高压电容补偿（精选7篇）
高压电容补偿 篇1
摘要：从高压并联电容器补偿装置二次保护的重要性入手, 详细介绍了电容器组的保护形式, 探讨了高压并联电容器补偿装置的过电压保护和失压保护。
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
[1]王季梅.高压交流熔断器及其应用[M].机械工业出版社, 2006
高压电容补偿 篇2
对交流异步电动机,尤其是高压大功率交流异步电动机的动态无功功率就地补偿和控制是减少电力系统功率传输损失、增加输电线路有功功率传输能力以及维持供电系统电压稳定的重要措施之一[1]。本文在传统并联固定电容有级无功补偿技术方法基础上,提出了由小容量静止同步补偿器(STATCOM)[2,3]与固定有级电容组成大容量的交流异步电动机动态无功无级就地补偿技术方法,并通过计算机仿真研究验证了该技术的可行性。
1 两重STATCOM的主电路结构和基本原理
系统组成如图1所示,12脉冲逆变器为小容量STATCOM[2,3],通过变压器与10 k V配电母线相联后与10 k V高压异步电动机并联进行超前或滞后无功补偿,然后与多只10 k V高压并联固定有级电容器组合,从而组成低成本和高性价比的10 k V高压大功率交流异步电动机动态无功无级就地补偿技术。
图1中12脉冲逆变器STATCOM系统主要是由2个三相桥式电压型逆变器并联通过耦合变压器与电网联接[2,3]。12脉冲逆变器STATCOM系统结构如图2所示。
逆变器由可关断器件及反并联二极管组成,2个6脉冲STATCOM并联移相输出,一方面提升了补偿容量,另一方面又能抑制补偿装置本身的谐波电流[3,4]。连接变压器本身的漏抗可以用于限制逆变器的电流,防止逆变器故障或系统故障时产生过大的过载电流,因此可以省去STATCOM的串联滤波电感。此时STATCOM的a相输出电压为[3,4]
其中,ud为逆变器STATCOM直流侧电容电压;θ为脉冲宽度。
由式(1)可知调节脉冲宽度θ即可调节输出电压,当θ=120°时,ua的基波电压有效值为
且当n=3,5,7,9时
即在ua中最低次谐波为11次谐波,ua的第n次谐波有效值为
STATCOM从系统吸收容性或感性无功功率的计算公式为
其中,US是系统电压;r是补偿装置的等效电阻;δ是系统电压和STATCOM输出电压之间的相位差。
由式(3)可知相位差δ的大小决定了STATCOM的工况。因此,控制δ即可控制STATCOM的工况[5,6,7,8,9]。STATCOM直流侧电容的大小常按以下经验公式进行选取[7,9]:
其中,IN为逆变器的额定工作电流;ω0为逆变器输出电压基波角频率;Udc为额定状态下的直流侧稳态电压;ΔK为系统允许的直流电压波动系数,取值范围为0.01~0.1。
2 补偿系统容量的选择与STATCOM的控制
图1中的高压异步电动机可为多台,设计总容量为1.2 MV·A。通常异步电动机轻载时功率因数在0.65以下,满载时功率因数约为0.85,总是低于0.95,必须要进行无功补偿。此处按高压异步电动机总容量1.2 MV·A的一半左右进行考虑,即无功补偿设计总容量为0.6 Mvar左右。其中固定有级电容按2的倍数进行设置,各级投切电容的容量分别为20 kvar、40 kvar、80 kvar、160 kvar、320 kvar,为了有效降低补偿装置成本,STATCOM的容量设计为40 kvar,最终补偿装置设计总容量合计为0.66 Mvar。
