低壓無功補(bǔ)償裝置的設(shè)計畢業(yè)論文(論文)說明書

./摘要本課題研究以低壓電網(wǎng)無功補(bǔ)償改造為背景,研制了一種360KVAR無功功率補(bǔ)償裝置,該裝置以實(shí)時的電網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù),采用動態(tài)補(bǔ)償?shù)姆绞?投切、分段時按國家有關(guān)規(guī)定限制涌流,補(bǔ)償斷電源功率因數(shù)不低于0.95,自動補(bǔ)償電網(wǎng)中的無功損耗,提高功率因數(shù),降低線損,從而提高電網(wǎng)的負(fù)載能力和供電質(zhì)量。裝置采用JKL2B—12系列無功功率自動補(bǔ)償控制器,取樣物理量為無功電流,交流采樣抗電網(wǎng)高次諧波干擾,提取基波電力參數(shù)控制投切電力電容器來提高功率因數(shù)。電容器接觸器則采用CJ19-63/21系列,該接觸器帶有抑制涌流裝置,能有效的減少合閘涌流對電容的沖擊和抑制開斷時的過電壓。關(guān)鍵字：無功補(bǔ)償,低壓,控制器,接觸器,電力電容器AbstractWhatthisarticlestudiesisbasedonthealterationofreactivepowercompensationoflowvoltage,thendevelopeda360KVARreactivepowercompensationdevice.Thedevicebasedonthemonitoringdataofthegridinrealtime,theuseofdynamiccompensationbasedonthewaywhencutting,subsection,throwinginaccordancewithrelevantstateregulationslimitinrushcurrent,powerfactorcompensationoffpowernotlessthan0.95automaticallycompensatereactivepowerlossinthegrid,improvingpowerfactor,reducelineloss,soastoimprovetheloadcapacityandpowersupplyquality.DeviceusesJKL2B-12seriesofreactivepowerautomaticcompensatingcontroller,samplingparametersforreactivecurrentpowerresistance,acsampleHHGinterference,extractionbasewavepowerparametercontrolelectricpowercapacitortocastcutincreasepowerfactor.CapacitorcontactorhasadoptedCJ19-63/21series,thiscontactorwithrejectinrushcurrentdevice,itcaneffectivelyreducetheimpactofcapacitancegushedoffwhenopencircuitandinhibitionofovervoltage.Keywords:reactivepowercompensation,lowvoltage,controller,contactor,electricpowercapacitor目錄摘要1Abstract2目錄3第1章緒論41.1研究背景41.2無功補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展?fàn)顩r41.3本文的研究內(nèi)容6第2章無功補(bǔ)償?shù)脑?2.1無功補(bǔ)償?shù)脑?2.2低壓電網(wǎng)中的幾種無功補(bǔ)償方式112.3確定補(bǔ)償容量的幾種方法12從提高功率因數(shù)需要確定補(bǔ)償容量122.3.2從降低線路有功損耗需要來確定補(bǔ)償容量122.3.3從提高運(yùn)行電壓需要來確定補(bǔ)償容量122.4低壓無功補(bǔ)償裝置的選擇應(yīng)注意的問題132.4.1按投切方式分類132.4.2控制器的選型16電容器投切開關(guān)的選型16電容器的選型17第3章360kVar低壓無功功率補(bǔ)償裝置的設(shè)計193.1低壓無功補(bǔ)償裝置功能要求193.2低壓無功補(bǔ)償裝置的原理圖193.3控制器213.4接觸器233.5電容器253.6電抗器263.7控制策略263.8投切方式273.9裝置接線圖27總結(jié)30致謝31參考文獻(xiàn)32第1章緒論1.1研究背景目前,我國的電網(wǎng),特別是廣大的低壓電網(wǎng),普遍存在功率因數(shù)較低、電網(wǎng)線損較大的情況。導(dǎo)致此現(xiàn)象的主要原因是眾多的感性負(fù)載用電設(shè)備設(shè)計落后,功率因數(shù)較低。比如我國的電動機(jī)消耗的電能占全部發(fā)電量的70%,而由于設(shè)計和使用等方面的原因我國電動機(jī)的功率因數(shù)往往較低,一般約為。在這種情況下,采用無功補(bǔ)償節(jié)能技術(shù),對提高電能質(zhì)量和挖掘電網(wǎng)潛力是十分必要的,世界各國都把無功補(bǔ)償作為電網(wǎng)規(guī)劃的重要組成部分。從我國電網(wǎng)功率因數(shù)和補(bǔ)償深度來看,我國與世界發(fā)達(dá)國家有不小差距。因此大力推廣無功補(bǔ)償技術(shù)是非常必要的,并且從以下數(shù)據(jù),我們也能看出發(fā)展無功補(bǔ)償所能帶來的巨大經(jīng)濟(jì)效益。2007年,我國年總發(fā)電量為32559億千瓦時,統(tǒng)計線損率為8.77%,但是這個數(shù)字沒有包含相當(dāng)大的110千伏、35千伏、10千伏的輸電線損及0.38千伏的低壓電網(wǎng)線損。據(jù)報道,估計實(shí)際的統(tǒng)計線損率約為15%,即2007年全國年線損量約為4800億千瓦時。設(shè)全國的理論線損與統(tǒng)計線損相一致,其中可變線損約占理論總線損的80%,則年可變線損電量約為3900億千瓦時。設(shè)當(dāng)前全國電力網(wǎng)總負(fù)荷的當(dāng)前功率因數(shù),采用無功功率補(bǔ)償后,把電力網(wǎng)總負(fù)荷的功率因數(shù)提高到,則每年可以降低線損約為390億千瓦時,按0.5元每千瓦時計,價值約為185億元。設(shè)2007年全國電網(wǎng)的最大負(fù)荷利用小時數(shù)為5000小時,則電網(wǎng)的最大負(fù)荷約為2億千瓦,當(dāng)用無功功率補(bǔ)償法把功率因數(shù),提高到,全國電網(wǎng)需總補(bǔ)償容量約為0.58億千瓦。當(dāng)前無功功率補(bǔ)償裝置設(shè)備主要為電力電容器,設(shè)無功補(bǔ)償設(shè)備每千瓦的平均綜合造價為50元,則全國無功補(bǔ)償裝置的總投資約為29億元。應(yīng)當(dāng)指出,節(jié)省240億千瓦時約相當(dāng)于一座400萬千瓦火電廠的年發(fā)電量,而建一座400萬千瓦的火電廠需綜合費(fèi)用約為300億元,同時每年需燃燒煤約為1200萬噸,每年產(chǎn)生,等有害物質(zhì)約為600萬噸。由此可見,產(chǎn)生相同的電力,無功補(bǔ)償?shù)馁M(fèi)用約為新建電廠費(fèi)用10%,而且無功補(bǔ)償設(shè)備的費(fèi)用僅需兩個月的無功功率補(bǔ)償?shù)膶p節(jié)電費(fèi)用即可全部收回。綜上所述,無功補(bǔ)償不僅具有如上所述的節(jié)省投資、節(jié)省電力、節(jié)省燃煤及污染等作用,同時還可以提高電力系統(tǒng)設(shè)備的供電能力,改善電壓質(zhì)量,減少用戶電費(fèi)開支,延緩用戶的增容改造等作用。1.2無功補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展?fàn)顩r近20年來,世界各地〔包括美國、法國、意大利、英國、俄羅斯、日本等國發(fā)生的由電壓穩(wěn)定和電壓崩潰引發(fā)的大面積停電事故引起了各國的高度重視。持續(xù)了短短72

小時的8.14

