低壓就地動態(tài)無功補償

1、公司公司徽標徽標 中冶南方工程技術(shù)有限公司自動化室齊春玲2005.07.142005.07.142低壓就地動態(tài)無功補償?shù)蛪壕偷貏討B(tài)無功補償在吊車群供電中的應(yīng)用探討在吊車群供電中的應(yīng)用探討 摘要摘要對某鋼廠擴建改造工程有關(guān)吊車供 電系統(tǒng)改造方 案展開討論，為使改造工程量降到最小，節(jié)省投資，供電變壓器滿足增容需要，提高電網(wǎng)功率因素，提出在滑觸線供電處采用就地動態(tài)無功補償裝置，TSC的設(shè)計方案。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞TSC就地就地動態(tài)無功補償2005.07.143 1.問題的提出問題的提出 某工程吊車供電系統(tǒng)改造中，因后續(xù)吊車負荷增加較大，且不可能增加變壓器容量和臺數(shù)，就必然面臨變壓器供電能力不足的問題。因

2、此，采用了增加就地動態(tài)無功補償裝置，提高功率因素的方案，以擴大變壓器供電的能力。 改造前吊車供電系統(tǒng)負荷計算，見表一:一期工程吊車負荷計算 Pjs (kW) Qjs (kvar) Sjs (kVA) Cos Ijs (A) 總負荷計算 2612 452052200.57941鋼水接收跨 1193206423830.53626加料跨 784135615660.52382表一2005.07.144 由上表負荷計算結(jié)果和負荷性質(zhì)，考慮到主廠房吊車供電要求的高可靠性，采用了變壓器相互備用的方案，具體見下圖一。吊車供配電圖 圖一2005.07.145 新建的二期工程，引起加料跨及鋼水接收跨吊車臺數(shù)和容量

3、增加很多,根據(jù)廠家提供的參考資料,我們對吊車供電系統(tǒng)進行了計算：見表二:二期工程負荷計算 Pjs (kW) Qjs (kvar) Sjs (kVA) Cos Ijs (A) 總負荷計算 3853 666476970.511709鋼水接收跨 1497258929900.54549加料跨 1722297934410.55233表二 2005.07.146 根據(jù)表二可知 ，原供電方案已完全不能滿足要求。主要存在的問題為：由于擴容，變壓器容量不夠；由于變壓器供電線路電流增大，引起有功和無功損耗增加。 由上述數(shù)據(jù)可知，擴容后原供電變壓器3X2500kVA及配電開關(guān)及下級配電開關(guān)和滑觸線均不能滿足擴容后供

4、電要求。 照此，原供電變壓器及低壓配電柜及滑觸線全部要改造，重新設(shè)計，而且變壓器容量要加大到4000kVA以上，這樣，開關(guān)的短路容量要求更高，供電電纜更多，滑觸線全部更換，施工難度更大，從而改造費用巨大，停產(chǎn)時間長。 根據(jù)負荷計算結(jié)果，也曾考慮過在電氣室采用低壓側(cè)無功補償方案，由于電氣室空間限制和投資的限制，也曾考慮加大變壓器容量的方案。但變壓器容量已選最大，無法再擴容。 為了既保證變壓器總輸出容量不增加，又解決新增設(shè)備的供電需要，經(jīng)過多方比較、論證，最后決定采用低壓就地動態(tài)無功補償方案。 2.2.無功補償?shù)淖饔眉靶阅軣o功補償?shù)淖饔眉靶阅?提高功率因素，減少供電線路的輸入的無功功率，充分發(fā)揮現(xiàn)

5、有變壓器容量。 3.無功功率補償技術(shù)的現(xiàn)狀無功功率補償技術(shù)的現(xiàn)狀 目前，國內(nèi)電網(wǎng)采用的電容補償技術(shù)主要是集中補償與就地補償技術(shù)。下面是幾種常用的補償裝置。2005.07.147 3.1同步調(diào)相機同步調(diào)相機 早期的無功功率補償裝置主要為同步調(diào)相機，多為高壓側(cè)集中補償。它是專門用來產(chǎn)生無功功率的同步電機，在過勵磁或欠勵磁的情況下，能夠分別發(fā)出不同大小的容性或感性無功功率。自20世紀2、30年代以來的幾十年中，同步調(diào)相機在電力系統(tǒng)中作為有源的無功補償曾一度發(fā)揮著主要作用，所以被稱為傳統(tǒng)的無功動態(tài)補償裝置。然而，由于它是旋轉(zhuǎn)電機，運行中的損耗和噪聲都比較大，運行維護復(fù)雜，而且響應(yīng)速度慢，難以滿足快速動