STATCOM间接控制的基本工作原理就是通过调节逆变器交流侧输出电压的相位和幅值,达到向电力系统连续吸收或者提供无功功率的目的。如图3所示,采用STATCOM吸收无功和有功的反馈控制方法,采用d-q分解法监测STATCOM吸收的无功和无功电流[5,10,11,12,13,14]。控制采用相移SPWM技术,2个逆变单元采用低开关频率SPWM,并且具有相同的频率调制比N、电压幅度调制比M和共同的正弦调制信号。而三角载波的相位依次相差φc=π/N,生成不同相位的SPWM波,以控制各个逆变单元。如图3所示,基于2电平12脉冲d-q解耦的控制框图,其中调整系数定义为,ΔUC,max为在容性工况下最大线电压跌落,ΔUL,max为在感性工况下最大线电压增幅。锁相环同步跟踪线电压相角,线电压Ut与参考电压U*ref进行比较,经过PI调节器后产生STATCOM所需的无功电流Iqref,并且在这环节上使用了调差系数K1、K2等。STATCOM无功电流Iq与参考值Iqref比较后经过PI调节器后产生所需要的控制角△α。
3 补偿系统仿真与分析
补偿系统开始工作时,由STATCOM实现对10 k V/1.2 MV·A三相高压异步电动机机组进行单独补偿。在0.4 s时投入并联电容器组,系统a相电压usa、电流isa和电动机a相电流ida的仿真波形如图4(a)所示,与固定电容一起工作。使STATCOM工作在较小区间,一方面有利于系统的无功储备,另一方面对抑制谐波有很大帮助。从图中可以看出在投入并联电容器组后,补偿波形有了很大改善,谐波含量也有效降低。在1 s时,当使高压电动机停止工作时,补偿系统能迅速做出反应,系统仿真波形如图4(b)所示。当不并入固定电容而仅有STATCOM补偿时(图4(b)上图),高压电动机在停机前后的补偿系统a相电压和电流波形中谐波含量均较大。当并入固定电容与STATCOM进行混合补偿时(图4(b)下图),高压电动机在停机前后的补偿系统a相电压和电流波形中谐波含量均显著减小。电动机停机时STATCOM的无功补偿状态如图4(c)所示,经过几个周期后STATCOM由容性区进入感性区。
在1.5 s时,高压电动机组重新启动时的系统仿真波形如图4(d)所示。如果不并入固定电容而仅有STATCOM补偿时(图4(d)上图),电机a相电流、电压谐波含量均较大。当并入固定电容与STATCOM进行混合补偿时(图4(d)下图),高压电动机组重新启动后,补偿系统a相电压和电流波形中谐波含量均明显减小。STATCOM无功补偿电流iQ变化情况如图4(e)所示,从图4(e)STATCOM无功补偿电流变化情况可看出,与上述图4(a)(b)(d)的情况是完全对应的。
表1为该补偿系统所达到的无功补偿节能效果。表中,A为补偿前,B为STATCOM单独补偿后,C为STATCOM与固定电容混合补偿后;λ为功率因数,THDi为电流谐波含量,Q为无功功率,WQ为无功补偿节能。从表1数据可看出,由STATCOM进行单独补偿和由固定电容与STATCOM进行混合补偿,均可使功率因数得到显著提高,无功节能效果基本相同,均非常明显。但采用固定电容与STATCOM进行混合补偿后电流谐波明显减小,补偿效果要明显好于STATCOM单独补偿情况。这主要是由于采用固定电容与STATCOM进行混合补偿后,有效降低了STATCOM引起的高次谐波。
4 结论
对12脉冲逆变器STATCOM的特性和控制方法,以及与固定有级电容组合形成大容量动态无功无级补偿技术方法进行研究,结果表明:
a.采用由小容量的STATCOM与固定有级电容组成大容量的交流异步电动机动态无功无级就地补偿技术方法是可行的,无功节能效果明显,可有效降低动态无功补偿技术装置的制造成本和运行成本;
b.采用并联固定有级电力电容器与12脉冲逆变器STATCOM对高压三相异步电机进行混补,在有效降低补偿后的电流谐波方面要好于由12脉冲逆变器STATCOM进行单独补偿的情况;
关于电容补偿方面的一些观点 篇3
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
一种电容启动补偿装置的研制 篇4
(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.
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[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.
