿线路无功功率的同时调整不平衡的有功电流。在实际应用中的结果表明,通过该装置三相功率因数补偿到可以达到0.95以上,不平衡电流可以调整到变压器额定电流的10%以内。
目前,国内外动态补偿控制器的同类产品之间的质量差距还比较大,国内一些产品的补偿功率不能一步到位,产生的冲击电流较大,系统的特性容易出现不稳定漂移,而且维护成本相对较高;而且,国内装置在动态响应时间上反应较慢,动态响应时间重复性较差。但是国内产品运算速度快,抗干扰能力强,最重要的是国内的产品能很好的完成动态补偿功能。
4 电容器电容补偿的安全运行
泵站输电设备在正常运行时,电容器处在额定电流下正常工作,电容器正常运行过程中的最大电流不能超过额定电流的1.3倍,三相电流的偏差不能超过5%。
电容器对环境电压的变化十分敏感,电容器的使用损耗与电压的平方成正比,过高的电压会使电容器产生过多的热能,致使电容器绝缘加速老化,大大缩短电容器的寿命,太高的电压甚至还会出现电容器被电流电击穿现象。因此,电容器装置必须在额定电压下运行,一般不能超过额定电压的1.05倍,最高运行电压不宜超过额定电压的1.1倍。当母线超过1.1倍额定电压时,必须采取降温措施,以防电容器损坏[1]。
电容器在使用过程中的继电保护功能的实现主要依靠继电保护成套装置,目前几个国内知名电气厂家生产的继电保护装置质量都很不错,不仅技术水平都已经非常成熟,而且安全稳定、功能很强大。继电保护装置可以有效地排查出出现故障的电容器,并采取合适的保护措施。保证泵站电力系统安全稳定运行。机电保护装置主要采取的保护措施有:三段式过流保护、电容器由于系统电源不稳瞬时重合造成的过电压损坏而设置的低电压保护;为防止系统稳态过压造成电容器损坏而设置的过电压保护、为防止电容器组内部击穿故障而配置的不平衡电压保护、不平衡电流保护以及三相差电压保护。
由于泵站电容补偿电容器的放电过程需要一定时间,因此电容器在使用过程中禁止带电重合闸。当电容器组电源出现跳闸现象时,如果马上进行重合闸,电容器根本来不及放电,这时在电容器中极可能残存着大量与重合闸电压极性相反的电荷,两种电荷在合闸瞬间就会产生强大的冲击电流,从而造成电容器损坏、外壳喷油、膨胀甚至爆炸[2]。所以,电容器组再次合闸时,必须在断路器断开3 min之后才可进行。因此,电容器不允许装设自动重合闸装置,相反应该装设无压释放自动跳闸装置。
泵站电容器在正常工作时外部环境的额定温度为-25℃～40℃,其内部介质的温度应低于65℃,最高不得超过70℃,否则很容易会引起热击穿,或出现电容器鼓肚现象。相应地,电容器外壳温度应该介于介质温度与环境温度之间。因此,泵站电容补偿的电容器在使用过程中,应保持使用环境的通风良好,并确保其运行温度不超过允许值。
电容器在运行时,一般是没有声音的,但在某些特殊情况下,电容器在运行时也会出现放电的声音。如电容器的套管露天放置时间过长,如果下雨天雨水进入两层套管之间,电容器在加上电压后,就会产生放电声;当电容器内缺油时,它的套管的下端很容易露出油面,这时也有可能发出放电声;当电容器内部若有虚焊或脱焊现象,电容器就会在油内闪络放电;当电容器的芯子与外壳接触不良时,很可能会出现浮动电压,引起放电声[3]。
一旦出现以上几种出现放电声状况,应针对每种情况做出相应的处理,即其处理方法依次为:将电容器停运并放电后把外套管卸出,擦干重新装好;添加同种规格的电容器油;如放电声不止,应拆开修理;将电容器停运并放电后进行处理,使其芯子和外壳接触好。
5 结语
采用电容器补偿电容的方法不仅使用简单而且安全、收效快。采用电容器补偿电容的原理简单、使用方便、运行经济,还可以分组投切保证电压合格率和合理的功率因数。通过在电容器补偿电容方法在实际中大量的使用和检验证明,通过采用补偿电容器进行合理的补偿,一定能够提高供电质量并取得明显的经济效益。
参考文献
[1]电力工业部综合管理司.用电检查技术标准汇编[M].北京:中国电力出版社,2000.