美加大停電給美國造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會影響,這次事故提醒人們,電網(wǎng)運(yùn)行要有足夠的無功備用容量,無功不能靠遠(yuǎn)距離傳輸,在電力市場環(huán)境下,必須制定統(tǒng)一的法規(guī)以激勵獨(dú)立發(fā)電商和運(yùn)營商從維護(hù)整個系統(tǒng)安全性的角度提供充足的無功備用。在我國也曾多次發(fā)生電壓崩潰事故,如1993

年和1996

年南方電網(wǎng)的幾次事故,這些事故都促使人們采取各種措施以維持電網(wǎng)穩(wěn)定。早期的無功補(bǔ)償裝置為并聯(lián)電容器和同步補(bǔ)償器,多用在系統(tǒng)的高壓側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償。至今并聯(lián)電容器仍是一種主要補(bǔ)償方式,應(yīng)用范圍廣泛,只是控制器在不斷的更新發(fā)展。同步補(bǔ)償器的實(shí)質(zhì)是同步電機(jī),當(dāng)勵磁電流發(fā)生改變時,電動機(jī)可隨之平滑的改變輸出無功電流的大小和方向,對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有好處。但同步補(bǔ)償器成本高,安裝復(fù)雜,維護(hù)困難,使其推廣使用受到限制。隨著近代電力電子技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展,無功補(bǔ)償技術(shù)也隨之發(fā)展。在第一個工業(yè)用晶閘管出現(xiàn)之前,電子半導(dǎo)體由于功率過小,在直流傳動,交流傳動,電磁合閘,交流不間斷電源和無功補(bǔ)償?shù)阮I(lǐng)域內(nèi)一直沒有得到應(yīng)有的推廣使用。晶閘管的出現(xiàn)標(biāo)志著電力電子技術(shù)的誕生,并以此為起點(diǎn),隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)和變流技術(shù)的發(fā)展,新型的電力電子器件不斷問世,由此引發(fā)了眾多行業(yè)的變革,如交流變頻調(diào)速技術(shù)的蓬勃發(fā)展。同樣電力電子技術(shù)對無功補(bǔ)償技術(shù)也帶來了新的發(fā)展鍥機(jī)。無功補(bǔ)償技術(shù)和電力電子技術(shù)的結(jié)合主要有以下三方面：1．是作為投切電容器的開關(guān)。因?yàn)殡娏Π雽?dǎo)體開關(guān)的響應(yīng)時間短<PS級>,所以能夠選擇電容的投切角度,實(shí)現(xiàn)零電壓投切,避免了涌流的產(chǎn)生,提高了電容器使用的可靠性和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性?，F(xiàn)代并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置中的輸出回路就引進(jìn)了該項(xiàng)技術(shù)。2．是作為無功輸出的調(diào)節(jié)開關(guān)。由于電力電子器件的高開關(guān)頻率,使其能夠方便地控制電容器電流的導(dǎo)通角,從而實(shí)現(xiàn)無功的連續(xù)調(diào)節(jié),快速跟蹤負(fù)載無功的變化。靜止型無功補(bǔ)償器是其中的代表。3．是引入電力電子變流技術(shù),將變流器作為無功電源來調(diào)節(jié)無功的輸入和輸出,起到補(bǔ)償負(fù)載無功的作用。經(jīng)常用的是靜止調(diào)相機(jī)和有源濾波器。由無功補(bǔ)償源在主電路回路中連接方式的不同,無功補(bǔ)償器可分為并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種結(jié)構(gòu)。依據(jù)電力電子技術(shù)在無功補(bǔ)償中應(yīng)用的方式不同,現(xiàn)代無功補(bǔ)償裝置大致可分為以下幾種類型：1．TSC<ThyristorSwitchedCpacitor>型無功補(bǔ)償裝置,它屬于并聯(lián)型無功補(bǔ)償裝置。主回路如圖1-1所示,是由多臺電力電容器并聯(lián)以及由可控硅構(gòu)成的執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。裝置根據(jù)無功電流的大小來決定投入電容組數(shù)。由此可見TSC的無功調(diào)節(jié)是有級的,它無法連續(xù)的輸出無功,這使其在使用中存在合理選擇電容,適當(dāng)分級的問題。但它的優(yōu)點(diǎn)也明顯,即結(jié)構(gòu)簡單,控制方便,電容器利用率高,使用中不存在諧波污染等。2．FC-TCR<Fixedcapacitor-ThyristorControlledReactor>型無功補(bǔ)償裝置,它屬于并聯(lián)型無功補(bǔ)償裝置。其主回路如圖1-2所示。FC-TCR方式是用雙相可控硅的相位控制,調(diào)整電抗器的電流,從而調(diào)整無功功率的方式。當(dāng)以電壓零相位為基準(zhǔn)時,調(diào)節(jié)TCR中的可控硅的引燃角?？梢詮牡椒秶鷥?nèi)變化。補(bǔ)償器的電流,此電流可隨角的變化而變化為感性或容性,這樣就改變了FC-TCR的無功功率,并可連續(xù)均勻的調(diào)節(jié)。由于TCR中除可控硅全導(dǎo)通或關(guān)斷之外器電流都是非正弦的,所以它是一個電流諧波源,對電網(wǎng)有一定的危害。該裝置在電容和電感之間形成無功損耗,電容利用率低并且電抗器體積較大,成本高。圖1.1TSC型無功補(bǔ)償裝置主回路圖1.2FC-TCR型無功補(bǔ)償器的主回路3．靜止調(diào)相機(jī)ASVC<AdvantageStaticVarCompensator>,屬于串聯(lián)型補(bǔ)償器。它由于輸出電壓可超前或滯后系統(tǒng)電壓,因此可以和系統(tǒng)進(jìn)行有功、無功之間的交換。它可以連續(xù)調(diào)節(jié)無功,并且能夠抑制諧波,補(bǔ)償特性較好。但該系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜,控制難度大,制造和維護(hù)都不便,成本高等問題,不便在全國推廣使用。1.3本文的研究內(nèi)容當(dāng)前,在農(nóng)網(wǎng)、城網(wǎng)改造建設(shè)中都需要無功補(bǔ)償裝置,無功補(bǔ)償更廣泛地應(yīng)用于工礦、醫(yī)療、科研、企業(yè)、油田、煤礦、港口、居民小區(qū)、公用設(shè)施等需要低壓無功快速補(bǔ)償?shù)碾娏τ脩簟２捎秒娏﹄娙萜鬟M(jìn)行無功補(bǔ)償是節(jié)能降損、改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量最方便、最經(jīng)濟(jì)有效的方法之一,這種方法安裝方便、建設(shè)周期短、造價低、運(yùn)行維護(hù)簡便、自身損耗小。本文正是基于馬鋼耐火材料公司的供電系統(tǒng)的特點(diǎn)和改造工程低壓無功補(bǔ)償電控柜項(xiàng)目的技術(shù)要求,設(shè)計一種以接觸器為投切開關(guān)的低壓無功補(bǔ)償裝置,該裝置具有較高的經(jīng)濟(jì)適用性。根據(jù)采用接觸器投切的方法,并設(shè)計出低壓無功補(bǔ)償器的電容器和電抗器,設(shè)計三相電容器保護(hù),設(shè)計出電容器、限流電抗器參數(shù)等。本文的結(jié)構(gòu)安排如下:第一章是緒論部分,對該課題的研究背景和低壓無功功率補(bǔ)償裝置的發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀作一概括性的介紹；第二章介紹了無功功率補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)理論,包括無功功率補(bǔ)償?shù)膸追N基本方式,確定補(bǔ)償容量的方法以及低壓無功功率裝置的選擇等等；第三章給出了低壓無功功率裝置的整體設(shè)計方案,并對各個功能模塊所實(shí)現(xiàn)的功能和設(shè)計方案作詳細(xì)的介紹。