配電網(wǎng)中低壓無功補償裝置應(yīng)用經(jīng)驗
摘 要:通過對目前使用的不同方式的智能型低壓無功補償裝置的比較。以及對實際應(yīng)用中出現(xiàn)的部分問題進行初步分析,提出了對無功補償方案選擇及裝置的選擇建議。
在配網(wǎng)中,低壓無功補償對提高電能質(zhì)量,降低線路損失具有重要意義。得到了廣泛應(yīng)用。但無功補償裝置生產(chǎn)廠家眾多,用戶情況千差萬別,不同補償裝置的實際運行效果各不相同,給無功補償?shù)墓芾韼砹撕艽罄щy。結(jié)合實際應(yīng)用中出現(xiàn)的問題,就低壓無功補償裝置的三大部分投切開關(guān)、電容器、控制器,以及設(shè)計方案進行了簡單分析和總結(jié),提出了一些建議供大家共同探討。
1 投切開關(guān)
投切開關(guān)主要包括接觸器、雙向晶閘管、復(fù)合開關(guān)三種方式。
1.1 接觸器
接觸器是使用時間最長,應(yīng)用最廣泛的一種方式。相對于其他方式,其最大的優(yōu)點是價格便宜,因此應(yīng)用最為廣泛。但接觸器在投切電容器時,容易產(chǎn)生較大的涌流,燒毀接觸器的觸點,導(dǎo)致電容器損壞。
接觸器這種方式適用于負(fù)荷相對比較穩(wěn)定,功率因數(shù)變動頻率較低的無功補償,具有良好的效果。
1.2 雙向晶閘管構(gòu)成的無觸點開關(guān)
這種方式通過檢測電壓的過零點,在上下半波分別控制正反兩支晶閘管的通斷,來投切電容器組。由于是在過零點投人,因此避免了合閘涌流的沖擊,避免了電容器受到過電壓的沖擊。
但此種方式很大的一個問題是散熱。晶閘管在導(dǎo)通后理論上相當(dāng)于短路,需長時間通過額定電流,而實際上晶閘管是存在一個導(dǎo)通壓降 ,一般為1.5 V左右。以一個總補償量為160 kvar的補償柜為例。電容器分為8組,每20 kvar,則A相中流過的電流為52.6 A,每只晶閘管功耗為P=1.5×52.6=78.9 w,兩只晶閘管近160 w。相當(dāng)于點兩只80 w的燈泡。而晶閘管正常工作的殼溫不超過80℃ ,若長時間過熱,可導(dǎo)致晶閘管性能下降直至燒毀。因此必須加散熱器、風(fēng)扇以及溫控繼電器。但是,當(dāng)夏天室外溫度較高,配電室內(nèi)不通風(fēng),又有變壓器等發(fā)熱源時,裝置的環(huán)境溫度即有可能達到50℃ 以上,即便散熱也很難保證晶閘管溫升小于80℃。在加了散熱器、風(fēng)扇以及溫控回路后,需要的補償柜內(nèi)的安裝空間更大,裝配非常麻煩,可靠性也隨之降低。而且由于晶閘管投切時會產(chǎn)生諧波電流,引起系統(tǒng)諧振后還會被放大,導(dǎo)致晶閘管損壞。
因此,對于類似戶外公變或?qū)W兿碌臒o功補償柜,以及散熱不好的配電室內(nèi),盡量不要安裝這種雙向晶閘管構(gòu)成的無觸點開關(guān)。
1.3 復(fù)合開關(guān)
這是一種融合了接觸器和雙向晶閘管優(yōu)點的新型電容器投切開關(guān)。將接觸器和雙向晶閘管并聯(lián)在一起。其工作原理為利用晶閘管的快速特性作為投切開關(guān),而接觸器則作為電流持續(xù)通過時的開關(guān)。在需要投入電容器組時,先由晶閘管在電壓過零時投入,防止合閘涌流的產(chǎn)生,然后再投入接觸器,使其處于同晶閘管并聯(lián)工作的狀態(tài);當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定后再將晶閘管退出,由接觸器承受運行電流;在需要退出電容器組時,先將晶閘管導(dǎo)通,使其處于同交流接觸器并聯(lián)工作的狀態(tài);接著使交流接觸器斷開退出工作,電容器與電網(wǎng)的連通作用短時內(nèi)由晶閘管獨立承擔(dān);最后切除品閘管的觸發(fā)信號,使晶閘管在電流過零時自然關(guān)斷。