[2]电力工业部综合管理司.用电检查法规汇编[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,1998.
关于电容补偿方面的一些观点 篇8
我国在电力系统中,随着变压器和交流电动机等感性负载的广泛使用,电力系统的供配电设备中经常流动着大量的感性无功电流。这些无功电流占用大量的供配电设备容量,同时增加了线路输送电流,因而增加了馈电线路损耗,使电力设备得不到充分利用。作为解决问题的办法之一,就是采用无功功率补偿装置,使无功功率就地得到补偿,达到尽量减少或不占用供配电设备容量,提高设备利用效率的目的。最常见的办法就是采用电容器组提供电容性电流对电感性电流给予补偿,以提高功率因数。目前,在低压配电系统中,已经普遍使用了低压电容集中自动补偿装置,可以根据需要,使低压无功功率就地得到补偿;而在高压系统中,目前使用比较多的补偿还是传统的固定式电容补偿装置,类似低压配电系统中,集中的自动补偿装置使用还不是很普遍。
由于传统的补偿方式存在安全性能差、补偿精度低和劳动强度大等问题,大家都希望有一种更加安全可靠、补偿精度更高、自动化水平更高的补偿装置供设计选用。然而当前在电气设计中通常的电容补偿做法有两种:在变配电所设置集中高压或低压补偿柜,对系统前端进行补偿,虽能满足供电部门对并网功率因数的要求,但对以下各级分支电路不作补偿,因此低压配电线路中无功电流大,从而造成线路截面和配电开关容量不能减小,且不能保证整个低压系统的供电质量;另一种做法是在每台用电设备或每盏照明灯具内设置电容器个别单独进行补偿,这种方式效果较好,对于厂矿企业使用的单台大容量用电设备比较适用,但对于大型商场等民用建筑来说,补偿投资成本太大,性价比低,安装分散,造成后期维修量大、维修困难,且电容器利用率低,实际应用并不理想,所以很少采用。在目前低压补偿电容器技术和制造质量、自动投切装置有了很大提高的前提下,我认为在这类民用建筑的配电系统中分组设置补偿电容,即根据建筑使用功能分区,用电较集中、电气设备功率因数较低的配电箱处设置电容补偿装置较为适宜。以本市为例,天津市在近十几年中,先后在天津经济技术开发区二期雨、污水泵站;东海路雨、污水泵站;泰丰路雨水泵站和天津市月牙河雨水泵站等工程中试用了6 kV高压电容自动补偿装置,结果证明补偿后功率因数达到0.95以上,自动化水平高,补偿效果良好。
2 确定电容补偿实施方案和补偿容量是进行精确补偿的基础
要得到理想的补偿效果,首要的是确定合理的补偿实施方案、准确计算需要补偿的容量。目前常见的补偿方法有传统的固定式电容器组人工插拔熔断器控制补偿容量法,单台设备随机就地电容补偿法和集中电容器自动补偿法三种。其中单台设备就地补偿法就是针对单台设备在当地进行补偿,其优点是从设备需求点补偿,深入到需求补偿第一位置,补偿范围大。其缺点是确定补偿容量困难。既不能过补偿,又必须保证电路不得发生LC谐振和避免发生自激现象。因在计算无功电流时,无功电流主要成分是由电机励磁电流I0,满负荷运行时的无功电流增量ID1和欠载运行时的无功电流增量ID2等组成的。由于随着电动机运行状态的变化,上述各参数都在不停地变化,动态变量变化因素太多,很难确定准确的无功补偿需求量。而不同的生产设备在选配电动机时启动容量裕度各不相同,所以,在设备运行中其电动机的饱和程度各不相同,其欠载运行的无功电流增量ID2各不相同;其次,电动机的实际工作状态也是在随时变化的,如:水泵电机随着进水水位、出水水位的变化电动机负载率随时都在变化,无法确定准确的工况。而单台设备就地补偿法在补偿容量确定后,是以固定不变的补偿容量去平衡随时浮动变化的动态工况,很难得到满意的高精度补偿效果。
