无功率补偿装置

无功率补偿装置（共6篇）

无功率补偿装置 篇1

0引言

无功功率补偿装置的合理配置对于电网电压的稳定、功率因数的提高、电力网络损耗的减小、供电环境的改善至关重要。 传统的低压电网中感性负荷比例较大,运行时需要补充大量的无功功率,否则会造成功率因数、电能质量的降低[1]。合理的无功功率补偿的实现,从整体角度看,提高了电网的输电能力, 节省了电网建设的费用;从企业的角度看,功率因数的提高、电压的稳定,节约了用电费用,减少了用电成本,保障了生产稳定,增加了企业的经济效益。

1低压无功补偿装置概况

1.1低压无功补偿技术发展现状

随着电力电子技术和器件制造工艺的发展,无功补偿装置从传统的机械开关投切电容方式逐步发展到完全的电力电子补偿方式。补偿装置的灵活性、可靠性、动态响应速度、补偿效果不断增强。补偿装置先后出现了MSC、同步调相机、SVC、 SVG等。在我国,鉴于技术和成本等因素的限制,传统的电容投切补偿方式依然应用广泛,随着SVC技术的不断进步,静态无功补偿装置逐步兴起,而SVG广泛应用的条件尚不成熟。

1.2低压无功补偿装置的分类

无功功率补偿装置可以分为无源补偿和有源补偿2类。 无源无功补偿包括静态补偿、动态补偿和混合补偿3类。其中静态补偿属于早期无源补偿,一般采用专用的接触器完成电容器的投切操作,动作较慢;而动态补偿装置采用晶闸管完成,调节快速,现代采用晶闸管控技术的静止无功补偿器SVC分为自饱和电抗器型、晶闸管投切电容器型、晶闸管相控电抗器型等。有源补偿装置具有吸收、产生无功的功能,如SVG。

1.3低压无功补偿装置的特点

无源补偿装置的特点:(1)静态补偿装置:分级补偿,无功补偿的效果不能达到最优;受电容、接触器限制,调节速度慢; 投切过程易产生谐振;不能用于谐波严重的场合。(2)动态补偿装置:投切过程平稳可靠,可以频繁动作,调节迅速,造价高, 本身产生谐波。

有源补偿装置的特点:能够实现感性、容性无功功率的双向调节,调节迅速,省去了大体积的电容器、电抗器等无源器件,节省空间;对系统参数变化不敏感;维护复杂。

2低压无功功率补偿装置的选择要点分析

2.1选择的原则

下面从无功功率补偿装置使用的主要部件对选择的原则进行分析:(1)主开关器件。负责投切电容器的主开关器件质量的好坏对无功补偿装置的性能至关重要,包括专用接触器、 可控硅、复合开关。接触器缺点是在投入电容时产生的涌流容易对触点、电容器造成损害;可控硅式无触点开关器件具有过零触发、动作迅速、合闸涌流小等优点,但可控硅成本高,且其负载能力受温度影响大。复合开关兼具两者特性,具有谐波小、功耗小、抗干扰能力强等优势。应依据开关器件自身的电气性能进行选择,且额定电流、通流能力等参数必须符合要求。 (2)补偿电容。电容对谐波很敏感,故在选择电容时,应充分考虑系统谐波的含量。此外,从延长电容器工作寿命的角度来看,电容的温度、电压等参数也应当结合实际运行工况进行选取。

2.2选择时需要注意的问题

(1)分析待补偿系统的电能质量,合理地选择补偿方式。 (2)准确计算无功补偿的容量。(3)合理选择低压配电系统无功补偿装置的安装方式,如表1所示。(4)无功倒送问题。无功倒送会增大变压器、电力线路的损耗,动态补偿能有效地防止无功倒送。(5)谐波问题。现代电力电子器件的使用带来的谐波问题,使得电网畸变率、谐波电压升高。此外,在谐波的作用下,可能使系统中的无源器件产生谐振,造成设备的损坏,产生电网的二次污染;同时,谐波会降低电容器的使用寿命,易造成电容器的损坏。因此,实际应用中,不仅要对电容器的容量进行可靠计算,必要时还要配置相应的滤波装置。

2.3选择的方法

在选择低压无功功率补偿装置时,需要重点从以下几个方面进行考虑:

2.3.1补偿目的

(1)以节能为目的时,补偿系统应针对无功功率的参数进行调节。(2)以改善电压为目的时,应针对系统的电压参数进行调节。(3)以提高电网运行稳定性为目的,例如,为提高电网对用电负荷及故障造成的潜在不稳定因素的抵抗能力,通过合理地安装SVC,及时、灵活地改变电网的阻抗特性,能够显著提高运行的稳定性。

