無功補償裝置簡介

1、無功補償裝置簡介2008-11-28 9:57:14無功補償 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。 (無功補償相關(guān)知識 一、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

2、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)的負荷呈 感性時,如電動機、電焊機等負載,這時電網(wǎng)的電流滯帶后電壓一個角度,當(dāng) 負荷呈容性時,如過量的補償裝置的控制器,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 cos超前 且 >0.98,滯后且 >0.95,在這個范圍內(nèi),

3、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 cos不滿 足要求時,如 cos滯后且 <0.95,那么將一組電容器投入,并繼續(xù)監(jiān)測 cos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 cos<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 功損失補只能是逐步到位。 如果將延時

4、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 cos 0.95,迅速將電容器組逐 一投入,而在投入期間,此時電網(wǎng)可能已是容性負載即過補償了,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,

5、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,這種控制方式是機械動作的接觸器類無法實現(xiàn)的。動態(tài)補償 方式作為新一代的補償裝置有著廣泛的應(yīng)用前景。 現(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)補償 的線路方式如下:(1LC串接法這種方式采用電感與電容的串聯(lián)接法, 調(diào)節(jié)電抗以達到補償無功損耗的目 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)補償量選擇 1組

6、電容器即可,不 需要再分成多路。既然有這么多的優(yōu)點,應(yīng)該是非常理想的補償裝置了。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)。作為補償裝置所采用的半導(dǎo)體器件一般都采用晶閘管,其優(yōu)點是選材方 便,電路成熟又很經(jīng)濟。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,所以保護措施要完善。當(dāng)解決了保護問題,作為電容器組投切開關(guān) 應(yīng)該是較理想的器件。 動態(tài)補償?shù)难a償效果還要看控制器是否有較高的性能及 參數(shù)。很重要的一項就是要求控制

7、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,這樣才能達到最佳的補償效果。當(dāng)控制器采集到需要補償?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 行。需要強調(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。元器件可以選單項晶閘管反并聯(lián)或是雙向晶閘管, 也可選適合容性負載的 固態(tài)接觸器,這樣可以省去過零觸

8、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. 混合投切方式實際上就是靜態(tài)與動態(tài)補償?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,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。 補償裝置選擇非等容電容器組,這種方式補償效果更加細致,更為理想。還可 采用分相補償方式,可以解決由于線路三相不平行造成的損失。在無功功率補償裝置的應(yīng)用方面,選擇那一種補償方式,還要依電網(wǎng)的狀 況而定,首先對所

9、補償?shù)木€路要有所了解,對于負荷較大且變化較快的工況, 電焊機、電動機的線路采用動態(tài)補償,節(jié)能效果明顯。對于負荷相對平穩(wěn)的線 路應(yīng)采用靜態(tài)補償方式,也可使用動態(tài)補償裝置。一般電焊工作時間均在幾秒 鐘以上,電動機啟動也在幾秒鐘以上,而動態(tài)補償?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)補償裝置 能完成這個過程。二、無功功率補償控制器無功功率補償控制器有三種采樣方式,功率因數(shù)型、無功功率型、無功電 流型。選擇那一種物理控制方式實際上就是對無功功率補償控制器的選擇?？?制器是無功補償裝置的指揮系統(tǒng),采樣、運算、發(fā)出投切信號,參數(shù)設(shè)定、測 量、元件保護等

10、功能均由補償控制器完成。十幾年來經(jīng)歷了由分立元件 -集成 線路 -單片機 -DSP 芯片一個快速發(fā)展的過程,其功能也愈加完善。1. 功率因數(shù)型控制器功率因數(shù)用 cos表示, 它表示有功功率在線路中所占的比例。 當(dāng) cos=1時,線路中沒有無功損耗。提高功率因數(shù)以減少無功損耗是這類控制器的最終 目標(biāo)。這種控制方式也是很傳統(tǒng)的方式,采樣、控制也都較容易實現(xiàn)。* "延時 " 整定,投切的延時時間,應(yīng)在 10s-120s 范圍內(nèi)調(diào)節(jié) " 靈敏度 " 整 定,電流靈敏度,不大于 0-2A 。* 投入及切除門限整定,其功率因數(shù)應(yīng)能在 0.85(滯后 -0.95(超前