6、態(tài)補償?shù)囊蟆?3.2.靜止補償裝置靜止補償裝置 靜止補償器的基本作用是連續(xù)而迅速地控制無功功率，即以快速的響應(yīng)，通過發(fā)出或吸收無功功率來控制它所連接的輸電系統(tǒng)的節(jié)點電壓。靜止補償器由于其價格較低、維護簡單、工作可靠，在國內(nèi)仍是主流補償裝置。靜止補償器(SVC)先后出現(xiàn)過不少類型，目前來看，有發(fā)展前途的主要有直流助磁飽和電抗器型、可控硅控制電抗器型和自飽和電抗器型3種。飽和電抗器比之同步調(diào)相機具有靜止、響應(yīng)速度快等優(yōu)點；但其鐵芯需磁化到飽和狀態(tài)，因而損耗和噪聲還是很大，而且存在非線性電路的一些特殊問題，又不能分相調(diào)節(jié)以補償負荷的不平衡，所以未能占據(jù)主流。2005.07.148 電力電子技術(shù)的發(fā)

7、展及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，將晶閘管的靜止無功補償裝置推上了無功補償?shù)奈枧_。靜止無功補償裝置(SVC)成了專指使用晶閘管的靜止無功補償裝置，包括晶閘管控制電抗(Thyristor ontrolled Reactor-TCR)和晶閘管投切電容(Thyistor Switched Capactor-TSC)，以及這兩者的混合裝置(TCR+TSC)，或者TCR與固定電容器(Fixed Capacitor-FC)或機械投切電容(Mechanically Switched Capacitor-MSC)混合使用的裝置(即TCR+FC、TCR+MS等。 TCR+FC型SVC全稱如下： 2005.07.149

8、SVC的調(diào)節(jié)器自動跟蹤負荷（具有嚴重沖擊無功功率）的工作狀態(tài)，發(fā)出與沖擊負荷相關(guān)的TCR晶閘閥的觸發(fā)脈沖。不同的觸發(fā)角，改變了TCR主抗器的電流量，從而改變了TCR回路的感性無功率量。通 過TCR回路的感性無功功率的跟隨作用，使用戶流入電網(wǎng)的無功功率趨于零（或一定值）由于晶閘管閥及電子設(shè)備的動態(tài)響應(yīng)很快，即實現(xiàn)了動態(tài)補償?shù)墓δ?。圖1：TCR+FC型SVC主回路接線圖 2005.07.1410 實際上，由斷路器(電磁型交流接觸器)操作的電容器和電抗器在電網(wǎng)中正在大量使用，可以說這種補償技術(shù)是靜態(tài)的，因為它不能及時響應(yīng)無功功率的波動。這種裝置以電磁型交流接觸器為投切開關(guān)，由于受電容器承受涌流能力、

9、放電時間及電容器分級以及接觸器操作頻率、使用壽命等因素制約，因而無法避免以下不足： (1)補償是有級的、定時的，因而補償精度差，跟隨性不強，不能適應(yīng)負荷變化快的場合；受交流接觸器操作頻率及壽命的限制，靜態(tài)補償裝置一般均設(shè)有投切延時功能，其延時時間一般為30s。對一般穩(wěn)定負荷，即負荷變化周期大于30s的負荷，這類補償裝置是有效的，但對一些變化較快的負荷，如電梯、起重、電焊等，這類補償裝置就無法進行跟蹤補償。 (2)對波動負載不能及時響應(yīng)，易產(chǎn)生過補和欠補，例如對大型電動機啟動過程無法補償，造成網(wǎng)壓動態(tài)下降。 (3)不能做到無涌流投入電容器，對于接觸器加電抗器方案，增加損耗較大，對于容性接觸器方案