2.3.2具体负荷、工况

低压无功补偿装置的选择应充分考虑实际的运行工况及负荷的变化情况,各种无功补偿装置的特性如表2[2]所示。(1) 对于负荷波动不大,三相平衡,或冲击负荷少的情况,宜采用静态补偿。例如,对于无功功率容量稳定且无需频繁调节的场合,宜采用机械开关投切电容器的补偿方法,简单、经济性好、运行可靠。(2)对于存在大功率冲击负荷、负荷波动大、非线性严重的情况,宜采用动态补偿、 有源补偿的方法。(3)对于谐波含量大的情况,应选用带有滤波功能的无功补偿装置。(4)对于三相不平衡系统,如民用建筑中大量使用单相负荷,容易造成三相负荷失衡,应采用分相补偿或混合补偿。(5)其他负荷,如空调、电梯等运行受季节影响,启动频繁,运行时间短的情况,应使用静态和动态共同补偿。(6)特殊工况,如存在瞬变高电压、大电流冲击负荷的工况,不宜采用动态补偿。

3结语

随着我国工业、社会的不断发展,低压电网负荷的不对称性、非线性、冲击性日益严重,导致电网谐波、损耗的增加。原因主要表现在企业中大容量异步电机、变压器、可控硅等现代电力电子装置以及大容量冲击性负荷不断增加。在应用中,应当对实际的运行工况进行详细分析,依据不同的情况选择合适的补偿装置。

无功率补偿装置 篇2

国内电网中大量使用三相鼠笼型异步电机,电机是感性负载,其效率较低,起动时功率因数只有0.5左右,运行时只有0.86左右,则需用高压电容器的投切以提高功率因数,使其达到0.92~0.99,从而提高电网的使用效率。目前使用的无功功率补偿控制器90%以上是静态投切电容,如以功率因数检测、补偿的JKG×××型;以无功功率补偿的JKW×××型;以无功电流补偿的JKL×××型和以两个物理量以上检测、补偿的JKF×××型,多数为静态型的,基本上均以CPU检测相移、无功功率、无功电流,由CPU输出经控制继电器、继电器触点控制接触器,接触器触点控制电容器的投切,且以三相电容一起投切。

1 无功功率补偿控制器工作原理

1.1 静态无功功率补偿控制器

由于继电器、接触器的吸合过程有毫秒级延迟,因而无法进行电压、电流的过零投切,这种投切称为静态补偿,原理框图如图1所示[1,2]。

1.2 动态无功功率补偿控制器

动态无功功率补偿控制器其电压、电流采样与静态的完全一样,但其输出控制电容投切部分电路有较大的变化,采用可控硅与接触器触点并联后控制电容的投切。利用可控硅的快速导通特性,在电压过零点时投入电容,电流过零时切除电容,最大限度地避免了电容投切时的浪涌和谐波。

如图2所示为动态无功功率补偿控制器的原理框图。利用三相电压零点和电流零点检测电路,输入CPU的输入捕捉(CCP)功能引脚,由于目前CPU输入捕捉功能的时间分辨率较高,已达纳秒级,利用输入捕捉中断快速检测电压和电流零点。可控硅导通速度为微秒级,因而可在电压过零时投入电容,电流过零时切除电容。

电压过零时,可控硅先导通,将电容器投入电网延时20 ms后控制接触器触点闭合,短路可控硅;因可控硅正向压降较大,长期运行有能量损耗,且会发热,需对可控硅进行散热,而接触器触点闭合时接触电阻较小,补偿电容器投切瞬间由可控硅实现,而长期运行由接触器实现。电压过零时投入电容,降低了电容器上的电流浪涌。电流过零时切除电容,降低了电感上的过电压。

电流过零时,先触发可控硅,使可控硅导通,延时20 ms后,将接触器线圈断电,然后当电流过零时可控硅自动关断,将电容从电网上切除。电流过零时切除电容降低了电感上的电压浪涌。

图3为电流放大和电流零点检测电路,为提高电流较小时(如0.1In)测量精度,放大电路采用两路,小信号时放大,大信号时缩小。电流测量范围可达0~6 000 A,采用两级CT,第一级(CT1)的二级输出为5 A的0.2~0.5级电流互感器,变比K1为1~1 200倍。第二级(CT2)为5 A/5 m A的精密测量互感器。

CT1的变比K1可用键盘设定,最大为1 200倍,可测电流最大为6 000 A,其相移要小;CT2用相移小于15'、线性度为0.1%的玻莫合金做的测量互感器,变比K2为5 A/5 m A。电流放大信号与CPU的A/D通道相连,电流零点信号与输入捕捉(CCP)通道相连。图4为电压采样和电压零点检测电路。

电压采样采用2 m A/2 m A电压型电流互感器,用玻莫合金制成,其相移小于15',线性度0.1%。

图5为采用电压、电流零点检测的JKG×××型无功功率补偿控制器的波形图。

由电压、电流零点比较器输出方波的上升边作为输入捕捉信号,电压零点中断起动定时器计时,电流零点中断停止计时,通过时差“t”可计算电压与电流之间的相移(φ)。

因电网频率不一定是50 H z,因此在测量电压、电流相移的同时,需测量电压周期(T),然后计算相移角。

式中:T为电压波周期,用输入捕捉功能测量两个电压零点上升边终端之间的时差;t为电压波与电流波零点的时差,即相移时差;X为电压与电流的相移角(°)。

由X查表得cosφ,即功率因数。

2 电压、电流互感器同相同名端自动调整功能

为方便用户使用,一旦用户将电压或电流互感器同相同名端调错时,计算机仍能自动调整;但不同相之间接线错误时,不能自动调整。

1)电压波在前,电流波在后,极性正确,系统为感性,滞后。

当,则t'=t,。

T为电压周期(ms);t为电压零点与电流零点之间的相移时差(ms),相位调整前的时差;t'为调整后的相移时差;φ为电压与电流之间调整后的相移(°),按cosφ设定目标值与实测值之差进行电容投切。

