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江蘇安科瑞電器制造有限公司
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ANSVC無功補(bǔ)償裝置助力江蘇某環(huán)保能源項(xiàng)目

時(shí)間:2022/7/18閱讀:441
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摘要:根據(jù)無功補(bǔ)償原理,解決功率因數(shù)偏低的問題,結(jié)合該環(huán)保能源公司用電質(zhì)量的現(xiàn)狀,提出無功補(bǔ)償解決方案,實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)考察負(fù)載用電總結(jié)無功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)選型、安裝及注意事項(xiàng)。ANSVC無功補(bǔ)償裝置由自愈式并聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器、投切開關(guān)、低壓無功補(bǔ)償控制器組成,能實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)中的無功需量,進(jìn)行無功補(bǔ)償,從而提高功率因數(shù),減少電費(fèi)支出。

1、原理分析

1.1在交流電路中,由電源供給負(fù)載的電功率有兩種;一種是有功功率,一種是無功功率。

有功功率:正常運(yùn)行所需的電功率,也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量(機(jī)械能、光能、熱能)的電功率。

無功功率:比較抽象,它是用于電路內(nèi)電場(chǎng)與磁場(chǎng)的交換,并用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場(chǎng)的電功率。它不對(duì)外作功,而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰俊7彩怯须姶啪€圈的電氣設(shè)備,要建立磁場(chǎng),就要消耗無功功率。比如40瓦的日光燈,除需40多瓦有功功率(鎮(zhèn)流器也需消耗一部分有功功率)來發(fā)光外,還需80乏左右的無功功率供鎮(zhèn)流器的線圈建立交變磁場(chǎng)用。由于它不對(duì)外做功,才被稱之為“無功"。

Q:無功功率(Kvar),S:視在功率(KVA),P:有功功率(Kw),PF:功率因數(shù)

1.2無功功率偏低的不良影響:

  1. 降低發(fā)電機(jī)有功功率的輸出

  2. 降低輸電、變電設(shè)備的供電能力

  3. 線路損失加大和電能損耗增加

  4. 功率因數(shù)下降,電費(fèi)增收,成本增加

  5. 使電氣設(shè)備得不到充分發(fā)揮

1.3并聯(lián)電容器無功補(bǔ)償原理:

如圖1,將并聯(lián)電容器C與變壓器或負(fù)載并聯(lián),則變壓器或負(fù)載所需要的無功功率全部或部分由并聯(lián)電容器供給,即并聯(lián)電容器發(fā)出的容性無功可以補(bǔ)償負(fù)載所消耗的無功。

如圖2,當(dāng)未接電容C時(shí),流過電感L的電流為IL,,流過電阻R的電流為IR,電源供給的電流為I1,I1=IR+jIL,此時(shí)相位角為Φ1,功率因數(shù)為COSΦ1;并聯(lián)接入電容C后,由于電容電流IC與電感電流IL方向相反,使得電源供給電流由I1減小為I2,I2=IR+j(IL-IC),相角由Φ1減小到Φ2,功率因數(shù)由COSΦ1提高到COSΦ2。



圖1 圖2

在純電容無功補(bǔ)償中,電容器本身阻抗是容性的,隨著諧波頻率的提高,電容器的容抗會(huì)明顯減小,使得諧波被電容器放大,從而疊加在補(bǔ)償電流上,使電流合理值顯著增加,電容器由于諧波電流的加大產(chǎn)生溫度過高、絕緣老化、鼓包等問題。且諧波電流放大引發(fā)諧波電壓加大,一旦疊加到電容器的電壓上,也會(huì)使電壓合理值增加,電壓峰值增加,從而引起電容器產(chǎn)生局部放電且不能熄滅,這也是電容器鼓包損壞的一個(gè)重要因素。在大多數(shù)的低壓電力系統(tǒng)中,諧波會(huì)對(duì)電容柜產(chǎn)生較大的影響。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用總比較常見的有變頻設(shè)備數(shù)量較多、容量較大,變頻器前端沒有進(jìn)線電抗器,相互之間會(huì)產(chǎn)生諧振,從而引起電容器經(jīng)常出現(xiàn)鼓包發(fā)熱等情況。

通過在低壓電力電容器中串聯(lián)合理配置的電抗器,進(jìn)行諧波控制。電容器的容抗值為1/ωC;在電路中串聯(lián)對(duì)應(yīng)的電抗器,該電抗器感抗為ωL,則電容器與電抗器會(huì)在某一頻率下具有確定的阻抗,從而實(shí)現(xiàn)在該頻率下諧波控制。

