無(wú)功補(bǔ)償裝置簡(jiǎn)介

1、無(wú)功補(bǔ)償裝置簡(jiǎn)介2008-11-28 9:57:14無(wú)功補(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(xiàn)路的損耗,提高供電效率,改善供電環(huán)境。所以無(wú)功功率 補(bǔ)償裝置在電力供電系統(tǒng)中處在一個(gè)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(dòng),諧波增大等諸多因素。 (無(wú)功補(bǔ)償相關(guān)知識(shí) 一、按投切方式分類(lèi) :1. 延時(shí)投切方式延時(shí)投切方式即人們熟稱(chēng)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(dòng)作,當(dāng)然用于投切電容的接觸器專(zhuān)用的,它

2、具有抑制電容的涌流作用, 延時(shí)投切的目的在于防止接觸器過(guò)于頻繁的動(dòng)作時(shí),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(xiǎn)的。當(dāng)電網(wǎng)的負(fù)荷呈 感性時(shí),如電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)等負(fù)載,這時(shí)電網(wǎng)的電流滯帶后電壓一個(gè)角度,當(dāng) 負(fù)荷呈容性時(shí),如過(guò)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(gè)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(guò)補(bǔ)償裝置的 控制器檢測(cè)供電系統(tǒng)的物理量,來(lái)決定電容器的投切,這個(gè)物理量可以是功率 因數(shù)或無(wú)功電流或無(wú)功功率。下面就功率因數(shù)型舉例說(shuō)明。當(dāng)這個(gè)物理量滿(mǎn)足要求時(shí),如 cos超前 且 >0.98,滯后且 >0.95,在這個(gè)范圍內(nèi),

3、此時(shí)控制器沒(méi)有控制信號(hào)發(fā)出,這時(shí) 已投入的電容器組不退出,沒(méi)投入的電容器組也不投入。當(dāng)檢測(cè)到 cos不滿(mǎn) 足要求時(shí),如 cos滯后且 <0.95,那么將一組電容器投入,并繼續(xù)監(jiān)測(cè) cos如還不滿(mǎn)足要求,控制器則延時(shí)一段時(shí)間(延時(shí)時(shí)間可整定,再投入一組電 容器,直到全部投入為止。當(dāng)檢測(cè)到超前信號(hào)如 cos<0.98,即呈容性載荷時(shí), 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(shí)就要先切除。如果把延時(shí)時(shí)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(shí)間就為 30分鐘,切除也這樣。在這段時(shí)間內(nèi)無(wú) 功損失補(bǔ)只能是逐步到位。 如果將延時(shí)

4、時(shí)間整定的很短, 或沒(méi)有設(shè)定延時(shí)時(shí)間, 就可能會(huì)出現(xiàn)這樣的情況。當(dāng)控制器監(jiān)測(cè)到 cos 0.95,迅速將電容器組逐 一投入,而在投入期間,此時(shí)電網(wǎng)可能已是容性負(fù)載即過(guò)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(shuō)這個(gè)參數(shù)需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(shí)投切方式瞬時(shí)投切方式即人們熟稱(chēng)的 " 動(dòng)態(tài) " 補(bǔ)償方式,應(yīng)該說(shuō)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(dòng)系統(tǒng),控制器一般能在半 個(gè)周波至 1個(gè)周波內(nèi)完成采樣、計(jì)算,在 2個(gè)周期到來(lái)時(shí),

5、控制器已經(jīng)發(fā)出控 制信號(hào)了。通過(guò)脈沖信號(hào)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(gè)全部動(dòng)作,這種控制方式是機(jī)械動(dòng)作的接觸器類(lèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。動(dòng)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。 現(xiàn)在很多開(kāi)關(guān)行業(yè)廠(chǎng)都試圖 生產(chǎn)、制造這類(lèi)裝置且有的生產(chǎn)廠(chǎng)已經(jīng)生產(chǎn)出很不錯(cuò)的裝置。當(dāng)然與國(guó)外同類(lèi) 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(dòng)態(tài)補(bǔ)償 的線(xiàn)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(dá)到補(bǔ)償無(wú)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(shí),可做到無(wú)差調(diào)節(jié),使 無(wú)功損耗降為零。從元件的選擇上來(lái)說(shuō),根據(jù)補(bǔ)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(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(dòng)態(tài)范圍內(nèi)調(diào)節(jié), 所以體積也相對(duì)較大, 價(jià)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(lái)說(shuō)還沒(méi)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(kāi)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(wèn)題,作為電容器組投切開(kāi)關(guān) 應(yīng)該是較理想的器件。 動(dòng)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

7、器要有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間,準(zhǔn)確的投切功 率,還要有較高的自識(shí)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?hào)發(fā)出一個(gè)指令 (投入一組或多組電容器的 指令,此時(shí)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(xiàn)路運(yùn) 行。需要強(qiáng)調(diào)的是晶閘管導(dǎo)通的條件必須滿(mǎn)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(wú)涌流投切。當(dāng)控制指令 撤消時(shí),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(xiàn)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(guò)零觸

8、發(fā)的脈沖電路,從而簡(jiǎn)化線(xiàn)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(dòng)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(shì)互 補(bǔ),但就其控制技術(shù),目前還見(jiàn)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(xiàn)路三相不平行造成的損失。在無(wú)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(duì)所