2)电流波在前,电压波在后,极性正确,系统为容性,过补偿,超前。

电流超前电压,电压零点上升边作第一次捕捉中断,开始计时;电流零点上升边作第二次捕捉中断,停止计时,即为t。实际相移时差为t'=T-t。

电流过零时逐只切除电容,达cosφ目标时停止。

因此可得如下结论,以自动调整电压、电流互感器的同相同名端:

(1)感性;,则t'=t,滞后,极性正确。

(2)容性;,超前,电压或电流互感器极性接反。

(3)感性;,滞后,电压或电流互感器极性接反。

(4)容性;,t'=T-t,超前,极性正确,过补偿。

计算机测量时,需将电压波零点上升边作为输入捕捉的第一个中断,起动定时器计时,并使能第二个输入捕捉中断,当第二个输入捕捉中断(电流波零点上升边输入捕捉)时停止计时。

3 应用

动态无功功率自动补偿装置利用双向可控硅的快速导通特性,当计算机检测到电压波过零点时,立即触发可控硅,将补偿电容接入电网,由于电压为零,因而电容上无浪涌冲击电流,不会使电网产生浪涌冲击电流,既减少了冲击电流对电容器的过热,也极大地减少谐波的产生,可控硅导通20 ms后,将相应的接触器通电吸合,可控硅脱离电网;

当电流波过零点时,将电容切除,正常运行时接触器为吸合状态,先在可控硅触发极加入信号,使可控硅处于导通状态,20 ms后使接触器断电,电流波过零时瞬间切断可控硅(将可控硅触发极信号撤消),由于电流过零时切除电容,系统中电感上的过电压会下降。正常运行时由接触器实现,电容投切时由可控硅完成,这将极大地减少电容投切时对电网造成电流、电压浪涌和谐波,延长了电容器的使用寿命,同时接触器闭合,分断时均在可控硅导通状态下进行,分断时触点不会产生电弧,因而接触器的容量可减小,其使用寿命也将大幅度提高。而可控硅只在瞬时接通和断开,其功率也勿选得过大。

笔者2002年参观德国汉诺威展览时,国外几乎全部使用动态无功功率补偿装置,不再用静态补偿,而国内则反之,大量使用静态补偿,而较少使用动态补偿。

一般企业的配电系统不使用无功功率补偿装置时,其功率因数为0.5~0.8,使用无功功率补偿装置后可提高到0.92~0.98。每个配电系统都有一套无功功率补偿柜,目前国内使用的多数是静态的,电容投切对电网容易造成电流、电压浪涌和谐波,因而应大力推广动态无功功率补偿装置。

摘要：分析了目前国内广泛使用的静态无功功率的使用情况和缺点,设计了一种动态无功功率自动补偿装置。利用CPU检测电网的无功功率、功率因数或无功电流,并将可控硅与接触器并联后对补偿电容进行投切,利用可控硅的快速导通特性,实现电压过零投入,电流过零切除的动态补偿。该补偿装置可最大限度地减少电容投切过程中的电压、电流浪涌。

关键词：动态无功补偿装置,电压过零,电流过零

参考文献

[1]GB/T 15576—2008低压无功功率静态补偿装置总技术条件[S].

无功率补偿装置 篇3

随着我国电力事业的飞速发展,社会用电量越来越大。由于企业中大部分负载为感性,因此需使用低压无功功率补偿装置(以下简称补偿装置)来进行无功补偿,以减少低压输电线路的无功传输量,维持电网电压稳定,提高电网运行效率。无功功率补偿分为静态无功功率补偿和动态无功功率补偿,其中,动态无功功率补偿是一种延时很短的补偿方式,主要用于负载变化较快的场合。

1 补偿装置工作原理及其动态响应时间测量方法

补偿装置中补偿电容器组的投切,是由无功功率补偿控制器(以下简称控制器)根据电网中无功量来自动控制的。控制器检测到无功量大于设定值时,便发出信号使复合开关合闸,投入电容器组;若无功量仍大于设定值,则继续增投电容器组直至全部投入。控制器检测到无功量小于设定值时,便发出信号使复合开关分闸,切除电容器组;若无功量仍小于设定值,则继续切除电容器组直至全部切除。补偿装置示意图如图1所示。

补偿装置动态响应时间是指从系统的无功变化达到设定值到补偿装置输出无功的时间间隔。GB/T 15576—2008规定的动态响应时间测量方法为:在主电路中投入大于补偿装置设定值的感性负荷,把感性负荷电压变化时刻记为t1,同时检测电容器投入后电流的变化,把电容器输出电流发生变化的时刻记为t2,则t2-t1为装置的动态响应时间t。动态响应试验原理如图2所示。波形采集装置采集感性负荷电压和补偿装置电流。