10、，事故率較大，對金屬化電容器的使用壽命影響很大；目前，低壓電力電容器以金屬化自愈式電容器為主，這種電容器的引線噴金屬端面對涌流承受能力有限，因此，涌流的大小及次數(shù)是影響電容器使用壽命的主要因素。 2005.07.1411 (4)運行噪聲較大 (5)由于控制部分的負載是接觸器的線圈，在投切過程中，造成火花干擾，影響補償裝置的可靠性和使用壽命。 (6)在產(chǎn)生過補償時會造成網(wǎng)壓升高損壞用電設(shè)備。 針對上述問題，基于智能控制策略的TSC補償裝置正在引起關(guān)注。 TSC的基本結(jié)構(gòu)如圖所示。事實上，如果能夠進行動態(tài)無功功率補償則能夠克服以上不足。 將微處理器用于TSC，可以完成復(fù)雜的檢測和控制任務(wù)，從而使動

11、態(tài)補償無功功率成為可能?；谥悄芸刂撇呗缘腡SC補償裝置的核心部件是控制器，由它完成無功功率(功率因數(shù))的測量及分析，進而控制無觸點開關(guān)的投切，同時還可完成過壓、欠壓、功率因數(shù)等參數(shù)的存貯和顯示。 3.3 TSC補償原理補償原理 微機控制無功補償裝置主要由控制器、觸發(fā)器和投切電容器電路組成(見控制原理圖二)。微機控制器將電壓、電流功率信號采集，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路經(jīng)微機接口輸入，微機經(jīng)過數(shù)據(jù)運算處理后輸出驅(qū)動觸發(fā)器。 補償裝置由若干路三角形連接的L-C串聯(lián)諧波濾波器組成，諧波濾波器對50Hz基波呈容性，用來抵銷負載產(chǎn)生的感性無功功率；諧波濾波器對要濾除的諧波呈很小的感抗(一般為變壓器諧波漏抗的1

12、0以下)，使負載產(chǎn)生的諧波90以上流入濾波器，而不通過變壓器流入電網(wǎng)。反并聯(lián)的兩只晶閘管作為電子開關(guān)控制濾波器投入或退出電網(wǎng)。 2005.07.1412控制原理圖二2005.07.1413 當負荷運行時，在電網(wǎng)和負荷之間就有無功電流流過，這時補償裝置的無功計算單元將電流互感器檢測到的電網(wǎng)的感性無功電流進行計算，得到相間投入的單位電容數(shù)nab2005.07.1414 式中Uab、Ubc、Uca為電網(wǎng)線電壓有效值；I”ab、I”bc、I”ca為三相補償電流有效值；Xc為每個電容器50Hz時的容抗。 無功計算單元計算出需要投入的電容量后立即向微機控制單元發(fā)出相應(yīng)補償投入命令；微機控制單元根據(jù)投切管理

13、單元發(fā)出的投入命令；在電壓過零點時將相應(yīng)補償單元的晶閘管導(dǎo)通，投入相應(yīng)的容性無功電流，抵銷感性無功，減少感性無功對電網(wǎng)的占用，提高電網(wǎng)供電能力。同時，為了濾除諧波電流，補償裝置設(shè)計為濾波器電路。(即LC電路)，有針對性地消除各高次諧波。 TSCTSC裝置主要特點裝置主要特點: : 1)補償裝置動態(tài)響應(yīng)時間為15ms，投切時間10ms。 2)TSC控制，電流過零點投切，補償電容入網(wǎng)、退網(wǎng)時電流均為正弦變化，對電網(wǎng)無沖擊。 3)可靠性提高。 TSC低壓就地?zé)o功動態(tài)補償裝置的微機控制單元（結(jié)構(gòu)如圖四）采用按無功功率投切電容器組的補償原理，只需一次到位，大大減少了開關(guān)動作次數(shù)。這種控制克服了按功率因素

14、投切電容器組所帶來的不利因素。通常按功率因素投切電容器組需要多次投切才能找到合適的補償容量，開關(guān)動作次數(shù)多，影響了電容器的使用壽命，同時還不能保證電壓合格率。 2005.07.1415 該裝置應(yīng)用的補償技術(shù)不需附加緩沖電感，可控硅以10ms速率直接將電容器投入電網(wǎng)，降低了補償裝置成本。而且，在電網(wǎng)電壓高低不同時可采用不同的補償算法，以確保不發(fā)生欠補償和過補償產(chǎn)生的電網(wǎng)電壓升高。 因此，低壓用戶就地補償從降低線路損耗和用戶變壓器增容方面來看，都比高壓補償效益明顯。 2005.07.14164.無功補償方案的選擇無功補償方案的選擇由于主廠房吊車負載存在功率因素低的特點,主要按以下幾點確定選擇方案：