此外,在单台补偿的电容器装置中,补偿电容器是与主机一对一固定配套安装的,随着主机的运行而补偿电容器同时投入运行,当主机停止运行时补偿电容也一齐被切除,各机组之间的电容器相互独立不能互补,电容器得不到充分利用,增加了设备投资。再者,由于补偿电容器随着主机的运行而一齐投入运行,则主机的启动电流与电容器合闸涌流是同时处于最大值,两个电流最大值同时相加增大了冲击电流。
因此,传统补偿方法虽简单,但补偿精度低,劳动强度大,危险性大以及受人为因素影响太多,很难达到令人满意的补偿效果。但是,如果采用成组设备集中自动补偿法,则补偿容量可根据当时整体运行工况需要,自动投入所需容量,可以达到比较高的补偿精度。随着补偿设备的步长越短则补偿精度越高,如果步长为无级变化,则功率因数从理论上讲可以精确到1,这将为高精度准确补偿打下基础,而且不论任何一台电机工作时,补偿电容器均可根据线路总体需要投入运行,使每组补偿电容器得到充分利用。
3 补偿设备步长划分与补偿精度的关系
无级自动补偿装置虽然在理论上补偿精度可以达到1,但是在实际应用中,为了合理地利用有限的资金投入,并不要求理论上的最大值,只要满足工程精度需要就可以了。所以工程中大多数情况都是由多台设备并列运行,通常设备在4台以上时,如将所需最大补偿电容量分成6步～8步等步长容量投入,就可以基本满足工程实际精度需要。如同目前常见的低压电容器自动补偿装置一样,一般分8步等容量投入方案的使用已经非常普遍,其理论也同样可以推广到高压电容补偿装置中使用。但是在高压系统中如果沿用低压补偿的思路,对于采用高压真空接触器控制的方案,仍可采用等容量配置。而对于使用真空断路器的情况而言,则因为真空断路器价格相对较高,所以,在保证相同功能的基础上尽量减少真空断路器的使用数量,对节约投资有着非常明显的作用。工程中如果合理选用控制器,可以减少真空断路器数量,例如:对于采用等步长容量分配电容器组的设备组,7步补偿需要7台真空断路器,如果采用1+2+4的不等容量控制器配置,只需3台真空断路器就可以达到7步等步长容量补偿的效果,其形式为1,2,1+2,4,4+1,4+2,4+2+1。这样既保证了补偿精度,又将大大节约设备的一次性投资。
4 电容自动补偿装置的保护和控制
此外,我认为电容器自动补偿装置在保护和控制上还有些值得我们注意的问题。在实际工程中,根据电动机数量,一般采用7步～8步控制投入。保护系统除过电压、过电流等常规保护外,必须注意采用完善的三相保护,避免因单相故障造成的保护失灵和故障扩大。合理配置限制涌流的电抗器,严格防止电磁谐振现象造成的破坏。另外,保护系统必须注意补偿电容器在自动投入时电容器上的电压叠加问题,当一组电容器退出运行后,在再投入前,必须保证其充分放电后再投入运行;保证其在再投入时其上的残余电压值降低到允许的电压范围以内,避免由于再投入时残余电压与额定电压的叠加造成电容器上的过电压损坏。其次,控制系统中,特别需要注意的是工作电源、信号电源等检测量的相位的正确配置。正确的向量配置是设备调试能顺利进行的有力保证和最起码的要求,否则,也会给调试工作带来不必要的麻烦和增加许多不必要的工作量,以至于有时可能会调不出正确结论。