2 新试验方法原理

GB/T 15576—2008中的试验方法需使用感性负荷,目的是产生使电容器投入的无功量。但是,这种感性负荷容量大、体积大且笨重,因此操作麻烦,难以调节且利用率低。这里介绍一种新的试验方法,用通用的小功率移相电源代替大容量的感性负荷产生感性无功,以达到节约成本、方便操作、提高工作效率的目的。

新试验方法的接线图如图3所示,将补偿装置主回路接入系统三相电源,将控制器上的用于检测系统无功量的电压、电流信号线改接至移相电源的电压、电流信号输出线。当移相电源输出的无功量大于控制器的设定值时,电容器组投入。记录移相电源无功电流的输出时刻t1和第1组电容器产生电流的时刻t2,则t2-t1为补偿装置的动态响应时间t。波形采集装置采集控制器电流输入端电流和第1组电容器三相进线侧电流。

新方法中,起始时刻t1为无功电流即感性电流产生时刻。由于感性负荷电压变化时刻与感性电流产生时刻相同,因此使用移相电源与使用感性负荷的效果相同,即新方法与标准中的方法等效。

3 试验过程

由于通用的移相电源的电流输出不能突变,因此无法在波形上确定真实的起始时刻t1。鉴于此,对试验接线进行了改进,在移相电源的电流输出端短接一个断路器Q1(如图4所示),通过断路器的动作来明确起始时刻t1。

开始试验时,先使移相电源输出端断路器Q1合闸,然后调整电压、电流值及角度,使无功输出值大于控制器的设定值。由于断路器Q1在合闸状态,移相电源输出的无功电流被短接,因此控制器检测到的无功量远小于设定值,电容器不投入。开始手动采集波形后,将Q1分闸,控制器电流输入端的无功电流即刻增大,补偿装置检测到的无功量也大于设定值,此时即为t1。经过时间t后,控制器使复合开关合闸,第1组电容器投入产生电流,t即为动态响应时间。试验3次,取最大时间t值。

4 波形图解析

补偿装置动态响应波形图如图5所示。通道1为第1组电容器导通电流,通道2为移相电源输出电流。通道2中电流由小变大的时刻即为起始时刻t1,通道1中电流产生的时刻即为第1组电容器导通的时刻t2,动态响应时间t则为t2-t1。

由图5可知,动态响应时间t为244.5ms,t值若太大,则达不到动态无功补偿的目的。GB/T 15576—2008规定,采用半导体电子开关或复合开关投切的无功补偿装置,其动态响应时间应不大于1s。

5 注意事项

在补偿装置动态响应试验的实际操作过程中,还应对控制器的变比、延时等参数以及移相电源的电流、电压、相位进行设定。在采集波形前需反复调试,以确保断路器Q1闭合时复合开关不动作,断路器Q1分断时复合开关动作,电容器投入。

由于移相电源直接与控制器连接,因此在试验过程中,控制器测得的无功量不会变化,补偿装置会按设定的投入模式依次投入全部的电容器组,但此时需采取措施防止投入的电容器容量超过系统允许值。

由于新方法使用了系统电源和移相电源,且对控制器接线进行了临时改动,因此在试验前应反复确认2套电源相互隔离,以免发生短路事故。

6 结束语

对负载较大且变化较快的线路(如电焊机、电机线路)采用动态补偿,会产生明显的节能效果。动态响应试验是补偿装置的一个重要试验项目,当动态响应时间达不到标准要求时,补偿装置就起不到无功功率补偿的作用。

参考文献

[1]刘新民,王国宪.低压无功静动态补偿柜的应用[J].农村电气化,2000(10):42,43

[2]魏保民.电容补偿柜的工作及维护[J].通信电源技术,2001 (3):40,41

无功率补偿装置 篇4

H变电站采用2台SRN-M-1600/10变压器供电,主要供给3428#精密铸造厂房,由设计院设计,于2006年完工,交付给动力分公司使用。

此厂房大多数是中频炉等设备,是产生高次谐波的主要设备。站内原来安装的低压尤功补偿装置因设计末考虑高次谐波对无功补偿装置的影响,造成该变电站安装运行2个多月后40%的电容器发生鼓肚、击穿事故。经生产厂家更换,但电容器损坏的事故时有发生,使低压无功补偿装置不能正常工作,被迫退出运行。

1 改造的必要性

3428#精密铸造厂房的中频炉,耗电量大,功率因数低,中频炉产生谐波量以3次、5次、7次谐波电流为主,且功率因数小于标0.9。谐波严重威胁着电网和用电设备的安全可靠运行,为了确保电力用户和电力系统电能质量及电力系统的运行安全,必须滤除高次谐波电流,改善用电品质,达到国家公用电网的谐波标准(GB/T14549—93)的有关要求。当单体电容器在投入进行补偿时,补偿电容器与电网的电感形成一个并联谐振电路,通常这个谐振电路的自谐振频率一般在5次和7次谐波范围内,当电网中存在的谐波与自谐振频率相近时,有可能使谐波电流放大到正常的20倍左右,在此情况下将出现电压异常升高和电流的数倍放大,导致生产设备发热异常甚至烧损,开关开断能力下降。所以变电站必须装设滤波装置,以消除谐波对供电系统和生产设备的影响,同时必须对无功进行补偿,提高功率因数,降低线路损耗,达到供电部门的要求和节能的目的。