15、能采用就地補償?shù)牡胤奖M量選用就地補償方案、就地平衡負載無功功率，以消除無功功率對供電系統(tǒng)的影響，使整個供配電設(shè)施都以較小電流供電，從而損耗最??； 選用動態(tài)補償方式補償無功功率，動態(tài)跟隨負載無功功率變化，不僅可以使供電電流減小，獲得較大的經(jīng)濟效益，而且從根本上消除了靜態(tài)濾波器補償時網(wǎng)壓過高和過低對設(shè)備損壞問題。 選用TSC(晶閘管投切電容器)補償方式，吊車供電負載屬于感性負載，采用可變的容性無功直接進行補償?；谝陨蠋c，具有諧波治理功能的TSC就地動態(tài)無功補償方案是本工程無功補償方案的理想選擇。2005.07.1417 4.1無功補償?shù)攸c的確立無功補償?shù)攸c的確立 4.1.1高壓側(cè)補償高壓側(cè)補償

16、若采用高壓側(cè)補償,則從10kV變電站到用戶的電流不會大幅度降低，而這一部分恰好是大電流，其損耗占整體電網(wǎng)的絕大部分比例，因此，對于大多數(shù)用戶僅采用這種補償方式來節(jié)省線路有功損耗，其比例是十分有限的，僅從高壓側(cè)進行補償只能減少從發(fā)電廠到10kV變電站之間的電流，而從10kV變電站到用戶的電流則不會減少4.1.2低壓側(cè)補償?shù)蛪簜?cè)補償 1 1）安裝在電氣室變壓器二次側(cè)水平母線上）安裝在電氣室變壓器二次側(cè)水平母線上 可減少動力變壓器電力損耗，但配出線路及配出饋電開關(guān)及摩電道全部要改。改造范圍大，投資多。 2 2）安裝在吊車上直接與電動機并聯(lián)）安裝在吊車上直接與電動機并聯(lián) 這種方式補償效果最佳，但投資最

17、貴，而且現(xiàn)場環(huán)境惡劣，且安裝、維修困難。 3 3）安裝在現(xiàn)場滑觸線摩電道電源供電處）安裝在現(xiàn)場滑觸線摩電道電源供電處 現(xiàn)場將按照滑觸線電源供電點數(shù)量增加控制室以安裝無功補償柜，從而減少線路損耗。而且環(huán)境比較好，容易維護保養(yǎng)。改造范圍較小，已實施就是此種方案。 無功補償裝置的位置布置示意圖見圖五。2005.07.14182005.07.1419 上述用戶側(cè)就地補償方式可以使補償在以前的整個線路的電流下降，補償點越接近用電負載，其節(jié)電效果就越顯著。 因此無功功率補償不應(yīng)僅僅局限于高壓側(cè)進行補償，同時應(yīng)在用戶側(cè)進行就地補償。 4.2.4.2.吊車無功補償量的計算吊車無功補償量的計算 補償量的確定原則

18、補償量的確定原則 ： 功率因素達到0.92以上，裝置運行中不會出現(xiàn)過補、欠補，且個別電容器損壞后仍能保證正常運行。 需補償?shù)臒o功功率補償量為: Qc=P30qc Qc-需要補償?shù)臒o功容量 -平均負荷系數(shù)取0.70.8 P30-總計算負荷 kW qc-補償率 kvar/kW根據(jù)以上公式可計算出需補償?shù)臒o功功率及所需補償裝置，將現(xiàn)供電的功率因數(shù)由0.5提高到0.92，計算結(jié)果見下表三： 2005.07.1420 5 .結(jié)論結(jié)論 根據(jù)表一表三及上述計算和分析，得出結(jié)論:增加TSC就地低壓動態(tài)無功補償后，利用TSC就地?zé)o功補償裝置產(chǎn)生的容性無功電流快速、準確地抵消電網(wǎng)中的感性無功電流，從而提高了功率因素，保證了供電質(zhì)量，提高供電設(shè)備的供電能力。原供電