谈并联补偿电容器的保护配置 篇5
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。
异步电机的曲折接线与电容内补偿 篇6
如果是2~12级的三相定子绕组, 那么就可以把每一个绕组分成2~6个相同匝数的主绕组, 以及2~6个相同匝数的副绕组。然后将主绕组进行并联, 副绕组则以串联、并联的方式来构成六边形的组合接线。举个例子, 8极电机每相4个主绕组以同样的首端方式进行并联, 同相的副绕组和主绕组之间不直接进行连接。并联的A相主绕组的首端将A1接线端引出, 它的末端则和组合的C相副绕组的末端进行连接, 从而引出A2端。并联的B相主绕组的首端将B1接线端引出, 它的末端和组合的A相副绕组的末端相连接, 从而将B2端引出。并联的C相主绕组首端会引出C1端, 它的末端和组合的B相副绕组的末端相连接, 从而引出C2端。根据依次滞后π/3电势角度方式, 而且要在主绕组和副绕组的匝数比达到1∶1的时候, 进行整体的连接, 从而使电势向量变为不等的六边形, 从六边形当中, 引出6个接线端。
主接线端的A1、B1、C1连接在交流开关K1上, 而副线端A2、B2和C2则和C01、C02、C03电容器组进行连接, 通过交流开关以后, 其与C04、C05以及C06进行连接。详情见下图。
2 电容器补偿
两组电容器分别是C01、C02、C03以及C04、C05、C06, 将这两组电容器的容量和与三相异步电动机的平均功率数值进行对比, 其比值在0.5左右。当这两组电容器的容量之比达到了1∶0.5的时候, 电容器电流和电机绕组里的感性电流会相互的平衡和补偿。
这是因为异步电机的主绕组以及副绕组都是采用并联和串联的方式进行连接, 还没有投入电容器的时候, 经过并联A相主绕组的i AB电流, 再经过并联B相主绕组, 串联和并联A相副绕组支路的电流, 以及并联C相主绕组。绕组对称分布的每个绕组合成的电流相量是三相对称的关系, 因此能够形成三相对称的磁动势, 同时产生旋转的磁场。
首先将1组、2组的电容器进行投入, 这3个电容器全部将对绕组里面的感性电流进行叠加。
在以上的图中, C01的电流电容为ic01, 它重点是对并联的A相主绕组中的电流i AB实施叠加, C03中的电流电容为ic03, 它重点是对并联、串联的C相副绕组的电流i AB实施叠加。在叠加以后, 它会形成向量, 并且向滞后的方向进行转移。C01和C03两个电容器之间的线电流为ic13, 它和原来的A1、B1之间的绕组里的相电流i AB几乎是相同的。如果当并联主绕组的感应电势值是串联和并联副绕组的一半时, 那么前者i A1和后者的合成电流i A2进行比较, 其相量达到超前的60°电角度, 而且前者和后者的电流数值相比较, 前者比后者多2倍, 那么, 两者之间的磁势相量的数值相同, 电角度相差60°。
3 结论
综上所述, 曲折接线为电容器电流进入电机绕组提供了条件, 电容器会产生电流, 电流经过绕组, 有移相的作用, 导致铁心圈中的无功损耗问题被解决。观察电机的T型等值电路, 曲折接线和内补偿方式之间所产生的效果会使电容器将激磁电抗的两端并联。这样一来, 就形成了电容器和漏抗之间的等效串联关系, 同时也使得电机激脱无功能量可以由电容器来提供补偿。技术人员经过试验以后发现, 应用上述方法进行补偿, 会使异步电动机降低无功电流80%左右, 另外还能降低有功电流和有功电量。这种方法适用于各种容量的异步电动机, 当运用于容量较小的异步电动机的时候, 可选择的三相电容器容量值大概为电动机额定功率值的40%。当运用于容量较大的异步电动机的时候, 可以采用现行的电力电子器件控制的动态补偿设备, 从而实现效果最好的补偿。当运用于容量一般的异步电动机时, 可以把电容器分成几级, 比如三级、二级, 如果负荷增加, 那么就应该逐级的投入, 这样便可达到需要的节能效果。
这种技术目前广泛的被应用在大、中、小型异步电机中, 不但降低了无功电流的损耗, 还提高了效率, 达到了功率因素的节能效果。
4 总结与体会
异步电动机是一种将电能转换为机械能的设备, 它能够带动生产机械的运行, 目前在厂矿企业中得到了广泛的使用。为了保证生产机械的正常运行, 必须采取措施进行电容补偿, 以减少无功电流, 避免对电网造成冲击。
摘要：如今的异步电动机, 基本上都是采用的三角形直线式和三相星形的绕组连接方法。这种三相绕组的方式需要通过磁路来传递能量, 而且很容易受到激磁电抗或者漏磁电抗的影响, 同时也会产生一些无功损耗或者感性电流。因此, 为了解决无功电流大的问题, 可以将异步电动机的定子绕组连接成电势相量为六边形的曲折接线, 借助三个副线圈的电容器使其绕组磁势的相量变为六边形, 这样便可达到节能的效果。
关键词：曲折接线,电容器,无功补偿,节能,异步电机
参考文献
[1]刘涛, 刘建平, 宋建新等.异步电机曲折接线与电容器内补偿方法的研究[C].第七届全国电技术节能学术会议论文集, 2003.
[2]刘涛.异步电机的曲折接线与电容内补偿[J].电机技术, 2013.
