智能型低壓無功補(bǔ)償裝置若干問題的探討
1 前言
近年來,在城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造的實(shí)施過程中,低壓并聯(lián)電容器無功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)方案有了重大的改進(jìn)和突破,取得了滿意的運(yùn)行效果。對提高供電電壓質(zhì)量,挖掘供電設(shè)備的潛力、降低線路損失及節(jié)能均起到積極的作用。本文就智能型低壓無功補(bǔ)償裝置開發(fā)中的若干技術(shù)問題和發(fā)展方向進(jìn)行討論,以供參考。
2 低壓補(bǔ)償?shù)母倪M(jìn)
低壓無功補(bǔ)償?shù)膫鹘y(tǒng)模式主要有以下三種型式,①裝于低壓電動機(jī)的單臺就地補(bǔ)償;②裝于配電變壓器低壓側(cè)的補(bǔ)償箱;③裝于企業(yè)配電房或車間以及高層建筑樓層配電間的自動補(bǔ)償柜(如PGJ柜等)。限于篇幅,對單臺補(bǔ)償問題本文不作討論。低壓補(bǔ)償箱和補(bǔ)償柜的技術(shù)改進(jìn)和新技術(shù)應(yīng)用歸納起來主要有以下幾方面:
?。?)由三相共補(bǔ)到分相補(bǔ)償,以求達(dá)到更理想的補(bǔ)償效果;
?。?)由單一的無功補(bǔ)償?shù)酵瑫r具有濾波及抑制諧波功能的補(bǔ)償裝置;
?。?)從采用交流接觸器進(jìn)行投切,到選用晶閘管開關(guān)電路投切,以及發(fā)展為等電壓投、零電流切的最佳投切模式;
(4)智能型自動補(bǔ)償控制器和配電變壓器的運(yùn)行記錄儀相結(jié)合;
(5)將低壓補(bǔ)償?shù)墓δ芗{入箱式變電站 或美式箱變的低壓部分;
?。?)采用不銹鋼或航空鋁板的箱體,具有防寒、防曬、密封、防潮、防銹的特點(diǎn);
(7)選用干式或充SF6的自愈式并聯(lián)電容器,提高運(yùn)行可靠性,延長使用年限。
3 △-Y共補(bǔ)與分補(bǔ)相結(jié)合的接線
3.1 三相共補(bǔ)的接線
傳統(tǒng)的低壓補(bǔ)償都是采用三相共補(bǔ)的方式,根據(jù)控制器統(tǒng)一取樣,各相投入相同的補(bǔ)償容量,這種補(bǔ)償方式的接線如圖1所示。適用于三相負(fù)載基本平衡、各相負(fù)載的cosφ相近的網(wǎng)絡(luò)。為什么國內(nèi)外制造廠對三相共補(bǔ)的電容器均選用△接線呢?主要是額定電壓400V的自愈式電容器的價格較同容量額定電壓230V的電容器要便宜得多。這是由于原材料價格的原因和400V電容器極間工作電場強(qiáng)度較高的緣故。以400V的電容器為例,用厚8μm金屬化膜時,工作場強(qiáng)為50MV/m,如用厚7μm的金屬化膜,工作場強(qiáng)為57.14M V/m,而230V的電容器,如維持與上述的工作場強(qiáng)相近時,則必須選用更薄的金屬化膜,但4~5μm薄膜的價格要比7~8μm薄膜貴得多,故對230V電容器一般是采取降低工作場強(qiáng)的設(shè)計(jì),按照國內(nèi)的通常價格,同容量的230V電容器的價格為400V電容器價格的2倍以上。
3.2 三相分補(bǔ)的接線
三相分補(bǔ)方式就是各相分別取樣,各相分別投入不同的補(bǔ)償容量。適用于各相負(fù)載相差較大,其cosφ值也有較大差別的場合。接線如圖2所示。與三相共補(bǔ)的不同特點(diǎn)是:①單臺并聯(lián)電容器的額定電壓為230V,Y接;②控制器分相進(jìn)行工作,互不影響。當(dāng)然,其價格高于三相共補(bǔ)的裝置,一般要貴20%~30%。
3.3 Δ-Y共補(bǔ)與分補(bǔ)相結(jié)合的接線
從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā),也可以采用電容器Δ-Y接線,即三相共補(bǔ)與三相分補(bǔ)相結(jié)合的接線方案如圖3所示。三相共補(bǔ)部分的電容器為Δ接線,三相分補(bǔ)部分的電容器為Y接線,例如某廠家Δ接電容器組的單臺電容器分別為400V,10、15、20、30kvar。Y接電容器組的單臺電容器分別為:230V,3、4、5、6、8、10kvar。這種接線方式的補(bǔ)償裝置,運(yùn)行方式機(jī)動靈活,其成套價格低于圖2的接線方案。也有的廠家對Y接的電容器組仍采用400V的電容器,其單臺銘牌容量與Δ接電容器組選用相同的電容器,而Y接部分的電容器實(shí)際輸出的容量只有銘牌的1/3。這樣做的目的是由于400V的產(chǎn)品比較便宜,即使實(shí)際容量較名牌值小,但由于工作場強(qiáng)低,壽命較長,且整個裝置只用一個規(guī)格的電容器,互換性強(qiáng)。
4 并聯(lián)電容器的投切開關(guān)
4.1 交流接觸器