第2章無功補(bǔ)償?shù)脑黼娏W(wǎng)中的變壓器和電動機(jī)是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工做的。磁場所具有的磁場能是由電源供給的。電動機(jī)和變壓器在能量轉(zhuǎn)換過程中建立交變磁場,在一個周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相等,這種功率稱為感性無功功率。接在交流電網(wǎng)中的電容器,在一個周期內(nèi)上半周的充電功率與下半周的放電功率相等,這種充電功率叫做容性無功功率。所以無功功率被使用于建立磁場和靜電場,它存儲于電感和電容中,通過電力網(wǎng)往返于電源和電感、電容之間。無功功率在電力網(wǎng)元件中流動,將會在電力網(wǎng)元件中引起電壓損耗和功率損耗,降低電網(wǎng)的電壓質(zhì)量,增加電網(wǎng)的線損率。圖2.1局部電力網(wǎng)的等值電路圖由局部電力網(wǎng)的等效電路圖2．1可知,電力網(wǎng)中由于無功負(fù)荷而帶來的電壓損耗的計算公式為：式中：——電網(wǎng)的額定電壓——元件的末端電壓——電網(wǎng)中的電壓和電流的差角RX——電網(wǎng)中元件的等效電阻和電抗——元件末端的有功負(fù)載和無功負(fù)載由上式可知由負(fù)荷的無功功率在元件引起的損耗的計算公式為:而由負(fù)荷的有功功率在元件中引起的電壓損耗的計算公式為：可見的元件電阻小于電抗的電網(wǎng)中,無功引起的電壓損耗占主要部分。 電網(wǎng)中的線損公式如下：式中：,,其中有功線損的計算公式為：R,這其中由于無功功率在電網(wǎng)中流動而引起的有功線損的計算公式為：由上述分析可見,要減少電力網(wǎng)中的電壓損耗和電網(wǎng)的線損率,提高用戶端的電壓質(zhì)量的重要措施之一,是減少電力網(wǎng)元件中的無功傳輸,可以從提高負(fù)荷的自然功率因數(shù)和進(jìn)行無功補(bǔ)償兩方面來解決這個問題。2.1無功補(bǔ)償?shù)脑韺㈦娙萜骱碗姼胁⑦B在同一電路中,電感吸收能量時,正好電容器釋放能量,而電感放出能量時,電容器卻在吸收能量。能量就在它們之間交換,即感性負(fù)荷<電動機(jī)、變壓器等>所吸收的無功功率,可由電容器所輸出的無功功率中得到補(bǔ)償。因此,把由電容器組成的裝置稱為無功補(bǔ)償裝置。此外,同步電動機(jī)等也可以作為無功補(bǔ)償裝置。無功補(bǔ)償?shù)淖饔煤驮砜捎蓤D2．2來解釋：設(shè)電感性負(fù)荷需要從電源吸取的無功功率為,裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置后,補(bǔ)償無功功率為,使電源輸出的無功功率減少為,功率因數(shù)由提高到,視在功率減少到。圖2.2無功補(bǔ)償原理示意圖視在功率的減少可相應(yīng)減少供電線路的截面和變壓器的容量,降低供用電設(shè)備的投資。例如一臺1000千伏安的變壓器,當(dāng)負(fù)荷的功率因數(shù)為0.7時,可供700千瓦的有功負(fù)荷,當(dāng)負(fù)荷的功率因數(shù)提高到0.9時,可供900千瓦的有功功率。同一臺變壓器,因?yàn)樨?fù)荷的功率因數(shù)的提高而可多供200千瓦負(fù)荷,是相當(dāng)可觀的?？梢?因采用無功補(bǔ)償措施后,電源輸送的無功功率減少了,相應(yīng)的也使電網(wǎng)和變壓器中的功率損耗的下降,從而提高了供電效率。由電壓損耗計算公式可知,采用無功補(bǔ)償措施后,因通過電力網(wǎng)無功功率的減少,降低了電力網(wǎng)中的電壓損耗,提高了用戶處的電壓質(zhì)量。并聯(lián)電容器的無功補(bǔ)償作用和原理,也可以用圖2.3加以說明。圖2.3并聯(lián)電容器的補(bǔ)償電流向量圖圖中的用電負(fù)荷總電流可以分解為有功電流分量,和無功電流分量<電感性的>。當(dāng)并聯(lián)電容器投入運(yùn)行時,流入電容器的容性電流與方向相反,故可抵消一部分使電感性電流分量降低為,總電流由降為,功率因數(shù)也由提高到。這時,負(fù)荷所需的無功功率全部由補(bǔ)償電容供給,電網(wǎng)只需供給有功功率。根據(jù)第一章的有功電流與無功電流的定義,還可以用圖2.4理解電力系統(tǒng)中無功補(bǔ)償?shù)淖饔门c原理。設(shè)負(fù)荷實(shí)際吸收的電流為,為了使輸電線路上流過純有功電流,則需要在負(fù)荷端接入一個無功補(bǔ)償器,補(bǔ)償器提供的電流為,則這里的就是無功電流,這就是電力系統(tǒng)中進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)囊c(diǎn)。這是完全的補(bǔ)償,線路上的電流是為產(chǎn)生負(fù)載實(shí)際功率<平均功率>而攜帶能量最小的電流,因而在線路上造成的損失是最小的。此時,的波形和相同,即電壓和電流的相位相同。圖2.4電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償原理圖2.2低壓電網(wǎng)中的幾種無功補(bǔ)償方式廣大市電低壓電網(wǎng)處于電網(wǎng)的最末端,因此補(bǔ)償?shù)蛪簾o功負(fù)荷是電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵。搞好低壓補(bǔ)償,不但可以減輕上一級電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)膲毫?而且可以提高用戶配電變壓器的利用率,改善用戶功率因數(shù)和電壓質(zhì)量,并有效降低電能損失。低壓補(bǔ)償對用戶及供電部門都有利。低壓無功補(bǔ)償?shù)哪繕?biāo)是實(shí)現(xiàn)無功的就地平衡,通常采用地方式有三種：隨機(jī)補(bǔ)償、隨器補(bǔ)償、跟蹤補(bǔ)償。隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動機(jī)并聯(lián),通過控制、保護(hù)裝置與電機(jī)共同投切。隨機(jī)補(bǔ)償?shù)貎?yōu)點(diǎn)是：用電設(shè)備運(yùn)行時,無功補(bǔ)償投入,用電設(shè)備停止運(yùn)補(bǔ)償裝置也退出,不需要頻繁調(diào)整補(bǔ)償容量。且具有投資少,配置靈活,維修簡單等優(yōu)點(diǎn)。為防止電機(jī)推出時產(chǎn)生自激過電壓,補(bǔ)償容量一般不大于電機(jī)的空載無功。隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓保險接在配電變壓器二次側(cè),以補(bǔ)償配電變壓器空載無功的補(bǔ)償方式。有很多的低壓配電網(wǎng)中的變壓器,尤其是農(nóng)網(wǎng)配電變壓器,普遍存在負(fù)荷輕的現(xiàn)象。在負(fù)荷時接近空載,此時配電變壓器的空載無功是電網(wǎng)無功負(fù)荷的主要部分。隨器補(bǔ)償由于補(bǔ)在低壓側(cè),可有效地補(bǔ)償配變空載無功,且連線簡單,做到無功地就地補(bǔ)償。跟蹤補(bǔ)償是指以無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置,將低壓電容器組補(bǔ)償在大用戶0.4kV母線上的補(bǔ)償方式。補(bǔ)償電容器組的固定連接可起到相當(dāng)于隨器補(bǔ)償?shù)淖饔?補(bǔ)償用戶的固定無功基荷；可投電容器組用于補(bǔ)償無功峰荷部分。由于用戶負(fù)荷有一定的波動性,故推薦選用自動投切方式。此法對電容器的保護(hù)比前二種要更可靠。上述三種補(bǔ)償方式均可對特定種類無功負(fù)荷實(shí)現(xiàn)"就地平衡"的無功補(bǔ)償,降損節(jié)能效果好。2.3確定補(bǔ)償容量的幾種方法從提高功率因數(shù)需要確定補(bǔ)償容量設(shè)電網(wǎng)的最大負(fù)荷月的平均有功功率為,補(bǔ)償前的功率因數(shù)為,補(bǔ)償后的功率因數(shù)為,則所需要的補(bǔ)償容量的計算公式為:若要求將功率因數(shù)由提高的而小于,則補(bǔ)償容量計算為：從降低線路有功損耗需要來確定補(bǔ)償容量設(shè)補(bǔ)償前線路中的電流為,相應(yīng)的有功電流為,無功電流為,補(bǔ)償無功后線路中的電流為,相應(yīng)的有功電流為,無功電流為,則補(bǔ)償前的線路損耗為：補(bǔ)償后的線路損耗為：則補(bǔ)償后線損降低的百分值為：若根據(jù)要求已經(jīng)確定,則可求得：則補(bǔ)償容量可以按來計算。