2 改造及实施方案

无功功率补偿装置需达到的性能指标:(1)变压器二次侧的功率因数达到0.95以上;(2)1台变压器无功补偿装置总容量达到400 kvar左右(分主屏和辅屏),具有谐波抑制功能;(3)电容器投切采用可控硅开关投切方式;(4)电容器、电抗器、无功输出控制器选用国内外知名品牌。

实施方案:(1)通过补偿,变压器二次侧的功率因数要达到0.98;(2)采用动态滤波装置,有效地抑制中频炉设备产生的3、5、7次谐波,没有因为投入补偿装置而引起某次谐波的谐振过电压、过电流;(3)电容器投切采用可控硅开关单元,真正做到零投切和高速切换,在其精确高速投切的过程中没有过渡效应,克服在投切电容时产生的巨大涌流与伴生的电压波动,从而有效防止电容放炮的隐患,保护无功补偿装置,减少故障,延长设备的寿命,从而达到改善供电质量、节能降耗的目的;(4)补偿精度高,电容器单体容量不能超过30 kvar,根据设备使用情况,实现分组投切;(5)各模块需具有轮休功能,工作时间平均,保证整台补偿装置的使用寿命。

3 技术经济效益分析

该改造工程于2009年11月25日全部完工,投入使用至今,设备运行正常。采用无功功率补偿后,主要技术经济效益如下:

3.1 减少线路电压降,改善供电质量

采用无功功率补偿后,减少了线路电压降,提高了供电质量。于2010年3月23日上午进行了现场测试,结果如表1所示。

补偿后,电流、无功功率、视在功率有一定幅度的下降。

3.2 节约变压器铜损耗

(1)节约的变压器铜损耗由2部分组成:1) 10 kV/0.4 kV变压器减少的铜损耗;2)110kV/10 kV变压器减少的铜损耗。

(2)节约变压器铜损耗的计算方法:

查看变压器的铭牌,可获得其额定容量、额定电压。

变压器额定电流IN:

查看变压器的铭牌,可获得其额定铜损耗ΔPCuN。

实测或计算变压器输送电流I1:

补偿前,变压器实际运行时的铜损耗ΔPCu1:

补偿后,变压器实际运行时的铜损耗ΔPGu2:

节约变压器铜损耗电功率ΔPCu:

节约变压器铜损耗电能ΔW:

由于110 kV/10 kV变压器受高压测量设备的限制,无法测量,下面仅计算10 kV/0.4 kV变压器节约的铜损耗,如表2所示。

合计节约分厂变压器铜损耗:ΔP=854+910=1 764 W。

变压器全年节约电能(全年负载率30%,全年工作时间去除法定节假日11天及星期日52天,实际工作时间7 200 h):

变压器铜损耗全年节约电费:3 810.24×1.02=3 886.44元。

3.3 节约线损

节约的线损主要由2部分组成:(1)从补偿器到10 kV/0.4 kV变压器供电线路节约的线损;(2)从10kV/0.4kV变压器到110 kV/10kV变压器供电线路节约的线损。

为衡量无功功率补偿的经济效益,在无功功率补偿领域引入了一个“无功功率经济当量”的概念,“无功功率经济当量”是指每补偿1 kvar无功功率在整个电力系统中节约的有功功率损耗,经济当量用符号k表示,它的单位是kW/kvar。

无功功率经济当量k值的大小,与负荷点到电源的“电气距离”、电能成本、负荷的运行状况等因素有关。为了简化计算,国家标准GB/T12497《三相异步电动机经济运行》规定了不同供电方式的无功功率经济当量估算值,如表3所示。

由于受高压测量设备的制约,我们根据国家标准,采用无功功率经济当量的方法估算节能量。

无功功率经济当量按0.06 kW/kvar计算,2台补偿器全年节约电能:ΔW=APL·h=810×0.06×0.94×0.3×7 200=98 677.44 kW·h。

南方公司采用峰谷电价,平均电价按1.02元/kW·h计。所以,全年节约电费:98 677.44×1.02=100 650.98元,通过计算,全年节约电费:3 886.44+100 650.98=104 537.42元。

4结语

通过对H站采用DGB-A动态式无功功率补偿装置进行节能改造前后的数据进行计算、比较,得出结论如下:

(1)技术改造后,取得了显著的节能效果,年节约电费104 537.42元,约3年就能收回成本(在该变压器负载率为30%的情况下计算)。随着公司科研生产能力的提高,设备的利用率将会进一步提高,节能的效果会更加明显。