控制系统的设计随着使用元件不同结构略有差异。例如:补偿装置的接触器,若使用电磁式真空接触器,开/停为一个信号的1—0状态,若使用机构式接触器或者采用真空断路器时,其开/停必须是两个独立的信号。两种控制各有优缺点,从节能、噪声等不同角度各有不同结论。仁者见仁,智者见智。设计可根据工程具体情况采用经济、合理、实用和技术先进的设备配置。
目前我国广泛使用的补偿方式大多数都是有级补偿,为了达到更精确的补偿效果,最理想的补偿方式是实现微机调控的无级自动补偿方式,它可以根据需要使补偿后的功率因数达到最理想的精度,但是由于其技术含量高,投资费用也相对高,还要求较高的管理维护水平。综上所述,电容补偿的方式,可根据工程具体情况进行选择。在补偿精度满足要求的前提下优先选择工程造价低、运行管理可靠、维修方便的设备。那么,采用不等容量配置的分级自动补偿方式就是经济合理和可行的方案之一。
参考文献
电容补偿装置 篇9
关键词：无功补偿；负荷合闸；危害
中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 06-0000-01
10kv供电线路中一般采用电容器组对其进行无功补偿，从而提高10KV配电线路的安全运行效率和供电能力，增加企业效益，降低运行成本，故无功补偿电容器组可靠安全运行就显得尤为重要。日常生产中电容器组因为产品质量、长时间老化、雷电恶劣天气、操作失误等会引起损坏影响正常生产而误操作中不按规定进行带负荷合闸对无功补偿电容器组无害极为严重。
一、容器带负荷合闸产生的原因分析
（一）存在疏忽和漏洞。管理者对一线工作人员培训部不到位。缺失安全操作规章制度。甚至有的管理者违反人事制度聘用没有相关专业基础亲戚朋友上岗，有时候任务繁忙时从社会上雇佣临时人员造成误操作引发重大事故。
（二）能素质不达标。电力行业因为行业的特殊性，要求极高的专业知识和安全操作技能以及安全意识，电力从业人员必须有相应的资格认证和上岗证。一线工作人员必须有操作上岗培训，严格遵守电力设备的操作顺序。有些工作人员没有经过培训和实际操作演练而又对规章制度漠视随意性大致使操作失误。
（三）不明显。于容易引起误操作的开关电闸，因该挂有明显的警示牌。警示牌标有操作步骤和危害后果，这样当操作人员每次操作时都会看到避免了违规操作。
二、功补偿电容器带负荷合闸带来的各种危害
（一）熔丝熔断。电容器带负荷合闸操作是严格禁止的，否则会造成冲击电流过大，烧毁保护熔丝。损坏的熔丝失去了对电力系统中正常运行的高压断路器保护作用。
（二）断路器跳闸。带负荷的涌流过大引发断路器跳闸，出现突然停电故障。对工厂电力设备和家庭电器造成冲击造成损坏，无故增加维修成本和费用。
（三）无功补偿电容器的直接损坏。带负荷合闸会引起两个运行参数变化。一个是电压升高。电容器有额定电压限制如果超过其额定电压就会引起电压击穿损坏电容器。另外一个是浪涌电流增大。因为电流会瞬间增大到超过电容器的额定工作电流而烧毁。出现接线处因过热粘连或熔掉；外形鼓胀开裂漏油；极间打火短路；放电装置异响；补偿电容器组燃烧爆裂等恶劣事故。
（四）无功补偿电容器的隐性损坏。电容器隐性损坏包括性能参数发生变化、功能下降、内部故障、诱发断路器频繁动作、电容液的渗漏、外皮鼓肚、绝缘不良等。电容器的损坏没有及时表现出来为日后正常运行埋下隐患，危害到供电网络电网的安全可靠的运行，造成日后更为较大的经济损失。
（五）串联电抗器损坏。因串联电抗器总是与电容器一起串联使用，此伤彼损。例如绝缘层因电流过大烧焦炭化或者因电压过高被击穿而不能在投入使用。