從提高運(yùn)行電壓需要來確定補(bǔ)償容量配電線路末端電壓較低,通常是通過無功補(bǔ)償來提高供電電壓的,因此,有時要從提高線路電壓來確定補(bǔ)償容量。 設(shè)補(bǔ)償前線路電源電壓為,線路末端電壓為,線路輸送的有功功率為,無功功率為,電阻為,電抗為,則補(bǔ)償無功后,線路末端電壓升為則所以投入無功補(bǔ)償后末端電壓增量為故補(bǔ)償容量若為三相線路,則所需的補(bǔ)償容量為式中——三相線路的線電壓增量,KV——三相線路的線電壓,KV2.4低壓無功補(bǔ)償裝置的選擇應(yīng)注意的問題無功功率補(bǔ)償裝置在電子供電系統(tǒng)中所承擔(dān)的作用是提高電網(wǎng)的功率因數(shù),降低供電變壓器及輸送線路的損耗,提高供電效率,改善供電環(huán)境。所以無功功率補(bǔ)償裝置在電力供電系統(tǒng)中處在一個不可缺少的非常重要的位置。合理的選擇補(bǔ)償裝置,可以做到最大限度的減少網(wǎng)絡(luò)的損耗,使電網(wǎng)質(zhì)量提高。反之,如選擇或使用不當(dāng),可能造成供電系統(tǒng),電壓波動,諧波增大等諸多因素。按投切方式分類1.延時投切方式

延時投切方式即人們熟稱的"靜態(tài)"補(bǔ)償方式。這種投切依靠于傳統(tǒng)的接觸器的動作,當(dāng)然用于投切電容的接觸器專用的,它具有抑制電容的涌流作用,延時投切的目的在于防止接觸器過于頻繁的動作時,電容器造成損壞,更重要的是防備電容不停的投切導(dǎo)致供電系統(tǒng)振蕩,這是很危險的。當(dāng)電網(wǎng)的負(fù)荷呈感性時,如電動機(jī)、電焊機(jī)等負(fù)載,這時電網(wǎng)的電流滯帶后電壓一個角度,當(dāng)負(fù)荷呈容性時,如過量的補(bǔ)償裝置的控制器,這是電網(wǎng)的電流超前于電壓的一個角度,即功率因數(shù)超前或滯后是指電流與電壓的相位關(guān)系。通過補(bǔ)償裝置的控制器檢測供電系統(tǒng)的物理量,來決定電容器的投切,這個物理量可以是功率因數(shù)或無功電流或無功功率。

下面就功率因數(shù)型舉例說明。當(dāng)這個物理量滿足要求時,如cosΦ超前且>0.98,滯后且>0.95,在這個范圍內(nèi),此時控制器沒有控制信號發(fā)出,這時已投入的電容器組不退出,沒投入的電容器組也不投入。當(dāng)檢測到cosΦ不滿足要求時,如cosΦ滯后且<0.95,那么將一組電容器投入,并繼續(xù)監(jiān)測cosΦ如還不滿足要求,控制器則延時一段時間〔延時時間可整定,再投入一組電容器,直到全部投入為止。當(dāng)檢測到超前信號如cosΦ<0.98,即呈容性載荷時,那么控制器就逐一切除電容器組。要遵循的原則就是：先投入的那組電容器組在切除時就要先切除。如果把延時時間整定為300s,而這套補(bǔ)償裝置有十路電容器組,那么全部投入的時間就為30分鐘,切除也這樣。在這段時間內(nèi)無功損失補(bǔ)只能是逐步到位。如果將延時時間整定的很短,或沒有設(shè)定延時時間,就可能會出現(xiàn)這樣的情況。當(dāng)控制器監(jiān)測到cosΦ〈0.95,迅速將電容器組逐一投入,而在投入期間,此時電網(wǎng)可能已是容性負(fù)載即過補(bǔ)償了,控制器則控制電容器組逐一切除,周而復(fù)始,形成震蕩,導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。是否能形成振蕩與負(fù)載的性質(zhì)有密切關(guān)系,所以說這個參數(shù)需要根據(jù)現(xiàn)場情況整定,要在保證系統(tǒng)安全的情況下,再考慮補(bǔ)償效果。2.瞬時投切方式

瞬時投切方式即人們熟稱的"動態(tài)"補(bǔ)償方式,應(yīng)該說它是半導(dǎo)體電力器件與數(shù)字技術(shù)綜合的技術(shù)結(jié)晶,實(shí)際就是一套快速隨動系統(tǒng),控制器一般能在半個周波至1個周波內(nèi)完成采樣、計算,在2個周期到來時,控制器已經(jīng)發(fā)出控制信號了。通過脈沖信號使晶閘管導(dǎo)通,投切電容器組大約20-30毫秒內(nèi)就完成一個全部動作,這種控制方式是機(jī)械動作的接觸器類無法實(shí)現(xiàn)的。動態(tài)補(bǔ)償方式作為新一代的補(bǔ)償裝置有著廣泛的應(yīng)用前景?，F(xiàn)在很多開關(guān)行業(yè)廠都試圖生產(chǎn)、制造這類裝置且有的生產(chǎn)廠已經(jīng)生產(chǎn)出很不錯的裝置。當(dāng)然與國外同類產(chǎn)品相比從性能上、元器件的質(zhì)量、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上還有一定的差距。動態(tài)補(bǔ)償?shù)木€路方式:<1>LC串接法原理如圖2.5所示,這種方式采用電感與電容的串聯(lián)接法,調(diào)節(jié)電抗以達(dá)到補(bǔ)償無功損耗的目的。從原理上分析,這種方式響應(yīng)速度快,閉環(huán)使用時,可做到無差調(diào)節(jié),使無功損耗降為零。從元件的選擇上來說,根據(jù)補(bǔ)償量選擇1組電容器即可,不需要再分成多路。既然有這么多的優(yōu)點(diǎn),應(yīng)該是非常理想的補(bǔ)償裝置了。但由于要求選用的電感量值大,要在很大的動態(tài)范圍內(nèi)調(diào)節(jié),所以體積也相對較大,價格也要高一些,再加一些技術(shù)的原因,這項(xiàng)技術(shù)到目前來說還沒有被廣泛采用或使用者很少。<2>采用電力半導(dǎo)體器件作為電容器組的投切開關(guān),較常采用的接線方式如圖2.6圖中BK為半導(dǎo)體器件,C1為電容器組。這種接線方式采用2組開關(guān),另一相直接接電網(wǎng)省去一組開關(guān),有很多優(yōu)越性。圖2.5LC串聯(lián)法圖2.6采用電力半導(dǎo)體器件作為電容器組的投切開關(guān)作為補(bǔ)償裝置所采用的半導(dǎo)體器件一般都采用晶閘管,其優(yōu)點(diǎn)是選材方便,電路成熟又很經(jīng)濟(jì)。其不足之處是元件本身不能快速關(guān)斷,在意外情況下容易燒毀,所以保護(hù)措施要完善。當(dāng)解決了保護(hù)問題,作為電容器組投切開關(guān)應(yīng)該是較理想的器件。動態(tài)補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償效果還要看控制器是否有較高的性能及參數(shù)。很重要的一項(xiàng)就是要求控制器要有良好的動態(tài)響應(yīng)時間,準(zhǔn)確的投切功率,還要有較高的自識別能力,這樣才能達(dá)到最佳的補(bǔ)償效果。

當(dāng)控制器采集到需要補(bǔ)償?shù)男盘柊l(fā)出一個指令〔投入一組或多組電容器的指令,此時由觸發(fā)脈沖去觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通,相應(yīng)的電容器組也就并人線路運(yùn)行。需要強(qiáng)調(diào)的是晶閘管導(dǎo)通的條件必須滿足其所在相的電容器的端電壓為零,以避免涌流造成元件的損壞,半導(dǎo)體器件應(yīng)該是無涌流投切。當(dāng)控制指令撤消時,觸發(fā)脈沖隨即消失,晶閘管零電流自然關(guān)斷。關(guān)斷后的電容器電壓為線路電壓交流峰值,必須由放電電阻盡快放電,以備電容器再次投入。

元器件可以選單項(xiàng)晶閘管反并聯(lián)或是雙向晶閘管,也可選適合容性負(fù)載的固態(tài)接觸器,這樣可以省去過零觸發(fā)的脈沖電路,從而簡化線路,元件的耐壓及電流要合理選擇,散熱器及冷卻方式也要考慮周全。3.混合投切方式