使用雙向晶閘管構(gòu)成的無觸點開關(guān)和復(fù)合開關(guān)的補償裝置,由于是采用過零投切,因此使用這兩種方式的補償裝置電容器損壞的幾率較小。對于諧波較重的場合,為防止諧振,若要使用復(fù)合開關(guān),應(yīng)先考慮濾波。
為保證晶閘管的使用安全,通常晶閘管選取的VRSM反向峰值電壓和, 通態(tài)電流至少是它所承受的系統(tǒng)額定電壓和電流的2.5倍,甚至還要高。當(dāng)然也要受成本的限制,雙向晶閘管構(gòu)成的無觸點開關(guān)和復(fù)合開關(guān)的價格通常是接觸器的3—4.5倍。若參數(shù)再選高,則成本又會急劇增加。
2 電容器
2.1 自愈式并聯(lián)電容器結(jié)構(gòu)特性
目前使用的電容器大都為自愈式并聯(lián)電容器。這類電容器采用金屬化聚丙烯薄膜繞卷而成。這種材料使得電容器在被擊穿短路后,能利用短路產(chǎn)生的熱量將周圍的金屬層熔化蒸發(fā),使絕緣特性很快得以恢復(fù),電容器能夠繼續(xù)使用。即具有自愈功能。
實際應(yīng)用中,采用三相角形聯(lián)結(jié)并一體化封裝的結(jié)構(gòu)電容器比較常見。三相角形聯(lián)結(jié)便于自動濾除三次諧波,一體化封裝則便于安裝。這類電容器兩端通常會并聯(lián)一只小電阻,作為電容器的放電回路。要求在電源斷開后30S,電容器兩端電壓小于65 V。另外還可裝設(shè)壓力保險,防止爆炸。
但事實上電容器損壞還是較多,甚至引起事故擴大。其主要原因在于電容器投切時產(chǎn)生的過電壓、過電流以及溫度等。而產(chǎn)生過壓過流的原因則是電容器的投切時間和頻繁動作。
2.2 電容器使用壽命
對于使用接觸器作為投切開關(guān)的無功補償裝置,不宜頻繁進行電容器的投切。否則,投切時所產(chǎn)生的過電壓和沖擊電流將對電容器造成危害,縮短使用壽命。
一般認(rèn)為,電壓升高10% ,自愈式金屬化并聯(lián)電容器壽命降低一半。具體可用下式表示:
式中:U0—— 額定電壓;
r—— 額定電壓下的使用壽命;
U— — 實際施加電壓;
r0—— 過電壓下的使用壽命;
α—— 常數(shù),一般取7—9。
而且投入電容器所產(chǎn)生的過電壓,雖然是瞬時的,但對絕緣介質(zhì)的影響卻能夠累積。
3 智能無功控制器
智能無功控制器的作用是采集相關(guān)的電壓、電流,依照一定的控制策略,通過投切電容器組以實現(xiàn)控制目標(biāo)。通常的控制目標(biāo)為:功率因數(shù)、電壓、無功功率或無功電流。大多數(shù)廠家產(chǎn)品的控制目標(biāo)一項可通過定值設(shè)定,也可同時設(shè)定功率因數(shù)、電壓。
控制器應(yīng)盡量滿足DL/T597—1996((低壓無功補償控制器訂貨技術(shù)條件》、JB/T9663《低壓無功功率自動補償控制器》等推薦標(biāo)準(zhǔn)中的各項要求。在實際應(yīng)用中,根據(jù)用戶情況以下功能應(yīng)重點考濾。
3.1 過壓、過流的保護功能
電壓、電流越限定值可設(shè)定。在電壓、電流越限時可斷開電容器。這樣可避免電容器受到?jīng)_擊,過早損壞。若具有諧波超標(biāo)保護功能,則能避免諧振的影響,對電容器也會起到很好的保護。另外,投切時間的設(shè)置應(yīng)能滿足電容器完全放電的時間要求。