（六）现场操作人员的人身伤害。无功补偿电容器组带负荷合闸是严厉禁止的。电容器掉闸后迅速合闸由于放电还没有完成，内部残留的电荷若极性相同电荷相加会使电压升高击穿极间绝缘，若是极性相反近似短路会产生极大的浪涌电流，从而造成电容器瞬间过热鼓胀燃烧爆裂。若工作人员躲闪不及会伤害到操作人员人身全。
三、器危害的处理
（一）喷油、爆炸着火时，应立即断开电源，并用砂子或干式灭火器灭火。
（二）器的保护断路器频繁跳闸。应该断电以后等电容器放电完毕，时间持续3-5分用电表量过确认无存电方可进行检修。检修时首先要观察周围电器器件有无烧焦、变形、鼓胀等明显的外观变化若有变化对其重点检测若无用工具表对其进行电气参数的测量看是否符合规定要求。经过检测均无故障，猜测可能由于供电畸变或者外部设备故障引起，可以试验性通入使用检测，能继续正常工作做好观察和记录以便日后查阅。若是还是跳闸则要进行拆卸式修理检查，直到找到故障点解决问题后才能再次投入使用。
（三）熔丝熔断故障排查。及时通报故障安排处理。断电以后等电容器放电完毕后对观察外部有无打火痕迹、局部有无温度过热现象、极间是否短路、外壳是否鼓包漏油等无明显故障时用工具表进行检修包括绝缘测量、耐压测量、容量测量等发现问题电容器及时更换，待一切全部检查完毕更换同型号熔丝方可投入使用。
（四）损坏电容器时应该注意的安全问题：（1）部分必须全部断电停电处理，确保安全。（2）电容无残留存电。电容器组自带放电装置放电时间较长要耐心等待，之后还要用万用表测量有无存电为确保安全要求用接地棒再进行多次人工放电处理，直到无任何放电痕迹完毕。（3）作人员做好绝缘保护，穿电工绝缘靴和戴绝缘手套。（4）要求挂有明显标语“现场维修，禁合闸”警示牌。以防他人误合闸送电给现场维修人员造成伤害。（5）要有2人以上工作人员现场合作以便互相监督若某人出现触电事故可以及时处理和紧急施救报警等。
四、容器的保护
（1）容量大小选用合适保护开关。（2）适的避雷器来进行大气过电压保护。（3）电容器上装置单独的熔断器，熔断器的额定电流应按熔丝的特性和接通时的涌流来选定，一般为1.5～2倍电容器的额定电流为宜。（4）器不允许装设自动重合闸装置。必须检查处理完故障人为操作放电完毕后合闸。
五、防电容器带负荷合闸的措施
（一）管理者素质和职业道德，指定严格奖罚措施和考核标准。
（二）对一线工作人员的培训和考核，提高安全操作意识。
（三）操作电容器的安全步骤，并且要求严格执行。安全步骤如下：1.断送电的先后顺序。送电时先各送供电线路开关，再送电容器开关，断电反之。2.发生故障后要确保断开保护断路器。3.器组断路器跳闸或熔丝烧断后要发现问题并解决后方可送电。4.电容器带电荷合闸。断电之后等电容器组放电3分钟完毕，确认无存电才能复合。
六、结束语
无功补偿电容器组带负荷合闸是严令禁止，否则会造成严重的危害，破坏供电网络的安全运行，在操作中我们应该始终警钟长鸣。
参考文献：
谈并联补偿电容器的保护配置 篇10
1 kV及以上电压的并联补偿电容器常见故障及异常运行方式有: (1) 电容器组和断路器之间的连接线短路; (2) 电容器内部故障及其引出线短路; (3) 如电容器组由若干个电容器并联及串联组成, 且在每个电容器上装有熔断器, 则当一部分电容器因故障切除后, 其余电容器上电压升高幅值可能超过允许值; (4) 电容器组的单相接地故障等。
2 保护配置及作用
(1) 电流速断保护:切除电容器组和断路器之间连线上的短路故障。
(2) 定时限过电流保护:防止电容器因谐波造成过负荷运行。
