摘要:根據無(wú)功補償原理,解決功率因數偏低的問(wèn)題,結合該環(huán)保能源公司用電質(zhì)量的現狀,提出無(wú)功補償解決方案,實(shí)際現場(chǎng)考察負載用電總結無(wú)功補償裝置的設計選型、安裝及注意事項。ANSVC無(wú)功補償裝置由自愈式并聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器、投切開(kāi)關(guān)、低壓無(wú)功補償控制器組成,能實(shí)時(shí)檢測系統中的無(wú)功需量,進(jìn)行無(wú)功補償,從而提高功率因數,減少電費支出。
1、原理分析
1.1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,一種是無(wú)功功率。
有功功率: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(wú)功功率:比較抽象,它是用于電路內電場(chǎng)與磁場(chǎng)的交換,并用來(lái)在電氣設備中建立和維持磁場(chǎng)的電功率。它不對外作功,而是轉變?yōu)槠渌问降哪芰?。凡是有電磁線(xiàn)圈的電氣設備,要建立磁場(chǎng),就要消耗無(wú)功功率。比如40瓦的日光燈,除需40多瓦有功功率(鎮流器也需消耗一部分有功功率)來(lái)發(fā)光外,還需80乏左右的無(wú)功功率供鎮流器的線(xiàn)圈建立交變磁場(chǎng)用。由于它不對外做功,才被稱(chēng)之為“無(wú)功"。
Q:無(wú)功功率(Kvar),S:視在功率(KVA),P:有功功率(Kw),PF:功率因數
1.2無(wú)功功率偏低的不良影響:
1、降低發(fā)電機有功功率的輸出
2、降低輸電、變電設備的供電能力
3、線(xiàn)路損失的增大和電能損耗增加
4、功率因數下降,電費增收,成本增加
5、使電氣設備得不到充分發(fā)揮
1.3并聯(lián)電容器無(wú)功補償原理:
如圖1,將并聯(lián)電容器C與變壓器或負載并聯(lián),則變壓器或負載所需要的無(wú)功功率全部或部分由并聯(lián)電容器供給,即并聯(lián)電容器發(fā)出的容性無(wú)功可以補償負載所消耗的無(wú)功。
如圖2,當未接電容C時(shí),流過(guò)電感L的電流為IL,,流過(guò)電阻R的電流為IR,電源供給的電流為I1,I1=IR+jIL,此時(shí)相位角為Φ1,功率因數為COSΦ1;并聯(lián)接入電容C后,由于電容電流IC與電感電流IL方向相反,使得電源供給電流由I1減小為I2,I2=IR+j(IL-IC),相角由Φ1減小到Φ2,功率因數由COSΦ1提高到COSΦ2。
圖1
圖2
在純電容無(wú)功補償中,電容器本身阻抗是容性的,隨著(zhù)諧波頻率的提高,電容器的容抗會(huì )明顯減小,使得諧波被電容器放大,從而疊加在補償電流上,使電流有效值顯著(zhù)增加,電容器由于諧波電流的增大產(chǎn)生溫度過(guò)高、絕緣老化、鼓包等問(wèn)題。且諧波電流放大引發(fā)諧波電壓增大,一旦疊加到電容器的電壓上,也會(huì )使電壓有效值增加,電壓峰值增加,從而引起電容器產(chǎn)生局部放電且不能熄滅,這也是電容器鼓包損壞的一個(gè)重要因素。在大多數的低壓電力系統中,諧波會(huì )對電容柜產(chǎn)生較大的影響?,F場(chǎng)應用總比較常見(jiàn)的有變頻設備數量較多、容量較大,變頻器前端沒(méi)有進(jìn)線(xiàn)電抗器,相互之間會(huì )產(chǎn)生諧振,從而引起電容器經(jīng)常出現鼓包發(fā)熱等情況。