(2)功率因数明显提高(平均达到0.98以上),大大降低线路损耗,由于供电线路上无功电流的减少,供电线路的电压降也相应减少,增加了输配电的供电能力。

(3)改善了供电质量,提高了设备的工作效率,确保电力系统安全、稳定、经济运行。

(4)在线实时跟踪,随着负载变化,补偿装置实时跟踪系统功率因数并快速等量补偿。

摘要：主要阐述了H变电站谐波产生的原因、改造的必要性,并就谐波治理和抑制的方法及技术经济效益作了具体论述。

关键词：H变电站,电能质量,谐波,无功补偿,改造

参考文献

无功率补偿装置 篇5

在企业内部碳化硅炉整流设备、电焊机以及电子设备等会造成大量无功功率和高次谐波的出现, 这种无功功率以及高次谐波极大程度上污染了电网系统, 影响了电网系统的运载能力同时消耗了大量的电能, 阻碍了电子设备的正常运转。所以, 为了提高企业电力使用效率, 提升用户用电质量水平, 实现电网的净化、提高电网系统荷载能力、降低电网运行损耗, 要采取有效措施治理务工宫里以及高次谐波。

2 工程概况

该工程规模:3万t碳化硅工程, 须建设110k V降压设施, 为新厂区第一、二期工程设备供电。

供电方式:电源选择110k V架空电路, 通过110k V供电设备和变压器降压后达到35k V, 然后供给设备用电。

其中一期工程变压器按照容量是4万k VA, 35k V母线配置3个整流变压器, 每台额定容量为12500k VA, 主要用电量主要集中在3台碳化硅炉上, 整流器选用6脉波二极管;同时要负载老厂区1台变压器, 其额定容量为5000k VA, 其用电量主要集中在1台碳化硅炉, 整流器型号同上;带新厂区1套箱式的变电站, 其变压器额定容量是1600k VA[1]。

二期工程中变压器容量为4万k VA, 35k V母线配置3台变压器, 每台额定容量为1×12500k VA, 用电量集中在3台碳化硅炉上, 整流变压器型号同上。变压器以及6脉波整流器导致大量无功功率与高次谐波的出现。

3 工程设计方案

为了实现无功功率补偿以及消除谐波的目的, 经过方案的比较分析选择了在35k V母线设置无功功率补偿装置和消协装置的方案。方案的关键环节是确定系统高次谐波分量、无功功率补偿容量以及无功功率补偿与消谐的切入方式。对于新厂区产生无功功率以及高次谐波的设备参数进行采集, 根据采集到的结果进行计算, 计算结果得出设备产生的谐波分量分别为:5、7、11、13, 然后分别对产生谐波的各支路进行设备选择。根据上面选择的方案在供电系统第一、二期工程中各投入4台35k V高压开关柜实现系统供电[2]。没有设置35k V交流接触器, 如果按照理想状态下自动切入的方法对无功功率以及高次谐波回路细化投切, 则需要投入更多的35k V高压开关柜, 将极大的增加工程投资, 所以此切入方式不可行;如果在110k V母线部分设置无功功率补偿以及消谐装置, 由于110k V设备成本高出35k V高压开关柜许多, 因而会增加工程投资, 所以以上两种切入方式都不可行。

为节约资金, 需要选择一个经济实惠的切入方案实现对无功功率以及高次谐波的治理。技术人员对老厂同一类型的碳化硅炉产生的无功功率补偿容量以及谐波值进行了检测, 结果如表1所示。

3.1 谐波电流计算方法

依据上文提到的同类型碳化硅炉炉变产生的谐波电流量以及110k V电网数据进行计算。新建厂区碳化硅炉通过母线的谐波电流值, 每1台、2台以及3台碳化硅炉炉变通过35k V、110k V变电系统产生的谐波值如表2所示[3]。

然后按照国家标准计算出注入110k V的谐波电流的允许值以及该系统超标值。依据国家标准系统电压谐波要满足:电压总谐波的畸变率THDu不大于2.0%, 各次谐波电压含有率标准为:奇次不大于1.6%;偶次不大于0.8%。110k V侧功率因数>0.92。

3.2 无功功率补偿容量计算 (假设一期、二期工程相同)

为新建厂区碳化硅炉供电的电压为35k V并且配套3组整流变压器、利用6脉波整流器实现碳化硅炉的直流供电。新厂区有车间3个, 每个车间配置1台整流变压器, 每1台碳化硅炉炉变容量大小为12500k VA, 补偿功率因素按0.9计算, 110k V变压器空载时的电流是0.15%, 阻抗10.5%, 额定电容为4万k VA, 通过计算可以得出变压器的无功损耗为:

1台整流变压器运行损耗为470k Var。

2台整流变压器同时运行的损耗为1700k Var。

3台整流变压器同时运行的损耗为3750k Var。

通过以上检测以及计算得出的结果可以看出, 想要消除高次谐波需要提高110k V侧功率因素达到0.92以上, 考虑到要同时同时满足上面提到的3种情况的工作需求, 而且不能出现补充过当的情况, 最终考虑采用下面的方案。

4 无功功率补偿和谐波消除方案

通常情况下在电网中安装滤波器, 从而抑制谐波流动实现高次谐波的消除。要根据高次谐波产生的次数以及大小设计滤波装置的各支路, 装置要和无功补偿装置匹配, 同时要避免谐波电流出现谐振现象, 从而确保滤波装置的安全正常运行。

综合考虑以上技术要求, 为实现无功功率补偿以及谐波消除的目的, 在一期、二期工程汇总各自安装35k V滤波以及补偿装置1套, 分为5次、7次两路滤波和无功补偿支路。

无功补偿电容量:

