摘要:分析智能集成式電力電容的工作原理及功能,結合山東環(huán)保材料制造廠(chǎng)配電現狀,選擇經(jīng)濟可靠的方案,智能電容過(guò)零投切與低功耗,解決了繼電器投切產(chǎn)生涌流的問(wèn)題;接線(xiàn)簡(jiǎn)單,擴容方便,解決無(wú)功補償柜內空間不足、補償容量不足的問(wèn)題;帶有通訊功能可傳輸后臺,解決了補償配電分散管理、故障報警不及時(shí)的問(wèn)題。
關(guān)鍵詞:低壓智能電力電容器,無(wú)功補償,功率因數
0概述
對于電力系統中的供電部分,提供電能的發(fā)電機是按要求的額定電壓和額定電流設計的,發(fā)電機長(cháng)期運行中,電壓和電流都不能超過(guò)額定值,否則會(huì )縮短其使用壽命,甚至損壞發(fā)電機。由于發(fā)電機是通過(guò)額定電流與額定電壓之積定額的,這意味著(zhù)當其接入負載為電阻時(shí),理論上發(fā)電機得到*的利用,因為P= UIcosφ中的cosφ=1;但是當負載為感性或容性時(shí),cosφ<1,發(fā)電機就得不到充分利用。為了利用發(fā)電機的容量,即發(fā)電機產(chǎn)生有功較大,就要提高其功率因數。在低壓配電系統中,采用并聯(lián)電容器裝置對無(wú)功功率進(jìn)行集中補償或就地補償是降低線(xiàn)損、節約電能有效的方法。無(wú)功功率補償的主要功效是:減少設備和線(xiàn)路的功率損耗;穩定電壓,提高供電質(zhì)量;提高電力變壓器的承載能力;在長(cháng)距離輸電中,提高系統輸電穩定性和輸電能力等。
傳統的電容電抗無(wú)功補償裝置,補償精度低,功能單一,安裝接線(xiàn)復雜,同時(shí)不利于生產(chǎn)、運輸、安裝、調試和可靠運行,已經(jīng)嚴重制約它的發(fā)展,電容器在投切過(guò)程中容易產(chǎn)生較大的沖擊電流,引起電網(wǎng)過(guò)電壓,嚴重時(shí)會(huì )產(chǎn)生諧波,對電網(wǎng)的穩定性產(chǎn)生影響。為解決這些問(wèn)題,可改用具有過(guò)零投切技術(shù)的低壓智能集成式電力電容器作為補償裝置。
1、原理分析
AZCL智能集成式諧波抑制電力電容以共補電容或分補電容為主體,采用微型電子元件技術(shù)、微型傳感器技術(shù)、微型網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和電器制造技術(shù),將智能組件、控制器、電容器、電抗器、塑殼斷路器等元件微型化,整機體積小,結構精巧。智能電容控制器通過(guò)電流互感器、電壓采樣計算出無(wú)功缺額、功率因數等參數,以工業(yè)級MCU為核心,同AD轉換、RS-485通訊、LCD顯示、數據存儲等構成一個(gè)系統,集采集、運算、分析、控制、通信、人機交互、數據存儲于一體。
1.1智能網(wǎng)絡(luò )控制功能。
自動(dòng)檢測及跟蹤系統中的無(wú)功功率變化,自動(dòng)投切電容器組。投切方法為:容量相同的電容器,按循環(huán)投切原則;容量不同的電容器,按適補原則進(jìn)行投切;先投先切,先退先投。補償工況恒定時(shí),電容器每一小時(shí)循環(huán)投切一次,避免單只電容器長(cháng)時(shí)間投運。
1.2 快速投切電容器功能
投切開(kāi)關(guān)選用復合開(kāi)關(guān),無(wú)觸點(diǎn)過(guò)零投切,配合專(zhuān)用的智能電容無(wú)功補償控制器,動(dòng)作時(shí)間縮短到1s,動(dòng)態(tài)追蹤補償系統所缺少的無(wú)功功率,力爭使線(xiàn)損降到較低水平。復合開(kāi)關(guān)電路包含可控硅過(guò)零檢測與觸發(fā)模塊、可控硅保護模塊、磁保持繼電器驅動(dòng)模塊。電路采用電力電子可控硅與大功率磁保持繼電器復合技術(shù),利用可控硅的快速導通和磁保持繼電器觸點(diǎn)的零壓降實(shí)現互補,真正做到過(guò)零投切和低功耗運行。合閘時(shí),該電路實(shí)時(shí)檢測可控硅兩端電壓差,當電壓差基本為0時(shí),觸發(fā)可控硅導通,無(wú)沖擊涌流,做到柔性投入;穩定后,磁保持繼電器吸合,短路可控硅的兩端電極,通過(guò)繼電器觸點(diǎn)接通主回路,降低開(kāi)關(guān)壓降,同時(shí)繼電器觸點(diǎn)通過(guò)永磁元件定位保持進(jìn)一步降低功耗。
1.3測量功能
可測量系統電壓、電流、頻率、有功功率、無(wú)功功率及功率因數等電參量,也可以檢測各次電壓、電流諧波,實(shí)時(shí)查看電網(wǎng)參數。
1.4分相補償功能
分相型電容器可對各相上的電容器進(jìn)行分別投切,提高對系統無(wú)功功率的補償精度,使三相無(wú)功功率不平衡的系統得到了良好的補償。
1.5保護功能
電容器有過(guò)壓、欠壓、欠流、過(guò)溫、斷相、過(guò)諧保護。當電容器內部溫度超過(guò)60℃時(shí),電容器會(huì )整機退出運行,確保系統安全。
1.6通信功能
電容器和控制器之間采用網(wǎng)線(xiàn)連接,控制器與后臺采用RS485通訊連接,便于大量采集數據、上傳數據及與外設監控終端進(jìn)行信息交換,構成系統工作。
1.7抑制諧波功能