通過(guò)在低壓電力電容器中串聯(lián)合理配置的電抗器,進(jìn)行諧波抑制。電容器的容抗值為1/ωC;在電路中串聯(lián)對應的電抗器,該電抗器感抗為ωL,則電容器與電抗器會(huì )在某一頻率下具有確定的阻抗,從而實(shí)現在該頻率下諧波抑制。
電抗率的定義為:LC串聯(lián)回路中,在基波頻率下感抗和容抗的比值,即XL/XC,電抗率一般為6%、7%、12.5%、14%,電抗系數對應的諧振頻率如下表1所示。若使用6%電抗器,諧振點(diǎn)頻率為204Hz,遠離5次諧波諧振點(diǎn),但靠近4次諧波諧振點(diǎn)200Hz,例如,三相6脈沖的變頻設備,如果其中有一只晶閘管損壞,則會(huì )變成相當于5脈沖設備,因此將會(huì )產(chǎn)生4次諧波。 若使用7%電抗器,諧振點(diǎn)頻率為189Hz,遠離5次諧波諧振點(diǎn),則諧波分流流入的少,可更好的保護電容器,7%電抗是常用的安全補償方式。12.5%電抗器諧振點(diǎn)頻率為141Hz,接近3次諧振點(diǎn)150Hz,易產(chǎn)生諧振,影響電容器正常使用。14%電抗器諧振點(diǎn)頻率為134Hz,遠離3次諧振點(diǎn)150Hz,14%電抗相較于12.5%更加安全可靠。7%電抗抑制5、7次以上諧波,14%電抗抑制3次以上諧波。
當無(wú)功補償中有電抗進(jìn)行諧波抑制,電容器的容量不能按標稱(chēng)值進(jìn)行補償,考慮到電容器的耐壓值,諧波抑制式無(wú)功補償在應用過(guò)程中會(huì )出現電容器降容的問(wèn)題。由于電網(wǎng)電壓本身的波動(dòng)及由于電抗器和電容器串聯(lián)后,電容器端子間電壓被抬高,電抗率7%的無(wú)功補償電容器耐壓值一般為480V;電抗率14的無(wú)功補償電容器耐壓值為525V。以在400V系統中7%電抗率電容電抗額定電壓為480V,額定補償容量為50Kvar為例,額定補償電流為60.1A,而實(shí)際補償電流計算為53.9A,電容會(huì )由于電壓差而降容,裝機容量50Kvar,而實(shí)際容量只有37.5Kvar。
2、項目概述
江蘇某環(huán)保能源公司,占地面積約16.6公頃,項目一期建設4條日處理500噸的焚燒線(xiàn),2臺18MW的汽輪發(fā)電機組,生活垃圾焚燒能力為2000噸/天,年發(fā)電量2.72億千瓦時(shí)以上?,F有多套新建2000KVA變壓器需配套兩電容補償柜,柜子尺寸為寬1000*深1000*高2200,主要負載為電動(dòng)機、辦公用電、照明等。
3、解決方案
變壓器容量為2000KVA,負荷率為0.8左右,預估電容柜裝機容量為兩套300Kvar,根據現場(chǎng)環(huán)境預估為3、5、7次諧波為主,諧波主要影響電容正常工作,容易發(fā)熱、鼓包等,需配套14%電抗率的電抗器使用,電抗器主要功能為抑制諧波進(jìn)入電容器,從而保護電容,增加電容器使用壽命。根據柜子尺寸及設備尺寸確定電容配置方案為每個(gè)柜子安裝40Kvar*6路和30Kvar*2路。
4、ANSVC無(wú)功補償裝置
4.1 概述
ANSVC無(wú)功補償裝置適用于頻率50Hz電壓0.4KV的系統中,ANSVC低壓無(wú)功功率補償裝置并聯(lián)在整個(gè)供電系統中,能根據電網(wǎng)中負載功率因數的變化控制電力電容器投切進(jìn)行補償。其原理為:ANSVC低壓無(wú)功功率補償裝置通過(guò)CT采集電流、電壓信號,由無(wú)功補償控制器計算,計算出投切電容器的方案,通過(guò)投切開(kāi)關(guān)控制各組電力電容器投切。