9、補(bǔ)償?shù)木€(xiàn)路要有所了解,對(duì)于負(fù)荷較大且變化較快的工況, 電焊機(jī)、電動(dòng)機(jī)的線(xiàn)路采用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償,節(jié)能效果明顯。對(duì)于負(fù)荷相對(duì)平穩(wěn)的線(xiàn) 路應(yīng)采用靜態(tài)補(bǔ)償方式,也可使用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置。一般電焊工作時(shí)間均在幾秒 鐘以上,電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)也在幾秒鐘以上,而動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)捻憫?yīng)時(shí)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(gè)相對(duì)的穩(wěn)態(tài)過(guò)程, 動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置 能完成這個(gè)過(guò)程。二、無(wú)功功率補(bǔ)償控制器無(wú)功功率補(bǔ)償控制器有三種采樣方式,功率因數(shù)型、無(wú)功功率型、無(wú)功電 流型。選擇那一種物理控制方式實(shí)際上就是對(duì)無(wú)功功率補(bǔ)償控制器的選擇?？?制器是無(wú)功補(bǔ)償裝置的指揮系統(tǒng),采樣、運(yùn)算、發(fā)出投切信號(hào),參數(shù)設(shè)定、測(cè) 量、元件保護(hù)等

10、功能均由補(bǔ)償控制器完成。十幾年來(lái)經(jīng)歷了由分立元件 -集成 線(xiàn)路 -單片機(jī) -DSP 芯片一個(gè)快速發(fā)展的過(guò)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(xiàn)路中所占的比例。 當(dāng) cos=1時(shí),線(xiàn)路中沒(méi)有無(wú)功損耗。提高功率因數(shù)以減少無(wú)功損耗是這類(lèi)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(shí)現(xiàn)。* "延時(shí) " 整定,投切的延時(shí)時(shí)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(mén)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(guò)壓保護(hù)設(shè)量* 顯示設(shè)置、循環(huán)投切等功能這種采樣方式在運(yùn)行中既要保證線(xiàn)路系統(tǒng)穩(wěn)定、無(wú)振蕩現(xiàn)象出現(xiàn),又要兼 顧補(bǔ)償效果,這是一對(duì)矛盾,只能在現(xiàn)場(chǎng)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(wú)法禰補(bǔ)這種方式本身的缺陷,尤其是在線(xiàn)路重 負(fù)荷時(shí)。舉例說(shuō)明:設(shè)定投入門(mén)限; cos=0.95(滯后此時(shí)線(xiàn)路重載荷,即 使此時(shí)的無(wú)功損耗已很大,再投電容器組也不會(huì)出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償,但 cos只要不 小于 0.95,控制器就不會(huì)再有補(bǔ)償指令,也就不會(huì)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(wú)功功率(無(wú)功電流型控制器無(wú)功功率(無(wú)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(gè)設(shè)計(jì)良好的無(wú)功型控制器是智能化的,有很強(qiáng)的適應(yīng)能力,能兼顧線(xiàn)路的穩(wěn) 定性及檢測(cè)及補(bǔ)償效果,并能對(duì)補(bǔ)償裝置進(jìn)行完善的保護(hù)及檢測(cè),這類(lèi)控制器 一般都具有以下功能:* 四象限操作、自動(dòng)、手動(dòng)切換、自識(shí)別各路電容器組的功率、根據(jù)負(fù)載 自動(dòng)調(diào)節(jié)切換時(shí)間、諧波過(guò)壓報(bào)警及保護(hù)、線(xiàn)路諧振報(bào)警、過(guò)電壓保護(hù)、線(xiàn)路 低電流報(bào)警、電壓、電流畸變率測(cè)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(wú)功型的控制器,也就 將補(bǔ)償裝置的效果發(fā)揮得淋漓盡致。 如線(xiàn)路在重負(fù)荷時(shí), 那怕 cos已達(dá)到 0.99 (滯后,只要再投一組電容器不

13、發(fā)生過(guò)補(bǔ),也還會(huì)再投入一組電容器,使補(bǔ) 償效果達(dá)到最佳的狀態(tài)。采用 DSP 芯片的控制器,運(yùn)算速度大幅度提高,使 得富里葉變換得到實(shí)現(xiàn)。3. 用于動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)目刂破鲗?duì)于這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(qiáng),運(yùn)算速度快,更重要的是有很好的完成動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功 能。由于這類(lèi)控制器也都基于無(wú)功型,所以它具備靜態(tài)無(wú)功型的特點(diǎn)。三、濾波補(bǔ)償系統(tǒng)由于現(xiàn)代半導(dǎo)體器件應(yīng)用愈來(lái)愈普遍,功率也更大,但它的負(fù)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(xiàn)路上有較大的諧波電壓,尤其 5次以上,這些諧波將被補(bǔ)償裝 置放大。電容器組與線(xiàn)路串聯(lián)諧振,使線(xiàn)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(bǔ)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(lái)組成諧波濾波器。 濾波器的設(shè)計(jì)要使在工頻情況下 呈容性,以對(duì)線(xiàn)路進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償,對(duì)于諧波則為感性負(fù)載,以吸收部分諧波電 流,改善線(xiàn)路的畸變率。增加電抗器后,要考慮電容端電壓升高的問(wèn)題。 濾波補(bǔ)償裝置即補(bǔ)償了無(wú)功損耗又改善了線(xiàn)路質(zhì)量,雖然成本提高較多, 但對(duì)于諧波成分較大的線(xiàn)路還是應(yīng)盡量考慮采用, 不能認(rèn)為裝置一時(shí)不出問(wèn)題 就認(rèn)為沒(méi)有問(wèn)題存在。很多情況下,采用五次、七次、十一次或