實(shí)際上就是靜態(tài)與動態(tài)補(bǔ)償?shù)幕旌?一部分電容器組使用接觸器投切,而另一部分電容器組使用電力半導(dǎo)體器件。這種方式在一定程度上可做到優(yōu)勢互補(bǔ),但就其控制技術(shù),目前還見到完善的控制軟件,該方式用于通常的網(wǎng)絡(luò)如工礦、小區(qū)、域網(wǎng)改造,比起單一的投切方式拓寬了應(yīng)用范圍,節(jié)能效果更好。補(bǔ)償裝置選擇非等容電容器組,這種方式補(bǔ)償效果更加細(xì)致,更為理想。還可采用分相補(bǔ)償方式,可以解決由于線路三相不平行造成的損失。在無功功率補(bǔ)償裝置的應(yīng)用方面,選擇那一種補(bǔ)償方式,還要依電網(wǎng)的狀況而定,首先對所補(bǔ)償?shù)木€路要有所了解,對于負(fù)荷較大且變化較快的工況,電焊機(jī)、電動機(jī)的線路采用動態(tài)補(bǔ)償,節(jié)能效果明顯。對于負(fù)荷相對平穩(wěn)的線路應(yīng)采用靜態(tài)補(bǔ)償方式,也可使用動態(tài)補(bǔ)償裝置。對于一些特殊的工作環(huán)境就要慎重選擇補(bǔ)償方式,尤其線路中含有瞬變高電壓、大電流沖擊的場合是不能采用動態(tài)補(bǔ)償?shù)?。一般電焊工作時間均在幾秒鐘以上,電動機(jī)啟動也在幾秒鐘以上,而動態(tài)補(bǔ)償?shù)捻憫?yīng)時間在幾十毫秒,按40毫秒考慮則從40毫秒到5秒鐘之內(nèi)是一個相對的穩(wěn)態(tài)過程,動態(tài)補(bǔ)償裝置能完成這個過程。如果線路中沒有出現(xiàn)這么一段相對的穩(wěn)態(tài)過程并能量又有較大的變化,我們把它稱為瞬變或閃變,采用動態(tài)補(bǔ)償就要出問題并可能引發(fā)事故。低壓無功補(bǔ)償裝置的功能主要是減少線損、穩(wěn)定電壓質(zhì)量、提高變電設(shè)備的負(fù)載能力。低壓無功補(bǔ)償裝置的主要元件包括控制器,電容器投切開關(guān),電容器等。在這3個元件中,都相應(yīng)地存在著一些值得注意的問題,這些問題是目前低壓無功補(bǔ)償裝置損壞率高,運(yùn)行效果不佳的主要原因。隨著人們對配電網(wǎng)建設(shè)的重視和無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展,低壓側(cè)無功補(bǔ)償技術(shù)在配電系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前我國城鎮(zhèn)低壓用戶的用電量大幅增長,企業(yè)、廠礦和小區(qū)等對無功功率的需求都很大。在配變低壓側(cè)直接進(jìn)行無功補(bǔ)償,可有效提高配變利用率,降低網(wǎng)損,具有較高的經(jīng)濟(jì)價值；且低壓無功補(bǔ)償裝置接線簡單、運(yùn)行維護(hù)工作量小,因此在低壓側(cè)進(jìn)行無功補(bǔ)償是目前無功補(bǔ)償中常用的手段之一。本文從低壓無功補(bǔ)償裝置的控制條件入手,對裝置的三大主要部件的性能進(jìn)行了分析。控制器的選型無功功率補(bǔ)償控制器,即無功補(bǔ)償裝置的指揮系統(tǒng),它首先要對電網(wǎng)的電壓、電流量進(jìn)行采集,通過中央處理器的快速運(yùn)算,得到電網(wǎng)的有功功率、無功功率、無功電流、功率因數(shù)等參數(shù),經(jīng)計算再根據(jù)參數(shù)設(shè)定值發(fā)出投切指令,控制投切開關(guān)的動作,從而控制電容器組的投切。同時采樣方式的選擇、參數(shù)的設(shè)定、裝置器件的保護(hù)等均通過控制器來實(shí)現(xiàn)。無功補(bǔ)償控制器的種類很多,有些只能進(jìn)行一般的控制,不能存儲數(shù)據(jù)和通信,從而不能很好地了解裝置的投運(yùn)情況,如投切前的數(shù)據(jù)和投切后的數(shù)據(jù)、電容的投切情況等,JKWD型無功控制器除具有無功補(bǔ)償功能以及過壓、過流、失壓、斷相、過熱保護(hù)功能外,還具有測量、查詢、數(shù)據(jù)存儲、通信等功能,而且還配套數(shù)據(jù)分析管理軟件。為保證無功補(bǔ)償控制器正常地進(jìn)行控制、測量、存儲、通信和保護(hù),必須注意以下幾點(diǎn)：①裝置時鐘必須正確。②采樣TV變比的正確性。③通信波特率的正確性。④投切條件的限值設(shè)置的正確性。⑤保護(hù)條件的限值設(shè)置的正確性。控制器是無功補(bǔ)償裝置的核心元件,已經(jīng)歷了十幾代產(chǎn)品,目前幾乎每一代產(chǎn)品在市場上都有銷售。早期的產(chǎn)品只采集一相電流,以功率因數(shù)為判據(jù),在負(fù)荷較輕時,會造成電容器投切開關(guān)的振蕩和頻繁投切,致使電容器投切開關(guān)在短期內(nèi)損壞。當(dāng)三相負(fù)荷不平衡時,又會造成欠補(bǔ)償或過補(bǔ)償現(xiàn)象,不能真正達(dá)到節(jié)能與穩(wěn)定電壓質(zhì)量的目的&過補(bǔ)償時,甚至?xí)﹄娋W(wǎng)安全運(yùn)行造成不良影響。近兩年來,采集三相電壓、電流,分相分級采用綜合判據(jù)來控制投切的控制器開始陸續(xù)推向市場,且增加了配電監(jiān)測功能、該產(chǎn)品設(shè)計出發(fā)點(diǎn)較好,但大多制造廠家僅僅重視了配電監(jiān)測的功能,忽視了該產(chǎn)品控制電容器投切這一核心功能&控制產(chǎn)品與檢測顯示儀表的設(shè)計思想與技術(shù)側(cè)重點(diǎn)是有根本區(qū)別的?？刂飘a(chǎn)品非常重視產(chǎn)品的抗電磁干擾性能,以及在極端環(huán)境中工作控制性能的穩(wěn)定性&而檢測顯示儀表則講究體積精巧、外觀漂亮、成本低。同類產(chǎn)品大部分因體積太小,散熱效果不好,以致于高溫季節(jié)燒毀控制器的現(xiàn)象時有發(fā)生。由于市場的無序競爭,致使產(chǎn)品在設(shè)計中為了降低造價,不得不以降低產(chǎn)品的抗電磁干擾性能為代價,采用塑料外殼,使用商業(yè)級元件,甚至有些制造廠降低技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),割舍一些必要的后備保護(hù)功能。電子產(chǎn)品制造過程中元件老化篩選、工藝處理以及成品高溫狀態(tài)通電老化是非常專業(yè)的,要求非常嚴(yán)格,一些非正規(guī)的廠家根本就沒有做這方面的工作。如果這些偷工減料的劣質(zhì)產(chǎn)品在電網(wǎng)中運(yùn)行,將會帶來嚴(yán)重的后果&無功補(bǔ)償控制器是無功補(bǔ)償裝置的核心元件,無功補(bǔ)償裝置能不能正常工作,補(bǔ)償效果如何,與控制器的內(nèi)在質(zhì)量關(guān)系很大,選型時應(yīng)首先考慮控制器產(chǎn)品的特點(diǎn),將可靠性放在第一位,在滿足控制可靠性前提下再選外觀、價格,否則將得不償失。電容器投切開關(guān)的選型投切開關(guān)是低壓無功補(bǔ)償裝置中最容易損壞的關(guān)鍵元器件,投切開關(guān)目前有三代產(chǎn)品,分別是交流接觸器、晶閘管和復(fù)合開關(guān)。其中,交流接觸器存在投切產(chǎn)生涌流和頻繁投切容易燒壞觸頭的缺點(diǎn),但其長期運(yùn)行不發(fā)熱；晶閘管存在投切產(chǎn)生諧波和長期運(yùn)行發(fā)熱燒壞的缺點(diǎn),但其投切無浪涌且響應(yīng)速度快；復(fù)合開關(guān)基本工作原理是將晶閘管與接觸器并接,使復(fù)合開關(guān)在接通和斷開的瞬間具有晶閘管過零投切的優(yōu)點(diǎn),而在正常接通期間又具有接觸器無功耗的優(yōu)點(diǎn),同時可擴(kuò)展很多的保護(hù)功能。所以選用復(fù)合開關(guān)是以后發(fā)展的主要趨勢,DPFK型智能低壓復(fù)合開關(guān)具有過零投切功能、電壓故障缺相保護(hù)、電源電壓缺相保護(hù)、自診斷故障保護(hù)、空載保護(hù)、停電保護(hù)、無諧波注入、功耗小等特點(diǎn)。要保證復(fù)合開關(guān)長期、可靠的運(yùn)行,選用時必須注意以下幾點(diǎn)：①復(fù)合開關(guān)的額定電流必須與投切的電容的額定電流匹配。②復(fù)合開關(guān)的接線端子過流要滿足額定電流。③復(fù)合開關(guān)的端子的接線必須牢固可靠。電容器投切開關(guān)是無功補(bǔ)償?shù)牧硪粋€重要器件,早期多采用接觸器,在投入過程中涌流大,嚴(yán)重時,會發(fā)生觸頭熔焊現(xiàn)象。