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低压无功功率补偿装置的设计选用

作者: 发布时间:2020-01-20 14:35:38 阅读: 39 次

摘要:本文根据在公司多年的设计制造及现场事故分析经验对如何合理选择无功功率补偿装置作了探讨。

关键词:无功功率 补偿装置  设计选用

1、引言

由于电网中大量非线性负载的使用,造成了系统电压升降、电能损失、功率因数降低、谐波干扰等问题,严重危及电力系统的安全经济运行。“十二五”规划明确指出,将“依托信息、控制和储能等先进技术,推进智能电网建设”,而电能质量和功率因数是智能电网的重要因素。世界各国对电力用户的用电功率因数都有要求,并按功率因数的高低给予奖惩。因此,合理选用无功功率补偿装置对电力系统有着重要的意义。

2、补偿原理

造成功率因数低的主要原因是电网中的感性负荷,其无功电流相位滞后电压90度,由于容性负荷的无功电流相位超前电压90度,与感性无功电流的相位差180度,因此可用容性无功电流抵消感性无功电流,缩小功率因数角。一般情况下,可用电容器来补偿负荷产生的无功电流。电容器价格便宜,易于安装,到目前为止仍是我国主要的无功补偿器件。

3、无功功率补偿方式的选择

根据投切容量的变化可分为稳态补偿和动态补偿。稳态补偿主要是安装固定容量补偿负载变化相对稳定的补偿方式,多采用并联电容器进行。将电容器组与负载并接,同时投切。优点:投资和线路损耗减少、安装容易、维护简单、故障率低等。

动态补偿则根据负载的变化随时切换补偿量进行补偿,动态补偿装置用于急剧变动的冲击负荷,如炼钢炉等,主要由补偿器件电抗器和电容器、控制器、投切开关等组成,控制器采集电网的电压、电流量等参数,进行运算,再根据参数设定值发出投切指令。投切开关器件主要有一代普通交流接触器、二代电力电子元件(如晶闸管、绝缘栅双极型晶体管)、三代复合开关(将可控硅与接触器并接)。电力电子元件控制,应用较广泛 。复合开关具有可控硅过零投切的优点,又具有接触器无功耗的优点,是较先进的控制方式[1][2]。投切开关参数选择应遵守《低压并联电容器装置使用技术条件》(DL/T 842-2003)标准的规定,否则很易损坏。该标准规定: 对于半导体开关电器和复合开关电器,额定电流(有效值)应不小于2.5倍单组电容器额定电流选取。机械开关电器额定电流额定电流(有效值)应不小于2倍单组电容器额定电流选取。

并联电容器装置的设备选型应遵守《并联电容器装置设计规范》GB5022795的要求,根据电网谐波水平、补偿容量及扩建规划等因素进行确定。

    施耐德公司针对低压配电系统中的谐波污染程度的不同,提供了不同的无功补偿方案,根据如下公式选择:a= Gh /Sn a—谐波污染率,Sn—变压器视在功率,Gh—产生谐波设备的视在功率(整流/变频、中/高频、电弧炉、电焊机等)[3]。   

a<15%时,选择标准型的电容补偿方案,电容器组的设计电压与电网工作电压同一等级。

15%a <25%, 选择过谐型的电容补偿方案,电容器组的设计电压高于电网工作电压一个等级。

25%a<50%时,选择调谐型的电容补偿方案时,选用高于电网工作电压一个等级的电容器组和调谐电抗器组合方式。

a50%时,使用动态无功补偿及谐波治理综合装置。

4、补偿容量的一般计算方法

采用并联电容进行补偿时,其电容量可由下式确定:

Q=Pmaxtanφ1tanφ2

Q为补偿无功容量; Pmax为企业负载的更大有功功率计算值;φ1为补偿前的功率因数角,由补偿前某段时间(如两个月)的有功电表读数WP和无功电表读数WQ求得:φ1= arcos(WP/);φ2为补偿后的功率因数角,按电力部门的要求确定,一般可取0.9~0.95

如某企业负荷的更大有功功率的计算值Pmax=800 kw,企业在某一个月的有功表读数WP=7700 kwh、无功表读数WQ=5830kvarh,补偿后的功率因数取0.93,其补偿容量的计算如下:

1)计算补偿前和补偿后的功率因数角

Cosφ1= WP/=7700/9658=0.8,φ1= arcos0.8=36.7,φ2= arcos0.93=21.6

2) 计算补偿无功容量

Q=Pmaxtanφ1tanφ2=800×(tan36.7tan21.6=279.9 kvar

3) 补偿容量的修正

由于电容器的补偿容量与其额定电压的平方成正比,系统的运行电压比所选用的电容器额定电压会低,需按下式进行修正。

     QCUN电容2/UN系统2×Qc      QC为修正后的补偿容量

         假如:UN电容=0.415kvUN系统=0.38kv

         那么:Qc=(0.415/0.382×279.9333 kvar

4)确定电容器组数及每组容量

假如每组按qN30 kvar,则需安装的电容器组数:n=QN/qN333/30=11

以上容量是该企业的无功更大补偿量,实际运行中由控制系统根据负荷变化进行自动投切。低压并联电容器装置一般采用自动投切,自动投切的控制量可选用无功功率、电压、时间、功率因数等参数。

4结语

无功补偿是电网优质、安全、经济运行的一项重要技术措施。本文重点对电容补偿的容量计算、容量修正、补偿方式选择进行了探讨,并通过大量的工程验证了实效性,仅供同行们在以后的设计中参考。

参考文献:

[1]田艳兵. 矿山井下供电系统无功功率因数与节能[J.煤矿机械,2010,06

[2]吴忠标,陈国欣. 浅析低压无功补偿装置现状和发展[J.自动化博览,2005,S2

[3]施耐德电气(中国)有限公司,低压配电产品造型手册  2003