70年代廣泛應(yīng)用的PGJ補(bǔ)償柜,都是采用交流接觸器作為并聯(lián)電容器的投切開關(guān),迄今仍有沿用。其缺點(diǎn)是:①投入電容時產(chǎn)生倍數(shù)較高的涌流,容易在接觸器的觸點(diǎn)處產(chǎn)生火花,燒損觸頭;②切斷電容時,容易粘住 觸頭,造成拉不開;③涌流過大對電容器本身有害,會影響使用壽命。當(dāng)時采用的措施是:(1)適當(dāng)選擇額定容量較大的接觸器,如用額定電流40A的接觸器投切15kvar的三相電容器(IC=21.7A);②采用專用的接觸器,其型號有CJ16、CJ19、CJ20C、B25C~B75C、CJ41等系列;③每臺電容器加裝串聯(lián)小電抗器,用以抑制涌流。
4.2 雙向晶閘管開關(guān)電路
采用雙向晶閘管的無觸點(diǎn)開關(guān)電路(又稱固態(tài)繼電器)取代交流接觸器用于投切電容器的接線如圖4(a)所示。其優(yōu)點(diǎn)是過零觸發(fā),無拉弧,動作時間短,可大幅度地限制電容器合閘涌流,特別適合于繁投切的場合。但也存在以下缺點(diǎn):①采用雙向晶閘管制造成本高,晶閘管開關(guān)電路的補(bǔ)償柜價格要比采用接觸器的補(bǔ)償柜貴70%~80%左右;②晶閘管開關(guān)電路運(yùn)行時有較大的壓降,運(yùn)行中的電能損耗和發(fā)熱問題不可忽視。以BZMJ0.4-15-3并聯(lián)電容器為例,其額定電流為21.7A,如晶閘管開關(guān)的電壓降為1V時,3個晶閘管開關(guān)電路運(yùn)行時,損耗的功率為:P=3×1×21.7=65.1W,如補(bǔ)償柜的無功功率為90kvar,則全部投入時,晶閘管的功率損耗為65.1×6=390.6W,以每天平均10h計(jì),日耗電量達(dá)3.906kWmiddot;h。年耗量約為1426kW·h,有功消耗的發(fā)熱量還會增加整個補(bǔ)償裝置的溫升,而需采用相應(yīng)的散熱降溫的措施,如采用接觸器則基本上不消耗有功;(3)晶閘管電路的本身也是諧波源,大量的應(yīng)用對低壓電網(wǎng)的波形不利。因此,除了對晶閘管開關(guān)電路加以改進(jìn)外,還應(yīng)使之在完成開合閘操作后退出,仍由與之并聯(lián)的接觸器維持電容器的正常運(yùn)行。
4.3 晶閘管和二極管反并聯(lián)的開關(guān)電路
一個晶閘管和一個二極管反并聯(lián)的接線方案如圖4(b)所示。與圖4(a)的接線方案對比,由于相同容量的二極管的價格低于晶閘管,故用一只晶閘管和一只二極管反并聯(lián)的無觸點(diǎn)開關(guān)電路制造成本較低,而技術(shù)性能相近,但反應(yīng)時間則較漫些,切除電容器時,從切除指令的輸出到工作任務(wù)的完成,可以在半周波內(nèi)完成,(即時間t≤10ms)。如采用圖4(b)的方案,由于二級管的不可控性,通常其切除時間要在0.5~1Hz之間,即切除時間t≤20ms。
4.4 等電壓投零電流切的新型無觸點(diǎn)開關(guān)電路
等電壓投零電流切的新型無觸點(diǎn)開關(guān)電路的接線如圖5所示,圖中J為交流接觸器的觸點(diǎn)。其運(yùn)行操作順序說明如下:當(dāng)投入電容器時,先由微電腦控制器發(fā)出信號給開關(guān)電路,使之在等電壓時投入電容器,微電腦的控制器緊接著又發(fā)信號給接觸器,使其觸點(diǎn)也閉合,將晶閘管開關(guān)電路短路,由于接觸器J閉合后的接觸電阻遠(yuǎn)小于開關(guān)電路導(dǎo)通時的電阻,達(dá)到了節(jié)能和延長開關(guān)電路使用壽命的目的。當(dāng)需要切除電容器時控制器先發(fā)信號給接觸器,使接觸器觸點(diǎn)J斷開,此時開關(guān)電路處于導(dǎo)通狀態(tài),并由開關(guān)電路在電流過零時,將電容器切除。本方案的優(yōu)點(diǎn)是:運(yùn)行功耗低、涌流小、諧波影響小,制造成本低,開關(guān)電路和接觸器的使用壽命長。
4.5 兩相兩管開關(guān)電路投切的三相Δ形接線電容器組
兩相兩管開關(guān)電路投切三相Δ形接線電容器組的接線如圖6所示。該項(xiàng)投切原理是北京首電科技有限公司的專利技術(shù),已在我國低壓配電網(wǎng)中獲得廣泛的應(yīng)用,效果是滿意的。
5 智能型自動控制器
5.1 檢測量和控制目標(biāo)
檢測量主要有cosφ、無功功率Q和無功電流Iq三種,80年代中期多選用以cosφ為檢測量的控制器,執(zhí)行手段是投切電容器,補(bǔ)償?shù)淖罱K目的是減少進(jìn)出電網(wǎng)的無功功率。此方案的主要缺點(diǎn)是:輕載時容易產(chǎn)生投切震蕩,重載時又不易達(dá)到充分補(bǔ)償,故新型的控制器已不再選
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