投切過程中有電弧,存在觸頭燒蝕現(xiàn)象,加上控制器質(zhì)量不好,會產(chǎn)生投切振蕩,更加快了接觸器損壞的速度&近些年來,一些制造廠開始用可控硅作為電容器投切開關(guān)。可控硅可以在電壓過零時投入,電流過零時切除,涌流小,無電弧。但其存在兩個問題<一是可控硅運(yùn)行中自身發(fā)熱,尤其是戶外運(yùn)行的補(bǔ)償裝置,很難在夏季炎熱天氣中正常運(yùn)行,節(jié)能效果也不好>另外一個問題是,可控硅在電壓非過零時誤觸發(fā),可控硅電流上升率過大也會使其損壞。事實(shí)證明,單獨(dú)用可控硅作為投切電容器的開關(guān)是不太理想的。具體投切開關(guān)的選型要針對所設(shè)計的補(bǔ)償裝置,只有這樣才能最大發(fā)揮所選投切開關(guān)的性能。如果電網(wǎng)電壓波動不大,負(fù)載較平穩(wěn),動態(tài)補(bǔ)償要求不太高不需要快速反應(yīng),則選擇接觸器投切便可。對于投切開關(guān)的涌流保護(hù)則加電抗器便可。電容器的選型補(bǔ)償裝置要長期、可靠運(yùn)行,必須選用質(zhì)量良好的電容器,電容器接入電力系統(tǒng)中使用,總是在滿載荷下運(yùn)行,僅在電壓或頻率波動時,載荷才有變動。在運(yùn)行中如果電壓、電流和溫度超過了規(guī)定的限度,就會縮短電容器的壽命；同時選用時還要考慮電容器的體積、重量等。電容器在正常運(yùn)行中,必須注意以下幾點(diǎn)：①采用的投切開關(guān)的額定電流必須與電容的額定電流匹配。②電容器與投切開關(guān)的連接線必須滿足額定電流的需要。③固定在電容器上的連接線必須可靠牢固的連接。低壓無功補(bǔ)償裝置中已基本淘汰了油浸式電容器,被干式電容器所代替。三角形接法的電容器投切過程中因存在過電壓沖擊,損壞擊穿的概率較高,沖擊過電壓對于具有可控硅器件的復(fù)合開關(guān)來講,也具有較大的影響。所以最好采用星形接法的電容器,這種具有零線引出抽頭的電容器,可將電容器電壓限制在相電壓范圍之內(nèi)。如果控制器及投切開關(guān)配合,再將諧波涌流限制好,電容器的使用壽命會大大延長。低壓無功自動補(bǔ)償裝置及其元件制造廠家非常多,各種層次的產(chǎn)品質(zhì)量相差甚遠(yuǎn),成本差別極大。無功補(bǔ)償裝置選好了,使用壽命很長,確實(shí)能起到節(jié)能、穩(wěn)定電壓質(zhì)量的目的,既有明顯的經(jīng)濟(jì)效益,又有很好的社會效益。如果選型不好,監(jiān)管不嚴(yán),會危及電網(wǎng)的安全運(yùn)行、所以,低壓無功補(bǔ)償裝置要統(tǒng)一規(guī)劃,統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),加強(qiáng)監(jiān)管,強(qiáng)調(diào)實(shí)用性,兼顧長遠(yuǎn)發(fā)展,除了節(jié)能降耗外,還要為用電管理,配網(wǎng)自動化建設(shè)打好基礎(chǔ),確實(shí)讓無功補(bǔ)償裝置發(fā)揮更好的作用。針對本文所要選擇的自愈式電容器,其具有絕緣自復(fù)機(jī)能,且采用耐電壓及誘電性良好之金屬化塑料臘<MPP>為介質(zhì),如發(fā)生介質(zhì)破壞時,此破壞點(diǎn)周圍的金屬化電極在瞬間即被揮發(fā)消失掉,而立即恢復(fù)絕緣,使電容器必得正常并繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),達(dá)到絕緣自復(fù)機(jī)能。當(dāng)線路或個體電容器發(fā)生異常時,附裝保護(hù)裝置將會立即動作,自動切離電源,以防止二次災(zāi)害的發(fā)生。附裝放電電阻,可確保用電及維護(hù)保養(yǎng)之安全。第3章360kVar低壓無功功率補(bǔ)償裝置的設(shè)計本章主要講述360kVar低壓無功補(bǔ)償裝置的整體設(shè)計的思路和具體設(shè)計的接線圖以及結(jié)構(gòu)及組成。3.1低壓無功補(bǔ)償裝置功能要求根據(jù)馬鋼耐火材料公司的供電系統(tǒng)的特點(diǎn)和改造工程低壓無功補(bǔ)償電控柜項(xiàng)目的技術(shù)要求,負(fù)載較平穩(wěn),動態(tài)補(bǔ)償要求不太高,這里采用接觸器投切的方法,并設(shè)計出低壓無功補(bǔ)償器的電容器和電抗器,設(shè)計三相電容器保護(hù),設(shè)計出電容器、限流電抗器參數(shù)等。根據(jù)電網(wǎng)電壓和無功功率的大小,采用一套自動投切電容器組的補(bǔ)償裝置的控制回路。采用動態(tài)補(bǔ)償?shù)姆绞?投切、分?jǐn)鄷r應(yīng)按國家有關(guān)規(guī)定限制涌流；補(bǔ)償段電源功率因數(shù)不低于0.95。將保證功率不罰款和諧波指標(biāo)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549-93的要求。每套360kVar無功補(bǔ)償電控柜采用12路30kVar容量的電容器。功能要求：具有動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)墓δ?采用接觸器控制自動投切,可以連續(xù)頻繁投切電容器組而不影響開關(guān)和電容器的壽命；串聯(lián)電抗器用來限制投切電流、抑制諧波；采用計算機(jī)數(shù)字化控制技術(shù),實(shí)時檢測無功功率,動態(tài)跟蹤補(bǔ)償,使功率因數(shù)始終保持在預(yù)先設(shè)定的cosφ左右,智能控制器按"順投倒切"〔從大到小投入,從小到大切除的規(guī)則實(shí)行自動投切,保證了諧波不放大。3.2低壓無功補(bǔ)償裝置的原理圖圖3.1低壓無功補(bǔ)償裝置原理圖如圖3.1所示為低壓無功補(bǔ)償原理圖。主要由控制器、接觸器、熔斷器、電抗電容器等組成。裝置本身產(chǎn)生的容性無功電流實(shí)時、快速、準(zhǔn)確地抵消電網(wǎng)中的感性無功電流,從而提高了功率因數(shù),保證了用電質(zhì)量,提高了供電設(shè)備的供電能力,并減小了電路中的損耗。裝置取A相電流Ia和A、N間的相間電壓為檢測信號,采集到電壓電流信號后,檢測出電網(wǎng)電壓和無功功率的大小,送至處理器,通過程序計算出無功補(bǔ)償量,然后發(fā)出電容器投切控制信號,自動完成無功補(bǔ)償。本裝置補(bǔ)償容量由12路30kVar容量的電容器組成。采用了根據(jù)無功功率和電網(wǎng)電壓大小的綜合控制策略,有自動投切電容器組的補(bǔ)償裝置的控制回路。本系統(tǒng)選擇了優(yōu)先滿足電壓的原則,即先根據(jù)電網(wǎng)電壓值的高低來決定是否投切電容器,在電壓合格的范圍內(nèi)再根據(jù)無功功率的大小來控制電容器的投切。這時,在電壓變化很大的特殊情況下,電容器仍然能夠適當(dāng)動作以保持合格的電壓;在電壓合格的范圍內(nèi),電容器又能根據(jù)無功功率大小進(jìn)行合適的補(bǔ)償。這樣一來,在電壓與無功功率的相互配合下,補(bǔ)償器既能進(jìn)行無功功率的平衡,又能反映電壓的頻繁變化,大大提高了控制的可靠性和靈活性。同時,在電壓上下限附近設(shè)置了回差區(qū)間。當(dāng)電壓超限又立即跳至回差區(qū)間時電容器不會動作,這樣有效地防止了投切振蕩。其中無功功率控制是指根據(jù)測得的電壓、電流和功率因數(shù)等參數(shù),計算出應(yīng)該投入的電容容量,然后在電容組合方式中選出一種最接近但又不會過補(bǔ)償?shù)慕M合方式,電容器投切一次到位。如果計算值小于最小一組電容器的容量<下限值>,則應(yīng)保持補(bǔ)償狀態(tài)不變。只有當(dāng)所需容量大于或等于下限值時,才執(zhí)行相應(yīng)的投切。本裝置中設(shè)置的電燈主要用于在電容斷開時消耗電容中的電流,為放電指示燈。FV為避雷裝置。并設(shè)計出了低壓無功補(bǔ)償器的電容器和電抗器。3.3控制器型號JKL2BF<中國.指月集團(tuán)有限公司生產(chǎn)>.主要用途與適用范圍JKL系列無功功率自動控制補(bǔ)償器采用國內(nèi)外最先進(jìn)的單片機(jī)控制技術(shù),取樣物理量為無功電流,交流采樣抗電網(wǎng)高次諧波干擾,提取基波電力參數(shù)控制投切電力電容器來提高功率因數(shù).