5次支路设置滤波、补偿装置1套, 3000k VA。

7次支路设置滤波、补偿装置1套, 5000k VA。

其中支路中滤波装置为户外架设, 每套装置包含了滤波电抗器、线圈、电容器、避雷器、接地刀闸、绝缘子、电容器支架以及母线等。

其切入方案为:

如果只运行1台电阻炉的时候则投入5次支路。

如果2台电阻炉同时运行的时候则投入5次支路。

如果3台电阻炉同时运行的时候则5次、7次支路同时投入。

无功补偿装置结构图如图1所示。

其中J1到J4为智能开关, QA所在的进线柜为补偿系统供电, 并具有短路保护能力。4挑线路由隔离开关、智能开关、电抗器、电容器以及避雷器组成, 该装置具有矢量功率不平衡、电压和频率保护等功能。

上面提到的无功功率补偿以及消谐方案在注入110k V侧产生的无功功率因素大于0.9, 注入110k V侧产生的谐波电流符合国家标准GB/T14549-1993:电能质量公用电网谐波中规定的谐波电流的允许值[4]。通过此套装置的植入降低了注入电网以及企业供电设备产生的无功电流以及谐波电流, 提升了工厂电力使用效率, 同时净化了电网, 增加了电网运载能力。在确保工程安全正常生产的前提下实现了节能环保的目的, 为企业节约了运行成本。

5 结束语

本文简要介绍了无功功率补偿以及消谐装置的原理, 分析了无功补偿和消谐措施的作用, 通过对某工厂碳化硅炉供电设备的无功补偿以及谐波治理的实际案例分析, 证明了无功补偿和消谐技术可以实现净化电网与节约电能的目的, 提升企业供电系统的利用率, 具有重大的经济效益和社会效益。通过对无功补偿和消谐技术的实例分析可以总结出其具有投资少、运行安全、操作简便等优势, 具有巨大的应用前景和推广空间。

参考文献

[1]张福明.无功功率补偿及消谐装置在35kV供电系统中的应用[J].成组技术与生产现代化, 2009, 02 (12) :60~62.

[2]张福明, 张震.无功功率补偿及消谐装置在工厂供电系统中的应用[J].机械设计与制造, 2009, 12 (26) :92~93.

[3]彭超尘.浅谈无功补偿及消谐装置在工厂供电系统中的应用[J].科技资讯, 2010, 03 (16) :121.

无功率补偿装置 篇6

金凤井田位于宁夏吴忠市东南, 行政区划属吴忠市盐池县冯记沟乡管辖。距盐池县约55km, 距吴忠市约90km, 距银川市115km, 矿井设计规模44.00Mt/a, 服务年限为64.2a。

2供电现状

矿井工业场地设有一座35/10kV变电所, 变电所内安装两台20MVA的变压器, 该变电所主要为主斜井驱动机房、回风立井驱动机房、锅炉房、井下水处理站、选煤厂及煤矿井下提供10kV电源。

矿井主斜井配两台1600kW变频电机, 采用12脉整流, 交-直-交变频运行方式, 煤矿井下采煤机功率为1180kW, 变频器在运行过程中产生11、13次谐波, 是整个矿井的谐波源, 采煤机在运行过程中会对矿井的供电的电网电压造成冲击, 如果在运行过程中不采取治理措施, 变压器在运行的时候还会反向对矿区电网造成冲击, 从而使得矿井的供电可靠性得不到保障。

3 MCR无功补偿装置原理

3.1一次部分

MCR型无功补偿装置在一次回路结构与传统的TCR型SVC基本相同, 其装置都是由 FC支路、可控电抗器这两部分共同组成的, 虽然两者的基本组成一样, 但是也还是存在一定的区别。两者的区别主要是在TCR型SVC里可控电抗器是“相控电抗器”, 但是在MCR型SVC里, 可控电抗器是“磁阀式可控电抗器”。从图1中我们可以清楚地看到, 在其主接线的供电是通过供电母线经过补偿出现开关的, MCR支路、FC支路都在通过各自的隔离开关处于补偿母线进行连接。

FC支路持续性的向整个供电系统提供一定量的容性无功, 而MCR支路就根据供电系统的整体变化来按照一定比例吸收剩余的容性无功, 由此方法来保持系统感性与容性无功之间的关系尽量保持平衡。我们可以从图1中看出, FC支路的出线柜是与MCR支路一起共用的, 在其支路上面的隔离开关保证了支路在系统检修或者是停用的时候与供电系统隔离。图1中的TV1是系统母线电压互感器, 其主要作用是用来检测母线的电压值;图1中的TV2也是系统母线电压互感器之一, 其主要作用是用来检测母线电压信号。

3.2二次部分

整个二次部分是有由MCR型支路控制保护系统与FC支路保护系统和控制电源系统共同组成, 下面进行阐述。

(1) MCR型支路控制保护系统

MCR支路控制保护系统包含:控制保护、励磁、监控这三个主要部分。

首先, 对控制保护部分进行阐述;控制保护部分是一个采用80C196芯片作为主要CPU的控制器, 其他主要控制部分由数据采集、通讯、主控CPU与CPU相应外围的电路共同组成。