電抗率的定義為:LC串聯(lián)回路中,在基波頻率下感抗和容抗的比值,即XL/XC,電抗率一般為6%、7%、12.5%、14%,電抗系數(shù)對(duì)應(yīng)的諧振頻率如下表1所示。若使用6%電抗器,諧振點(diǎn)頻率為204Hz,遠(yuǎn)離5次諧波諧振點(diǎn),但靠近4次諧波諧振點(diǎn)200Hz,例如,三相6脈沖的變頻設(shè)備,如果其中有一只晶閘管損壞,則會(huì)變成相當(dāng)于5脈沖設(shè)備,因此將會(huì)產(chǎn)生4次諧波。 若使用7%電抗器,諧振點(diǎn)頻率為189Hz,遠(yuǎn)離5次諧波諧振點(diǎn),則諧波分流流入的少,可更好的保護(hù)電容器,7%電抗是常用的安全補(bǔ)償方式。12.5%電抗器諧振點(diǎn)頻率為141Hz,接近3次諧振點(diǎn)150Hz,易產(chǎn)生諧振,影響電容器正常使用。14%電抗器諧振點(diǎn)頻率為134Hz,遠(yuǎn)離3次諧振點(diǎn)150Hz,14%電抗相較于12.5%更加安全可靠。7%電抗控制5、7次以上諧波,14%電抗控制3次以上諧波。

電抗率頻率
6%204Hz
7%189Hz
12.5%141Hz
14134Hz

當(dāng)無功補(bǔ)償中有電抗進(jìn)行諧波控制,電容器的容量不能按標(biāo)稱值進(jìn)行補(bǔ)償,考慮到電容器的耐壓值,諧波控制式無功補(bǔ)償在應(yīng)用過程中會(huì)出現(xiàn)電容器降容的問題。由于電網(wǎng)電壓本身的波動(dòng)及由于電抗器和電容器串聯(lián)后,電容器端子間電壓被抬高,電抗率7%的無功補(bǔ)償電容器耐壓值一般為480V;電抗率14的無功補(bǔ)償電容器耐壓值為525V。以在400V系統(tǒng)中7%電抗率電容電抗額定電壓為480V,額定補(bǔ)償容量為50Kvar為例,額定補(bǔ)償電流為60.1A,而實(shí)際補(bǔ)償電流計(jì)算為53.9A,電容會(huì)由于電壓差而降容,裝機(jī)容量50Kvar,而實(shí)際容量只有37.5Kvar。



2、項(xiàng)目概述

江蘇某環(huán)保能源公司,占地面積約16.6公頃,項(xiàng)目一期建設(shè)4條日處理500噸的焚燒線,2臺(tái)18MW的汽輪發(fā)電機(jī)組,生活垃圾焚燒能力為2000噸/天,年發(fā)電量2.72億千瓦時(shí)以上。現(xiàn)有多套新建2000KVA變壓器需配套兩電容補(bǔ)償柜,柜子尺寸為寬1000*深1000*高2200,主要負(fù)載為電動(dòng)機(jī)、辦公用電、照明等。

3、解決方案

變壓器容量為2000KVA,負(fù)荷率為0.8左右,預(yù)估電容柜裝機(jī)容量為兩套300Kvar,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境預(yù)估為3、5、7次諧波為主,諧波主要影響電容正常工作,容易發(fā)熱、鼓包等,需配套14%電抗率的電抗器使用,電抗器主要功能為控制諧波進(jìn)入電容器,從而保護(hù)電容,增加電容器使用壽命。根據(jù)柜子尺寸及設(shè)備尺寸確定電容配置方案為每個(gè)柜子安裝40Kvar*6路和30Kvar*2路。



4、ANSVC無功補(bǔ)償裝置

4.1 概述

ANSVC無功補(bǔ)償裝置適用于頻率50Hz電壓0.4KV的系統(tǒng)中,ANSVC低壓無功功率補(bǔ)償裝置并聯(lián)在整個(gè)供電系統(tǒng)中,能根據(jù)電網(wǎng)中負(fù)載功率因數(shù)的變化控制電力電容器投切進(jìn)行補(bǔ)償。其原理為:ANSVC低壓無功功率補(bǔ)償裝置通過CT采集電流、電壓信號(hào),由無功補(bǔ)償控制器計(jì)算,計(jì)算出投切電容器的方案,通過投切開關(guān)控制各組電力電容器投切。



圖3 ANSVC無功補(bǔ)償裝置

4.2 ANBSMJ自愈式并聯(lián)電容器



ANBSMJ系列自愈式低壓并聯(lián)電容器一般應(yīng)用于低壓交流電力系統(tǒng)中,對(duì)工頻低壓電力系統(tǒng)設(shè)備的功率因數(shù)進(jìn)行校正,就地或者集中補(bǔ)償無功,電容器采用自愈式并聯(lián)電容器,自愈式在擊穿后可以進(jìn)行自我恢復(fù),工作狀態(tài)下?lián)p耗小,并聯(lián)式電容器即使損壞也不會(huì)影響電網(wǎng)的正常使用。電容器從外形上分為圓形(如圖4)和方形(如圖5),功能上分為共補(bǔ)電容和分補(bǔ)電容(如圖6)。