該產(chǎn)品符合JB/T9663-1999行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),可廣泛適用于不同的電網(wǎng)環(huán)境.工作條件電源電壓:額定值為交流220V或380V,波動不能超過±10%.環(huán)境溫度:-25℃相對濕度:最大相對濕度為90%<20℃海拔高度:不超過2000m.環(huán)境條件：無爆炸易燃的危險介質(zhì),無腐蝕金屬的氣體及損壞電氣絕緣的導(dǎo)電塵埃。型號及含義JKL2BF取樣電壓為相電壓220V,開孔尺寸為162*102mm,整機(jī)重量0.95kg。主要技術(shù)參數(shù)基本技術(shù)參數(shù)：額定電流：AC0-5A電流輸入阻抗：《0.02Ω額定電壓：AC220V或380V頻率：50Hz/60Hz外殼防護(hù)等級：IP40功率：最大8W觸電容量：AC220V/7A或AC380V/3A每支路靈敏度：50mA控制參數(shù)可調(diào)范圍及出廠整定值：技術(shù)參數(shù)參數(shù)值出廠設(shè)定值過壓預(yù)值230-300V可調(diào)步長1V245V/440V延時預(yù)置1-250s可調(diào)步長1s30sC/K比值0.00-1.00可調(diào)步長0.010.10投入門限0.80-0.99可調(diào)步長0.010.95切除門限滯后0.91-超前0.90可調(diào)步長0.011.00控制組數(shù)1-12回路或1-16回路可設(shè)置硬件允許最大值安裝使用及維護(hù)功能選擇:數(shù)碼管第一位顯示功能代碼,根據(jù)代碼表,在自動時若按鍵少于0.5S則只能在手動和自動之間切換;若超過1S則可以循環(huán)選擇所有代碼.<代碼含義說明鍵代碼表>.參數(shù)修改：當(dāng)你選定某種功能代碼后,釋放鍵,按鍵參數(shù)增加,按鍵參數(shù)減少,參數(shù)修改后,釋放按鍵,30S內(nèi)操作鍵切換到自動狀態(tài),這時候新參數(shù)將自動保存；若是在30S內(nèi)無按鍵操作則控制器會返回自動狀態(tài),這時候修改的參數(shù)停電后將不能保存,控制器按原先設(shè)置工作。手動運(yùn)行：自動時點(diǎn)擊可以直接進(jìn)入手動運(yùn)行狀態(tài)第一位LED顯示H,按鍵手動投入；按鍵手動切除。代碼表：代碼代碼含義數(shù)碼顯示內(nèi)容操作或A自動運(yùn)行電網(wǎng)功率因數(shù)無效B投入門限功率因數(shù)投入點(diǎn)0.80-0.99供選定C時間設(shè)置延時時間設(shè)置值1-250s供選定D過壓設(shè)置過壓電壓設(shè)置值230-300V/400-500V供選定EC/K設(shè)置電容除以電流變比0.00-1.00供選定F切除門限功率因數(shù)切除點(diǎn)0.90--.90供選定L路數(shù)設(shè)置輸出回路數(shù)設(shè)置值1-12或1-16路供選定U顯示電壓取樣電壓值〔伏無效P顯示電流取樣電流值<安>無效H手動運(yùn)行電網(wǎng)功率因數(shù)電容器組將依次投入或切除檢驗(yàn)須知：按接線圖示接通電源和取樣電流后,LED顯示0168延時0.5S后顯示功率因數(shù)。當(dāng)電壓高于過壓設(shè)定值時過壓指示燈亮,LED交替顯示電網(wǎng)電壓值和功率因數(shù),并且每5S切除一路電容器。當(dāng)無取樣電流或取樣電流小于50mA時,LED只顯示數(shù)據(jù)000.控制器不檢驗(yàn)功率因數(shù)同時執(zhí)行切除操作。在不過壓,不欠流并處于自動運(yùn)行狀態(tài)時,若電網(wǎng)功率因數(shù)滯后于投入門限同時無功功率高于C/K設(shè)定值時,投入指示燈亮,持續(xù)超過延時時間則投入一路,若電網(wǎng)功率因數(shù)超前于切入門限時,切除指示燈亮,持續(xù)超過延時時間則切除一路；若功率因數(shù)大于投入門限而小于切除門限,則不投不切。當(dāng)?shù)蜔o功指示燈亮?xí)r,表示當(dāng)前功率因數(shù)低于投入門限設(shè)定值,但是電網(wǎng)的無功功率小于每步電容值這時候?qū)⒉粫度腚娙萜?以免過補(bǔ)償。接線圖示：圖3.2JKL-2BF無功補(bǔ)償控制器接線圖接線說明：1.Ua,Un電壓信號輸入端,接A相和N線；2.Ia,In電流信號輸入端；3.J1-J12為12組接觸器線包；4.P、V為接觸器電源端子,若接觸器為380V,P、V接兩根相線；若接觸器為220V,P、V接N和一根相線,P、V接線允許相互調(diào)換。3.4接觸器本裝置電容器專用接觸器選型為CJ19-63/21。該型號主要用于交流50HZ或60HZ,額定工作電壓至380V的電力線路中,供低壓無功功率補(bǔ)償設(shè)備投入或切除低壓并聯(lián)電容器之用。接觸器帶有抑制涌流裝置,能抑制接通電容器瞬間所出現(xiàn)的涌流,并能有效的減少合閘涌流對電容的沖擊和抑制開斷時的過電壓。特別適用于帶有微機(jī)控制的無功功率自動補(bǔ)償電容器柜中。接觸器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)1.結(jié)構(gòu)：接觸器主要由電磁系統(tǒng)、觸點(diǎn)系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)及其它部分組成。①電磁系統(tǒng)：電磁系統(tǒng)包括電磁線圈和鐵心,是接觸器的重要組成部分,依靠它帶動觸點(diǎn)的閉合與斷開。②觸點(diǎn)系統(tǒng)：觸點(diǎn)是接觸器的執(zhí)行部分,包括主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)。主觸點(diǎn)的作用是接通和分?jǐn)嘀骰芈?控制較大的電流,而輔助觸點(diǎn)是在控制回路中,以滿足各種控制方式的要求。③滅弧系統(tǒng)：滅弧裝置用來保證觸點(diǎn)斷開電路時,產(chǎn)生的電弧可靠的熄滅,減少電弧對觸點(diǎn)的損傷。為了迅速熄滅斷開時的電弧,通常接觸器都裝有滅弧裝置,一般采用半封式縱縫陶土滅弧罩,并配有強(qiáng)磁吹弧回路。④其它部分：有絕緣外殼、彈簧、短路環(huán)、傳動機(jī)構(gòu)等。2.特點(diǎn)：接觸器為直動式雙斷點(diǎn)結(jié)構(gòu),觸頭系統(tǒng)分上下兩層布置,上層有三對限流觸頭與限流電阻構(gòu)成抑制涌流裝置。當(dāng)合閘時它先接通經(jīng)數(shù)毫秒滯后工作觸頭接通,限流觸頭中永久磁塊在彈簧反作用下釋放,斷開限流電阻,使電容器正常工作。CJ19-63/21的接觸器有三對輔助觸頭。接觸器接線端有絕緣罩覆蓋,安全可靠。線圈接線端帶有標(biāo)出電壓數(shù)據(jù),可防止接錯。正常工作條件和安裝條件周圍空氣溫度為：-5℃-+40℃,24小時內(nèi)其平均值不超過+海拔高度：不超過2000m；大氣條件：在+40℃污染等級：3級；安裝條件：安裝面與垂直面傾斜度不大于±5°。.主要參數(shù)及技術(shù)性能參數(shù)名稱參數(shù)電壽命〔萬次10額定電流le〔380VA43可控電容器容量〔Kvar220V15380V30額定絕緣電壓〔V500抑制涌流能力20le動作條件吸合〔85%-110%Us；釋放〔20%-75%Us線圈功率〔VA起動/保持200/20輔助觸頭控制容量AC15360VA；DC1333W重量<kg>1.4接觸器的接線接觸器為直動式雙斷點(diǎn)結(jié)構(gòu),觸頭系統(tǒng)分上下兩層布置,上層有三對限流觸頭和限流觸頭構(gòu)成抑制涌流裝置。當(dāng)合閘時它先接通數(shù)毫秒后工作觸頭接通,限流觸頭中永久磁塊在彈簧反作用下釋放,斷開限流電阻,使電容器正常工作,接觸器內(nèi)部電路圖如下。CJ19-63接觸器有三對輔助觸頭。圖3.3接觸器的結(jié)構(gòu)示意圖3.5電容器本裝置采用電容器BSMJ0.45-30-3,BSMJ0.45-30-3是自愈式低電壓并聯(lián)電容器,主要用于低壓電網(wǎng)提高功率因數(shù),減小無功損耗,改善電壓質(zhì)量。根據(jù)以下規(guī)定要求確定電容器安裝組數(shù)和容量。B1629-75規(guī)定:能在一晝夜中,在最高不超過1.1倍其額定電壓<瞬時過電壓除外>下運(yùn)行不超過6小時,"1.1"是額定電壓過電壓最高值.