將電抗器與電容器串聯(lián)構成LC回路,降低諧波的失真,對于高于LC回路自振頻率的諧波而言,表現為感性,避免了諧振。7%電抗器能夠有效抑制5、7次以上諧波,防止電容器過(guò)熱、絕緣介質(zhì)老化及自愈性能下降等不利因素的發(fā)生。
2、現場(chǎng)案例:
山東某環(huán)保材料制造廠(chǎng),主要經(jīng)營(yíng)仿木裝飾品、仿木線(xiàn)材制品、畫(huà)框、相框等,占地面積142畝,主要包括廠(chǎng)房、辦公樓、展示廳、食堂、員工宿舍等。其配電系統是由數臺10/0.4KV主變壓器,經(jīng)低壓配電設備向用電設備供電。廠(chǎng)房車(chē)間變壓器容量為1600kva,負載總容量為1020kw,當前功率因數為0.8,要將功率因數提高到0.95左右,其主要負載為加熱爐、電動(dòng)機等,負載諧波以5、7次為主,選用7%智能電容;辦公樓變壓器1250kva,負載總容量為650kw,當前功率因數0.75,其主要負載為開(kāi)關(guān)電源、照明等,諧波以3次諧波為主,選用14%智能電容。
圖1 廠(chǎng)房車(chē)間配電圖
圖2 辦公樓配電圖
3、解決方案
廠(chǎng)房車(chē)間的低壓配電系統主要為三相負載加熱爐、電動(dòng)機,主要引起5、7次諧波,采用7%電抗進(jìn)行調諧處理,保護電容器不受諧波影響從而放大電流。安裝容量為600kvar,選用共補、7%智能電容,補償功率因數達到0.95左右,滿(mǎn)足客戶(hù)要求。使用普通電容電抗,至少需要兩套寬1000*深1000的柜子,現在安裝AZCL智能集成式諧波抑制電力電容器,只需要兩套寬800*深800的柜子,柜體空間也大大節省,接線(xiàn)簡(jiǎn)單,安裝方便,可靠性更高。
辦公樓的低壓配電系統有大量的諧波源負荷,會(huì )產(chǎn)生3、5、7次諧波,大量的單相非線(xiàn)性負荷會(huì )造成三相不平衡、諧波超標、中性線(xiàn)諧波過(guò)載等電能質(zhì)量問(wèn)題,進(jìn)行無(wú)功補償要考慮諧波的影響。計算得無(wú)功需量為350kvar,安裝容量為480kvar,考慮到系統中帶有的諧波,安裝共補300kvar、分補180kvar容量的14%智能電容,實(shí)際功率因數達到0.94,符合要求,使用普通電容電抗,至少需要兩套寬1000*深1000的柜子,現在安裝AZCL智能集成式諧波抑制電力電容器,只需要兩套寬800*深800的柜子,柜體空間也大大節省,接線(xiàn)簡(jiǎn)單,安裝方便,可靠性更高。
4、AZCL智能集成式諧波抑制電力電容器
4.1 概述
AZCL智能集成式諧波抑制電力電容器是應用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節省能源、降低線(xiàn)損、提高功率因數和電能質(zhì)量的新一代無(wú)功補償設備。它由智能測控單元、晶閘管復合開(kāi)關(guān)電路、線(xiàn)路保護單元、電容器和電抗器構成。AZCL低壓智能電力電容器采用定制段式LCD液晶顯示器,可顯示三相母線(xiàn)電壓、三相母線(xiàn)電流、三相功率因數、頻率、電容器路數及投切狀態(tài)、有功功率、無(wú)功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過(guò)內部晶閘管復合開(kāi)關(guān)電路,自動(dòng)尋找投入(切除)點(diǎn),實(shí)現過(guò)零投切,具有過(guò)壓保護、缺相保護、過(guò)諧保護、過(guò)溫保護等保護功能。
4.2 技術(shù)參數
4.3 接線(xiàn)方式
5、結束語(yǔ)
在山東環(huán)保材料制造廠(chǎng)項目中,功率因數普遍偏低,電費罰款較多,使用AZCL智能集成式諧波抑制電力電容器發(fā)出無(wú)功,提高受電端母線(xiàn)的電壓水平,減少了線(xiàn)路上感性無(wú)功的輸出,降低了電壓和功率損耗,因而提高了線(xiàn)路的輸電能力。AZCL智能集成式諧波抑制電力電容器操作簡(jiǎn)單、功能齊全,能有效地解決用戶(hù)問(wèn)題,達到節能的效果。無(wú)論從經(jīng)濟性還是從實(shí)用性而言,都具有廣泛的推廣價(jià)值。電網(wǎng)既產(chǎn)生有功也產(chǎn)生無(wú)功,而無(wú)功在電網(wǎng)傳輸過(guò)程中會(huì )有損耗,低壓智能電力電容進(jìn)行無(wú)功補償,從而提高功率因數,有效地改善了用電質(zhì)量,節約用電成本,減少企業(yè)的開(kāi)支,可減少線(xiàn)路的損耗,提高電網(wǎng)輸電的效率。
6、參考文獻
[1] 企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.6
[2]劉亞?wèn)|,薛亞彬.基于DSP的低壓智能電容器的研究與設計[J].電工技術(shù),2018,1(下):7,9
[3] 王兆安,劉進(jìn)軍,王躍,等.諧波抑制和無(wú)功功率補償[M].地3版.北京:機械工業(yè)出版社.2015
[4] 郭國方.無(wú)功補償在城市配電網(wǎng)中的應用[J],電網(wǎng)技術(shù),2007,31(增刊1):229,230