圖4 圓形電容 圖5 方形電容器 圖6 共補(bǔ)分補(bǔ)電容器上圖示例


4.3 ANCK串聯(lián)電抗器

ANCK系列串聯(lián)電抗器與ANBSMJ系列自愈式低壓并聯(lián)電容器配套使用,主要用于提高0.4KV電力系統(tǒng)的功率因數(shù),控制電網(wǎng)的高次諧波,減輕電容器由諧波引起的過載,防止諧波過大,對(duì)電容器的安全運(yùn)行,改良網(wǎng)絡(luò)電壓波形,提高供電質(zhì)量和電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起良好作用,適用于3、5、7、9次諧波負(fù)載的無功補(bǔ)償。ANCK采用銅或鋁繞組,電抗分為共補(bǔ)電抗(如圖7)和分補(bǔ)電抗(圖8),共補(bǔ)電抗器主要用于三相負(fù)載,分補(bǔ)電抗器主要用于單相負(fù)載,電抗率分為7%或14%。



圖7 共補(bǔ)電抗 圖8 分補(bǔ)電抗


4.4 AFK投切開關(guān)



AFK系列投切開關(guān)是低壓無功補(bǔ)償裝置中,用于投切電容器的產(chǎn)品。其基本工作原理是在控制器發(fā)出投入或切除指令后,投切開關(guān)閉合或斷開,將無功補(bǔ)償支路與系統(tǒng)連接或中斷,實(shí)現(xiàn)過零投切,投切過程無過壓、電弧等現(xiàn)象,響應(yīng)時(shí)間快,可頻繁投切。投切開關(guān)分為復(fù)合開關(guān)(如圖9)和晶閘管開關(guān)(如圖10)。

圖9 復(fù)合開關(guān)圖 圖10 晶閘管開關(guān)


4.5 ARC控制器

ARC功率因數(shù)補(bǔ)償控制器采用高性能MCU為核心,配以高精度的電量專用芯片,是以功率因數(shù)為取樣物理量的補(bǔ)償器,改控制器能可靠地運(yùn)行在大諧波、非正弦電流、強(qiáng)干擾等任何惡劣電網(wǎng)環(huán)境下。自適應(yīng)功能保證了電力電容的使用安全,實(shí)現(xiàn)了電容補(bǔ)償柜的自動(dòng)穩(wěn)定投切,合理改良電網(wǎng)的功率因數(shù),是低壓配電系統(tǒng)補(bǔ)償無功功率的較理想控制器。

產(chǎn)品的主要特點(diǎn):缺相保護(hù)、過溫保護(hù)、過壓欠壓保護(hù)、電壓電流諧波保護(hù)、多種編碼投切、補(bǔ)償方式多樣化。



ARC控制器外形尺寸(mm):144*144,



開孔尺寸(mm):138*138

圖11 控制器外形 圖12控制器尺寸

4.6 技術(shù)參數(shù)

參數(shù)類型指標(biāo)
海拔高度≤2000米
環(huán)境溫度-25~55℃
相對(duì)濕度40℃,20~90%
額定電壓AC220V或AC380V
電容容量偏差不超過額定值的-5~+10%
過壓能力允許在1.1Un下長(zhǎng)期運(yùn)行
過流能力允許在1.3In下長(zhǎng)期運(yùn)行
電容內(nèi)置放電電阻在斷電后3分鐘內(nèi)可將端子上的電壓降低至75V以下
涌流100In
電抗率7%、14%
電抗器溫升≤95K(工頻額定電流下)
電抗器絕緣耐熱等級(jí)H級(jí)(180℃)
線性度1.8In下,電感值不低于0.95倍的額定電感值
投切開關(guān)控制電壓可接受控制輸出的直流5V-12V/10mA控制信號(hào)
電流規(guī)格45A、55A、70A、80A、110A(B型尺寸額定電流70A)




4.7 接線方式

5 結(jié)語

ANSVC無功補(bǔ)償裝置可滿足該環(huán)保能源項(xiàng)目中無功補(bǔ)償?shù)男枨螅岣唠娔苜|(zhì)量,可以降低電網(wǎng)損耗和用電成本,能保障電力系統(tǒng)的安全用電、連續(xù)供電和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。ANSVC無功補(bǔ)償裝置在運(yùn)行中安全可靠,保護(hù)功能齊全,通過RS485與后臺(tái)配合使用,能夠更加方便快捷地檢測(cè)電網(wǎng)系統(tǒng),減少人力資源的投入。

6 參考文獻(xiàn)

[1]企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.6

[2]李林川,電力系統(tǒng)基礎(chǔ) [M].北京:科學(xué)出版社,2009.

[3]李燕,賈新立,江洪,等,無功補(bǔ)償在配電網(wǎng)中應(yīng)用的試驗(yàn)與分析[J].電力電容器與無功補(bǔ)償,2012,33(6);53-58.


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