11、 范圍內(nèi)整定。* 過壓保護設(shè)量* 顯示設(shè)置、循環(huán)投切等功能這種采樣方式在運行中既要保證線路系統(tǒng)穩(wěn)定、無振蕩現(xiàn)象出現(xiàn),又要兼 顧補償效果,這是一對矛盾,只能在現(xiàn)場視具體情況將參數(shù)整定在較好的狀態(tài) 下工作。即使調(diào)整的較好,也無法禰補這種方式本身的缺陷,尤其是在線路重 負荷時。舉例說明:設(shè)定投入門限; cos=0.95(滯后此時線路重載荷,即 使此時的無功損耗已很大,再投電容器組也不會出現(xiàn)過補償,但 cos只要不 小于 0.95,控制器就不會再有補償指令,也就不會有電容器組投入,所以這種 控制方式建議不做為推薦的方式。2. 無功功率(無功電流型控制器無功功率(無功電流型的控制器較完善的解決了功率因數(shù)

12、型的缺陷。一 個設(shè)計良好的無功型控制器是智能化的,有很強的適應(yīng)能力,能兼顧線路的穩(wěn) 定性及檢測及補償效果,并能對補償裝置進行完善的保護及檢測,這類控制器 一般都具有以下功能:* 四象限操作、自動、手動切換、自識別各路電容器組的功率、根據(jù)負載 自動調(diào)節(jié)切換時間、諧波過壓報警及保護、線路諧振報警、過電壓保護、線路 低電流報警、電壓、電流畸變率測量、顯示電容器功率、顯示 cos、 U 、 I 、 S 、 P 、 Q 及頻率。由以上功能就可以看出其控制功能的完備,由于是無功型的控制器,也就 將補償裝置的效果發(fā)揮得淋漓盡致。 如線路在重負荷時, 那怕 cos已達到 0.99 (滯后,只要再投一組電容器不

13、發(fā)生過補,也還會再投入一組電容器,使補 償效果達到最佳的狀態(tài)。采用 DSP 芯片的控制器,運算速度大幅度提高,使 得富里葉變換得到實現(xiàn)。3. 用于動態(tài)補償?shù)目刂破鲗τ谶@種控制器要求就更高了,一般是與觸發(fā)脈沖形成電路一并考慮的, 要求控制器抗干擾能力強,運算速度快,更重要的是有很好的完成動態(tài)補償功 能。由于這類控制器也都基于無功型,所以它具備靜態(tài)無功型的特點。三、濾波補償系統(tǒng)由于現(xiàn)代半導(dǎo)體器件應(yīng)用愈來愈普遍,功率也更大,但它的負面影響就是 產(chǎn)生很大的非正弦電流。使電網(wǎng)的諧波電壓升高,畸變率增大,電網(wǎng)供電質(zhì)量 變壞。如果供電線路上有較大的諧波電壓,尤其 5次以上,這些諧波將被補償裝 置放大。電容器組與線路串聯(lián)諧振,使線路上的電壓、電流畸變率增大,還有 可能造成設(shè)備損壞,再這種情況下補償裝置是不可使用的。最好的解決方法就 是在電容器組串接電抗器來組成諧波濾波器。 濾波器的設(shè)計要使在工頻情況下 呈容性,以對線路進行無功補償,對于諧波則為感性負載,以吸收部分諧波電 流,改善線路的畸變率。增加電抗器后,要考慮電容端電壓升高的問題。 濾波補償裝置即補償了無功損耗又改善了線路質(zhì)量,雖然成本提高較多, 但對于諧波成分較大的線路還是應(yīng)盡量考慮采用, 不能認為裝置一時不出問題 就認為沒有問題存在。很多情況下,采用五次、七次、十一次或