下面分别阐述各个CPU之间的实现系统。

①控制保护CPU:控制保护之间的CPU主要是通过多口RAM来实现的, 其主要目的是实现各个CPU之间的数据共享;②控制算法以及保护逻辑:其主要是由主控的CPU来实现的, 主控CPU对所有的数据进行收集整理计算;③系统参数采集、计算:其主要是由数据CPU来实现的, 在整个系统中, 专门负责通讯部分的CPU与上位监控机与其他监控系统相互之间进行数据的交换, 并将整体的数据提供给RS485与CAN通讯接口。

再者阐述励磁部分:

励磁部分主要是由光电接口电路、触发脉冲电路、脉冲放大电路、可控硅等部分组成;其工作程序如下:光电接口电路在接收到信号后, 由光电转换成为模拟给定信号, 形成可触发的控制的触发脉冲, 通过脉冲放大电路形成对可控硅的导通状态进行移相控制, 实现调节MCR支路感性无功电流的目的。

最后阐述监控部分:

监控部分是由上位监控机、人机交互界面与部分终端器件组成。

上位监控机是将显示屏通过RS485或CAN总线通讯接口与通讯CPU相连接, 以此来达到上传或者下载各种实时数据的目的。CPU收集的实时数据可以在显示屏上面进行及时显示, 操作人员可以根据人机交互界面进行操作, 对系统的整体运行、系统参数、详细信息进行设定或者监控;同时还可以对数据的运行进行储存, 绘制出数据运行趋势图, 以便查看历史数据, 对系统的长期运行提供实时、连续的数据参考。

(2) FC支路保护控制系统

FC支路保护系统是采用80C196芯片作为主要的CPU计算核心。内部由数据采集、CPU、保护输出电路组成。其运行程序如下:通过数据采集部分采集FC支路补偿出线柜上面的电流与FC支路零序上面的电压, 上传至CPU, 再由CPU进行计算, 再将计算结果与保护算法之间进行对比, 根据对比差来调节FC支路补偿出线柜上面的电流与FC支路零序上面的电压, 由此实现FC支路过流一段、二段, 补偿出线柜过流一段、二段, 不平衡电压 (零序电压) 等保护功能。

(3) 控制电源系统

为了保证整个系统的正常工作, 需要为系统提供正常的电源, 还需要在出现电源故障的时候, 及时控制电源, 保证系统的全部设备不受损害;因此, 在控制电源系统中, 必须加入掉电保护功能, MCR型补偿装置的电源系统能够较好的完成各种系统需要的功能。首先, 为电路提供不间断的工作电源, 同时, 对故障发生后的控制保护动作提供处理时间, 系统的保障程序按规定的顺序依次退出运行, 保护系统的数据完整与安全, 在结束程序后, 设备停止使用, 以此减少设备的损坏与数据的安全。

4 MCR无功补偿装置实际应用

金凤煤矿35kV变电所10kV母线上安装一套MCR无功补偿装置, 其中MCR容量为6000kVar, 配套5、7、11、13次滤波支路, 当矿井生产过程中有对系统电压的负荷冲击时, 补偿装置通过检测母线上的电压、电流等电气参数, 并通过一定的控制算法实现对系统的调节, 满足矿井安全生产的需要, 并使得矿井的功率因数维持在0.95以上。

5 结论

MCR型动态无功补偿装置, 设计通过专门的快速励磁系统, 其相应时间已达20ms, 图2、3分别为MCR加载和减载过渡过程一次电流实测波形。

1通道为电容器切除电流波形, 2通道为MCR电流波形, 响应速度为20ms。

1通道为电容器切除电流波形, 2通道为MCR电流波形, 响应速度为20ms。

从以上MCR型动态无功补偿的原理及实际应用中可以看出, 在矿井终端变电所加装该装置后, 当矿井的负荷发生突变时, 该装置可以通过检测供电系统的参数并通过自身的控制算法使得矿井的电能质量得到很大的改善, 从而使得矿井的安全性得到了很大提高。

摘要：我国自上世纪70年代开始推广机械化采煤后, 煤矿用电负荷激增, 近年来, 出于采煤工艺和节能方面的需求, 大量非线性负荷的设备在煤矿供电系统中被广泛使用, 这些设备使得煤矿的效率大大提高, 但同时也给电网带来了大量的谐波, 对电网产生极其严重的污染, 文中简要介绍了神华宁夏煤业公司金凤煤矿的供电概况, 并实际运用了MCR型无功补偿装置使得矿井提高电网功率因数, 减少线路损耗, 维持负荷端电压, 使得矿井的供电效果得到很好的改善, 提高了经济和社会效益。

关键词：MCR,无功补偿装置,煤矿供电

参考文献

[1]陈志博.几种常见无功补偿装置的基本原理及仿真[J].大功率变流技术, 2009 (03) :50-54.

[2]李顺宗, 李振宇, 王志永.基于MCR技术的新型动态无功补偿装置[J].供用电, 2007 (6) :9-12.

[3]王宝安.基于磁控电抗器的动态无功补偿装置[J].电力自动化设备, 2010 (04) :97-100.

[4]张广海.磁控动态无功补偿技术的应用[J].煤矿机电, 2008 (05) :91-92.