圖3 ANSVC無(wú)功補償裝置
4.2 ANBSMJ自愈式并聯(lián)電容器
ANBSMJ系列自愈式低壓并聯(lián)電容器一般應用于低壓交流電力系統中,對工頻低壓電力系統設備的功率因數進(jìn)行校正,就地或者集中補償無(wú)功,電容器采用自愈式并聯(lián)電容器,自愈式在擊穿后可以進(jìn)行自我恢復,工作狀態(tài)下?lián)p耗小,并聯(lián)式電容器即使損壞也不會(huì )影響電網(wǎng)的正常使用。電容器從外形上分為圓形(如圖4)和方形(如圖5),功能上分為共補電容和分補電容(如圖6)。
圖4 圓形電容
圖5 方形電容器
圖6 共補分補電容器上圖示例
4.3 ANCK串聯(lián)電抗器
ANCK系列串聯(lián)電抗器與ANBSMJ系列自愈式低壓并聯(lián)電容器配套使用,主要用于提高0.4KV電力系統的功率因數,抑制電網(wǎng)的高次諧波,減輕電容器由諧波引起的過(guò)載,防止諧波過(guò)大,對電容器的安全運行,改善網(wǎng)絡(luò )電壓波形,提高供電質(zhì)量和電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行起良好作用,適用于3、5、7、9次諧波負載的無(wú)功補償。ANCK采用銅或鋁繞組,電抗分為共補電抗(如圖7)和分補電抗(圖8),共補電抗器主要用于三相負載,分補電抗器主要用于單相負載,電抗率分為7%或14%。
圖7 共補電抗
圖8 分補電抗
4.4 AFK投切開(kāi)關(guān)
AFK系列投切開(kāi)關(guān)是低壓無(wú)功補償裝置中,用于投切電容器的產(chǎn)品。其基本工作原理是在控制器發(fā)出投入或切除指令后,投切開(kāi)關(guān)閉合或斷開(kāi),將無(wú)功補償支路與系統連接或中斷,實(shí)現過(guò)零投切,投切過(guò)程無(wú)過(guò)壓、電弧等現象,響應時(shí)間快,可頻繁投切。投切開(kāi)關(guān)分為復合開(kāi)關(guān)(如圖9)和晶閘管開(kāi)關(guān)(如圖10)。
圖9 復合開(kāi)關(guān)圖
圖10 晶閘管開(kāi)關(guān)
4.5 ARC控制器
ARC功率因數補償控制器采用高性能MCU為核心,配以高精度的電量專(zhuān)用芯片,是以功率因數為取樣物理量的補償器,改控制器能可靠地運行在大諧波、非正弦電流、強干擾等任何惡劣電網(wǎng)環(huán)境下。自適應功能保證了電力電容的使用安全,有效實(shí)現了電容補償柜的自動(dòng)穩定投切,有效改善電網(wǎng)的功率因數,是低壓配電系統補償無(wú)功功率的理想控制器。
產(chǎn)品的主要特點(diǎn):缺相保護、過(guò)溫保護、過(guò)壓欠壓保護、電壓電流諧波保護、多種編碼投切、補償方式多樣化。
ARC控制器外形尺寸(mm):144*144,開(kāi)孔尺寸(mm):138*138
圖11 控制器外形
圖12控制器尺寸
4.6 技術(shù)參數
4.7 接線(xiàn)方式
5 結語(yǔ)
ANSVC無(wú)功補償裝置可滿(mǎn)足該環(huán)保能源項目中無(wú)功補償的需求,提高電能質(zhì)量,可以降低電網(wǎng)損耗和用電成本,能保障電力系統的安全用電、連續供電和經(jīng)濟運行。ANSVC無(wú)功補償裝置在運行中安全可靠,保護功能齊全,通過(guò)RS485與后臺配合使用,能夠更加方便快捷地檢測電網(wǎng)系統,減少人力資源的投入。
6 參考文獻
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