對與本文中的0.4KV母線電壓最高過電壓不允許超過0.44kV.電流與過電壓和高次諧波造成電器損壞,因此我國規(guī)定穩(wěn)態(tài)過電流不超過1.3。于補(bǔ)償電容的投入很可能造成過補(bǔ)償,尤其是在全壓輕載條件下投入補(bǔ)償電容,因此規(guī)定:Q+≤1.35〔2-6要說明的是由于控制器判斷電容投切的主要根據(jù)檢測到實(shí)際電網(wǎng)無功量,與已輸入的判據(jù)比較輸出決策,同時因?yàn)閷?shí)際工作中的負(fù)載負(fù)荷是不斷變化,所以電容容量也只能概算而不可能精確給出,所以補(bǔ)償容量主要是先確定每1KW的補(bǔ)償量后再根據(jù)實(shí)際需要補(bǔ)償量來共同決定無功無償容量。電容器特點(diǎn)：1.體積小、重量輕：由于使用金屬化聚丙烯薄膜新材料作為介質(zhì),體積、重量公為老產(chǎn)品的1/4或1/5。2.損耗低：實(shí)際值低于0.10%,所以電容器自身能耗很低,發(fā)熱小,溫升低,工作壽命長,節(jié)能效果更佳。3.優(yōu)良的自愈性能,過電壓所造成的介質(zhì)局部擊穿能迅速自愈,恢復(fù)正常工作,使可靠性大為提高。4.安全性：內(nèi)裝自放電電阻和保險裝置。內(nèi)裝放電阻能使電容器上所儲的電能自動泄放掉；當(dāng)電容器發(fā)生故障時,保險裝置能及時斷開電源,避免故障的進(jìn)一步發(fā)展,確保使用安全。5.不漏油：本電容器采用先進(jìn)的半固體浸漬劑,滴熔點(diǎn)高于70℃技術(shù)指標(biāo)：額定電壓：400VAC額定容量：1-40kvar容量允差：-5～+10%損耗角正切值：低于0.10%極間耐電壓：2.15Un.2s極殼間耐壓：3kV<AC>10s絕緣性：極殼間500VDC1分鐘大于1000MΩ最高過電流：額定電流的130%最高過電壓：額定電壓的110%自放電特性：斷開電源3分鐘后,剩余電壓降至50V以下補(bǔ)償裝置要長期、可靠運(yùn)行,必須選用質(zhì)量良好的電容器,電容器接入電力系統(tǒng)中使用,總是在滿載荷下運(yùn)行,僅在電壓或頻率波動時,載荷才有變動。在運(yùn)行中如果電壓、電流和溫度超過了規(guī)定的限度,就會縮短電容器的壽命；同時選用時還要考慮電容器的體積、重量等。電容器在正常運(yùn)行中,必須注意以下幾點(diǎn)：①采用的投切開關(guān)的額定電流必須與電容的額定電流匹配。②電容器與投切開關(guān)的連接線必須滿足額定電流的需要。③固定在電容器上的連接線必須可靠牢固的連接。低壓無功補(bǔ)償裝置中已基本淘汰了油浸式電容器,被干式電容器所代替。如果控制器及投切開關(guān)配合,再將諧波涌流限制好,電容器的使用壽命會大大延長電容器的接線方式：本補(bǔ)償裝置補(bǔ)償電容器的接線方式為三角形接法<△接法>。3.6電抗器串聯(lián)電抗器XD1-30用來限制投切電流、抑制諧波提高了整個裝置的可靠性。本裝置采用串聯(lián)電抗器XD1-30〔30為所配電容容量,其用于頻率為50Hz,額定電壓380V的低壓無功補(bǔ)償裝置中。主要作限制電容器投入涌流之用。限流電抗器由繞組和嵌件等主要零件組成,所有零部件經(jīng)樹脂混合料澆注成型于一體,具有防潮等各項(xiàng)性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn),安裝前應(yīng)清潔電抗器表面,特別是接線端子和安裝。每三臺相電容器個相均應(yīng)配置一臺電抗器,當(dāng)三相并列安裝時應(yīng)注意電抗器進(jìn)出線方向,其中間相必須和兩側(cè)的接線相反,如兩側(cè)相首端X1為進(jìn)線,則中間相末端X2為進(jìn)線,電抗器相互間中心距離不得小于42mm。電感值〔mH和限流系數(shù)〔n為0.025和50。3.7控制策略本裝置根據(jù)電網(wǎng)電壓和無功功率的大小綜合控制。電壓是線路無功功率的敏感參數(shù),以電壓為檢測量,這種控制方式簡單、可靠、實(shí)現(xiàn)起來也比較容易,但這種控制方式在系統(tǒng)大,系統(tǒng)內(nèi)電抗X較小的情況下,控制靈敏度和精確度就受到了一定的限制；無功功率控制是指根據(jù)測得的電壓、電流和功率因數(shù)等參數(shù),計算出應(yīng)該投入的電容容量,然后在電容組合方式中選出一種最接近但又不會過補(bǔ)償?shù)慕M合方式,電容器投切一次到位。如果計算值小于最小一組電容器的容量<下限值>,則應(yīng)保持補(bǔ)償狀態(tài)不變。只有當(dāng)所需容量大于或等于下限值時,才執(zhí)行相應(yīng)的投切。從控制策略來看,采用無功功率控制,由于檢測量和控制目標(biāo)都是同一物理量,技術(shù)上合理,但檢測難度稍大。首先,本系統(tǒng)選擇了優(yōu)先滿足電壓的原則,即先根據(jù)電網(wǎng)電壓值的高低來決定是否投切電容器,在電壓合格的范圍內(nèi)再根據(jù)無功功率的大小來控制電容器的投切。這時,在電壓變化很大的特殊情況下,電容器仍然能夠適當(dāng)動作以保持合格的電壓;在電壓合格的范圍內(nèi),電容器又能根據(jù)無功功率大小進(jìn)行合適的補(bǔ)償。這樣一來,在電壓與無功功率的相互配合下,補(bǔ)償器既能進(jìn)行無功功率的平衡,又能反映電壓的頻繁變化,大大提高了控制的可靠性和靈活性。同時,我們在電壓上下限附近設(shè)置了回差區(qū)間。當(dāng)電壓超限又立即跳至回差區(qū)間時電容器不會動作,這樣有效地防止了投切振蕩。3.8投切方式本裝置采用延時投切方式延時投切方式即人們熱稱的"靜態(tài)"補(bǔ)償方式。這種投切依靠于傳統(tǒng)的接觸器的動作。延時投切的目的在于防止接觸器過于頻繁的動作時,電容器造成損壞,更重要的是防備電容不停的投切導(dǎo)致供電系統(tǒng)振蕩,造成危險。當(dāng)電網(wǎng)的負(fù)荷旱感性時,如電動機(jī)、電焊機(jī)等負(fù)載,電網(wǎng)的電流滯帶后電壓一個角度;當(dāng)負(fù)荷呈容性時,如過量的補(bǔ)償裝置的控制器,電網(wǎng)的電流則超前于電壓的一個角度即功率因數(shù)超前或滯后是指電流與電壓的相位關(guān)系。通過補(bǔ)償裝置的控制器檢測供電系統(tǒng)的物理量,來決定電容器的投切,這個物理量可以是功率因數(shù)或無功電流或無功功率、下面就功率因數(shù)型舉例說明、當(dāng)這個物理量滿足要求時,如超前且>0.98,滯后且>0.95,在這個范圍內(nèi),此時控制器沒有控制信寫發(fā)出,這時已投入的電容器組不退出,沒投入的電容器組也不投入。當(dāng)檢測到中不滿足要求時,如滯后且<0.95,那么將一組電容器投入,并繼續(xù)監(jiān)測。如還不滿足要求,控制器則延時一段時間<延時時間可整定>,再投入一組電容器,直到全部投入為止。當(dāng)檢測到超前信寫如。<0.98,即呈容性載荷時,那么控制器就逐一切除電容器組。投切遵循的原則是:先投入的那組電容器組要先切除。如果把延時時間整定為300s,而這套補(bǔ)償裝置有十路電容器組,那么全部投入的時間就為30分鐘,切除也這樣。在這段時間內(nèi)無功補(bǔ)償能是逐步到位。如果將延時時間整定的很短,或沒有設(shè)定延時時間,就可能會出現(xiàn)這樣的情況:控制器監(jiān)測到<0.95,迅速將電容器組逐一投入,而在投入期間,此時電網(wǎng)可能已是容性負(fù)載即過補(bǔ)償了,控制器則控制電容器組逐一切除,周而復(fù)始,形成震蕩,導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。是否能形成振蕩與負(fù)載的性質(zhì)有密切關(guān)系,所以說這個參數(shù)需要根抓現(xiàn)場情況整定,要在保證系統(tǒng)安全的情況下,再考慮補(bǔ)償效果、這種補(bǔ)償方式適用于電流載荷相對平穩(wěn)的廠礦及住宅區(qū)。3.9裝置接線圖每臺360kVar采用12路30kVar容量的電容器:圖3.4補(bǔ)償裝置接線圖1圖3.5補(bǔ)償裝置接線圖2圖3.6補(bǔ)償裝置接線圖3每個支路補(bǔ)償裝置都有以下主要元件組成。360kVar補(bǔ)償裝置的設(shè)備清單序號設(shè)備名稱規(guī)格型號單位數(shù)量1電容器專用接觸器CJ19-63/21