电容型高压验电器安全探讨 篇7
高压验电器主要由检测指示器、绝缘构件、护手等三个部分组成。按验电器的显示方式, 可分为声类、光类、数字类、回转类、组合式类等。[1]由于验电器使用环境的复杂性和重要性, 一般均采用声光组合的形式;按照验电方式及主要元件构成及其工作原理, 又可分为电容型验电器、电阻型验电器和感应型验电器。由于电容型验电器原理结构简单, 操作安全可靠, 因而在电力行业得到了广泛应用。
2 验电器的结构原理
某验电器的电路结构 (如图1) , 只有在正弦交流电压的正半周, 三极管T1导通, 在负半周则三极管截止, 靠后面的逻辑回路保证在验电工作期间持续发光发声。
通过分析上述的验电器电路原理图, 可以将整个验电器看成由R1、R2、C0、C′0构成的一个等效RC回路, 或者一个高压信号继电器 (如图2) , 验电器也同样具有继电器的可靠性、选择性、快速性、灵敏性要求。验电器的绝缘杆可以等效为高压隔离电容C0, 人体可等效为电容C′0, 由于C0很小, 阻抗很大, 因此限制了通过人体C′0上的泄漏电流, 保证了验电人员的安全。
3 验电器检测中的问题
1) 某新验电器, 测试起动电压值接近40%, 动作不灵敏。分析原因可知该批次验电器的绝缘杆发错, 造成验电器灵敏度偏低。
2) 某新型验电器, 在做起动电压值测试时, 验电器动作延时达到2～3s左右, 不能动作快速。原因是厂方为了提高验电器抗干扰能力, 在检测指示器的逻辑回路中增大了延时回路的电容器容量。更换合适的电容器后正常。
3) 在金属表面较大的带电设备上验电时, 如110～220kV开关的三角箱部、CT及PT的头部、PH及PR型刀闸的底座导体部位测量时无声响指示, 无光亮指示, 响应时间延长 (约3～4s) ;而在110～220kV设备的表面较小的部位和35kV及以下电压等级的设备上验电时反应正常[2]。
取一块面积为300×200mm2的不锈钢板, 加undefinedkV额定电压, 比较不同的220kV验电器的动作情况。该试验表明, 若验电器设计制作不合理, 在有电部位验电也能得出设备不带电的结论, 即验电器验电时存在死区, 有很大的安全隐患。
4 干扰产生原因与抗干扰措施
在利用高压验电器对设备进行验电时, 验电器和验电操作人员都暴露在高压强电场下, 由于验电器是以测量高压泄漏电流值的原理来工作的设备, 而构成检测指示器部分的主要元件是电场敏感器件, 必然会受到高压电场的干扰。
在高压电场中的设备上产生的电场感应, 可以看成是分布电容间的耦合, 如图3。
图中A为干扰源, B点为受感应设备, C1为A、B之间的分布电容;C2为受感应设备的对地电容。其中Ua和Ub之间的关系为Ub=C1×Ua/ (C1+C2) 。
为了减弱B上面的电场感应, 可选择使用的方法有:
1) 增大A和B之间的距离, 减小C1。
2) 减小B和地之间的距离, 增大C2。
3) 在AB之间放置一块金属薄板或使用金属屏蔽罩将B罩住, C1将趋向0数值。由于方法1和方法2对验电器的结构或功能影响较大, 而且受到环境条件的限制, 因此方法3是最理想的选项。
从图4可以看出, 插入接地的屏蔽板后, 就形成两个分布电容C3和C4, C2和C4处在并联的位置。在B点设备上的感应电压Ub′应当是A点电压被A、B之间的剩余电容C′1与并联电容C2和C4的分压, 即Ub′=C′1×Ua/ (C′1+C2+C4) 。由于加入屏蔽后的C′1远小于未做屏蔽的C1, 所以此时在B点的感应电压就会减小很多。
为了进一步验证以上结论, 通过对多种验电器的线路板、元器件、制作工艺及抗干扰性能进行了相互比较, 可以得出以下结论:抗干扰能力较强的验电器, 线路板制作工艺较高, 采用贴片元件, 并有大面积的印刷板接地, 有效地抑制了干扰, 可靠性很高;而采用普通三极管和直插式CMOS元件的验电器, 元器件较大, 印刷板接地面积小, 通常抗干扰能力和可靠性较差。另外检测指示器的模拟电路和数字逻辑电路部分没有隔离, 验电器动作逻辑容易受到强电场干扰, 是造成验电器工作存在死区的主要原因。
5 结束语
综上所述, 对验电器的使用、制造和检测采取措施做进一步的规范:
1) 正确维护和使用验电器, 应尽量在带电体的边缘部位验电, 保证接触带电体的时间在1秒以上。
2) 提高验电器特别是检测指示器的制作质量, 做到强电与弱电有效隔离, 减少高压电场的干扰。
3) 在周期检定和新产品验收试验时, 应改进检测工艺, 提高检测水平, 如精确测试验电器的响应时间, 检测验电器的抗干扰性能。对新购置的批量产品和性能不稳定的产品, 更要从多方面考核其综合性能。
参考文献
[1]DL740-2000, 电容型验电器[S].