(3) 过电压保护:系统工频过电压的保护。
(4) 低电压保护:电源全停时, 断开电容器组, 以免恢复送电时产生高电压, 危害电容器及变电所其他设备。
(5) 电容器组的不平衡保护:应用于电容器内部故障。
(1) 电容器组为单星形接线且每相可接成4个平衡臂的桥路时, 常用电桥式差电流保护; (2) 电容器组为双星形接线时, 常用中性线不平衡电流保护; (3) 电容器组为三角形接线且每相为两组电容器并联时, 常用横差动电流保护; (4) 电容器组为单三角形接线时, 常用零序电流保护; (5) 电容器组为单星形接线且每相由2组电容器串联组成时, 常用电压差动保护; (6) 电容器组为双星形接线时, 常用中性线不平衡电压保护; (7) 电容器组为单星形接线时, 常用零序电压保护。
3 保护整定原则
3.1 电流速断保护
(1) 速断保护电流定值按电容器端部引线故障时具备足够的灵敏系数整定, 一般整定为3～5倍额定电流。
(2) 考虑电容器投入过渡过程的影响, 保护动作时间一般整定为0.1～0.2 s。
(3) 在电容器端部引出线发生故障时灵敏系数不小于2。
3.2 过电流保护
(1) 过电流保护应为三相式。
(2) 电流定值应可靠躲过电容器组的额定电流, 一般整定为1.5～2.0倍额定电流。
(3) 保护动作时间一般整定为0.3～1.0 s。
3.3 过电压保护
(1) 过电压保护定值应按电容器端电压不长时间超过1.1倍电容器额定电压的原则整定, 或根据电容器生产厂家所提供技术说明书中的允许过电压技术参数整定。
(2) 保护动作的时间应不超过60 s。
(3) 过电压保护可根据实际情况选择跳闸或发信号。
(4) 过电压继电器宜有较高的返回系数。
(5) 过电压继电器宜优先选用带有反时限特性的电压继电器。
3.4 低电压保护
(1) 低电压定值应能保证保护装置在电容器所接母线失压后可靠动作, 而在母线电压恢复正常后可靠返回。
(2) 保护动作时间应与本侧出线保护时间配合, 同时应考虑与各级备用电源自动投入装置的跳、合闸时间配合, 以防止失压电容器再次充电造成电容器损坏或二次侧熔断器熔断。
3.5 单星形接线电容器组电压差动保护
差动电压定值按部分单台电容器 (或单台电容器内小电容元件) 切除或击穿后, 故障相其余单台电容器所承受的电压不长期超过1.1倍额定电压的原则整定;同时, 还应可靠躲过电容器组正常运行时的不平衡电压。动作时间一般可整定为0.1～0.2 s。
电容器组正常运行时的不平衡电压应满足厂家要求和安装规程的规定。
3.6 单星形接线电容器组的开口三角电压保护
电压定值按部分单台电容器 (或单台电容器内小电容元件) 切除或击穿后, 故障相其余单台电容器所承受的电压 (或单台电容器内小电容元件) 不长期超过1.1倍额定电压的原则整定;同时, 还应可靠躲过电容器组正常运行时的不平衡电压。动作时间一般整定为0.1～0.2 s。
电容器组正常运行时的不平衡电压应满足厂家要求和安装规程的规定。
3.7 双星形接线电容器组的中性线不平衡电流保护
电流定值按部分单台电容器 (或单台电容器内小电容元件) 切除或击穿后, 故障相其余单台电容器 (或单台电容器内小电容元件) 所承受的电压不长期超过1.1倍额定电压的原则整定;同时, 还应可靠躲过电容器组正常运行时中性点间流过的不平衡电流。动作时间一般整定为0.1～0.2 s。
电容器组正常运行时中性点间流过的不平衡电流应满足厂家要求和安装规程的规定。