當(dāng)然,若元件損壞的損失小于無功補償不夠的損失另當(dāng)別論。
3.2 輕載自動識別
對于負(fù)載很輕的時候,很可能投入一組電容器就過補,退出就欠補,形成振蕩投切??刂破鲬?yīng)能很容易地解決此問題。用戶也可視情況通過改小電容器容量。設(shè)置目標(biāo)功率因數(shù)來解決。
3.3 電流判相功能
由于電流互感器的電流接線會影響裝置對功率方向的判斷,為方便接線及設(shè)備維護,控制器應(yīng)能自動識別電流方向。
3.4 電磁兼容性能強
由于處于典型的工業(yè)環(huán)境中,智能無功控制器應(yīng)完成靜電干擾、快速瞬變脈沖群抗干擾、浪涌等電磁兼容型式試驗項目,試驗等級應(yīng)為3級。在無功補償柜集中招標(biāo)中,對控制器應(yīng)明確提出此要求。
對于直接暴露于大容量變壓器等強電磁干擾環(huán)境中的控制器若出現(xiàn)顯示花屏、無故復(fù)位等問題時,有理由懷疑為電磁干擾。可考慮更換控制器,增加屏蔽或在裝置電源回路中串人濾波器等措施來解決。
4 方案設(shè)計
在低壓無功補償方案設(shè)計中,應(yīng)對用戶的負(fù)荷情況進行仔細(xì)分析研究,尤其是對工況特殊的用戶。裝置選擇上應(yīng)遵循技術(shù)可靠,運行業(yè)績良好,經(jīng)濟適用的原則?,F(xiàn)舉兩個實例予以說明。
4.1 一紡織廠進行無功補償改造
變壓器容量為315 kVA,補償容量為8組25 kvar。最初采用雙向晶閘管構(gòu)成的無觸點開關(guān)。使用不到三個月即發(fā)現(xiàn)晶閘管損壞。在對元件進行更換后不到2個月,再次發(fā)生晶閘管大面積損壞。調(diào)查中發(fā)現(xiàn),用戶負(fù)荷中5次諧波電流占總電流12.6% ,嚴(yán)重時電容會發(fā)生尖叫。.諧波源來自于廠內(nèi)的織機。懷疑為諧波引發(fā)諧振導(dǎo)致晶閘管損壞。
后晶閘管送廠家檢驗后也證明為過電流損壞。向用戶推薦加裝濾波裝置,但用戶認(rèn)為一次性投資太大,不予采納,寧愿接受每月罰款和元件更換。后再次對無功補償柜改造,將雙向晶閘管構(gòu)成的無觸點開關(guān)改為接觸器。改造后也曾出現(xiàn)接觸器觸點燒毀,電容器損壞等情況,但相比晶閘管損壞頻率降低。
4.2 一電機生產(chǎn)廠搬遷用電改造
原變壓器容量為315 kVA,補償容量為15 kvar固定補償,8組25 kvar循環(huán)投切,采用接觸器投切。后變壓器容量改為500 kVA,無功補償未變,計量表計改為三相三線電子式多功能電能表。結(jié)果發(fā)現(xiàn)倒送無功,功率因素僅0.36。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn),廠內(nèi)現(xiàn)僅余辦公負(fù)荷,無其他生活用電15 kvar。
固定補償容量太大,因為老的計量表是止逆的,即便有無功倒送也不能發(fā)現(xiàn)。新表則表示得很清楚。將固定補償容量改為5 kvar后正常。
5 結(jié)語
無功補償中,要想經(jīng)濟可靠地完成補償,方案設(shè)計具有重要作用,但需要對用戶的實際情況進行詳細(xì)分析,針對具體工況選擇適當(dāng)?shù)难b置。在使用方式確定后,裝置生產(chǎn)廠家都能制定參數(shù)明確的技術(shù)方案,對同類產(chǎn)品綜合比較后應(yīng)能得到較好的達到補償效果,實現(xiàn)最大的綜合經(jīng)濟效益。