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ANSVC无功补(bǔ)偿装置助力江苏某环(huán)保能源项(xiàng)目
2022-07-18 13:57:49
赵雨
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摘要:根据(jù)无功补(bǔ)偿原理,解决功率因数(shù)偏低的问题,结(jié)合该环(huán)保能源公司用电质(zhì)量的现(xiàn)状,提出无功补(bǔ)偿解决方案,实(shí)际现(xiàn)场(chǎng)考察负(fù)载用电总结(jié)无功补(bǔ)偿装置的设(shè)计(jì)选型、安装及注意事项(xiàng)。ANSVC无功补(bǔ)偿装置由自愈式并联(lián)电容器、串联(lián)电抗器、投切开关(guān)、低压无功补(bǔ)偿控制器组成,能实(shí)时(shí)检测(cè)系统(tǒng)中的无功需量,进(jìn)行无功补(bǔ)偿,从而提高功率因数(shù),减少电费(fèi)支出。

1、原理分析

1.1在交流电路中,由电源供给负(fù)载的电功率有两种;一种是有功功率,一种是无功功率。

有功功率:正常运(yùn)行所需的电功率,也就是將电能转(zhuǎn)换为其他形式能量(机(jī)械能、光能、热能)的电功率。

无功功率:比较抽象,它是用于电路內(nèi)电场(chǎng)与磁场(chǎng)的交换,并用来在电气设(shè)备中建立和维持磁场(chǎng)的电功率。它不对(duì)外作功,而是转(zhuǎn)变?yōu)槠渌问降哪芰?。凡是有电磁线圈的电气设(shè)备,要建立磁场(chǎng),就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯,除需40多瓦有功功率(镇(zhèn)流器也需消耗一部分有功功率)来发(fā)光外,还需80乏左右的无功功率供镇(zhèn)流器的线圈建立交变磁场(chǎng)用。由于它不对(duì)外做功,才被称之为“无功”。   

  


Q:无功功率(Kvar),S:视在功率(KVA),P:有功功率(Kw),PF:功率因数(shù)

1.2无功功率偏低的不良影响:

1、 降低发(fā)电机(jī)有功功率的输出

2、 降低输电、变电设(shè)备的供电能力

3、 线路损失加大和电能损耗增加

4、 功率因数(shù)下降,电费(fèi)增收,成本增加

5、 使电气设(shè)备得不到充分发(fā)挥

1.3并联(lián)电容器无功补(bǔ)偿原理:

如图1,將并联(lián)电容器C与变压器或负(fù)载并联(lián),则变压器或负(fù)载所需要的无功功率全部或部分由并联(lián)电容器供给,即并联(lián)电容器发(fā)出的容性无功可以补(bǔ)偿负(fù)载所消耗的无功。

如图2,当(dāng)未接电容C时(shí),流过电感L的电流为IL,,流过电阻R的电流为IR,电源供给的电流为I1,I1=IR+jIL,此时(shí)相位角为Φ1,功率因数(shù)为COSΦ1;并联(lián)接入电容C后,由于电容电流IC与电感电流IL方向相反,使得电源供给电流由I1减小为I2,I2=IR+j(IL-IC),相角由Φ1减小到Φ2,功率因数(shù)由COSΦ1提高到COSΦ2。


图1


图2

在纯电容无功补(bǔ)偿中,电容器本身阻抗是容性的,隨著谐波频率的提高,电容器的容抗会(huì)明显减小,使得谐波被电容器放大,从而叠加在补(bǔ)偿电流上,使电流合理值显著增加,电容器由于谐波电流的加大產(chǎn)生温度过高、*缘老化、鼓包等问题。且谐波电流放大引发(fā)谐波电压加大,一旦叠加到电容器的电压上,也会(huì)使电压合理值增加,电压峰值增加,从而引起电容器產(chǎn)生局部放电且不能熄灭,这也是电容器鼓包损坏的一个(gè)重要因素。在大多数(shù)的低压电力系统(tǒng)中,谐波会(huì)对(duì)电容柜產(chǎn)生较大的影响?,F(xiàn)场(chǎng)应(yīng)用总比较常见的有变频设(shè)备数(shù)量较多、容量较大,变频器前端没有进(jìn)线电抗器,相互之间会(huì)產(chǎn)生谐振,从而引起电容器经(jīng)常出现(xiàn)鼓包发(fā)热等情况。

通过在低压电力电容器中串联(lián)合理配置的电抗器,进(jìn)行谐波控制。电容器的容抗值为1/ωC;在电路中串联(lián)对(duì)应(yīng)的电抗器,该电抗器感抗为ωL,则电容器与电抗器会(huì)在某一频率下具有確定的阻抗,从而实(shí)现(xiàn)在该频率下谐波控制。

电抗率的定义为:LC串联(lián)回路中,在基波频率下感抗和容抗的比值,即XL/XC,电抗率一般为6%、7%、12.5%、14%,电抗系数(shù)对(duì)应(yīng)的谐振频率如下表1所示。若使用6%电抗器,谐振点(diǎn)频率为204Hz,远(yuǎn)离5次谐波谐振点(diǎn),但靠近4次谐波谐振点(diǎn)200Hz,例如,三相6脉冲的变频设(shè)备,如果其中有一只晶闸管损坏,则会(huì)变成相当(dāng)于5脉冲设(shè)备,因此將会(huì)產(chǎn)生4次谐波。 若使用7%电抗器,谐振点(diǎn)频率为189Hz,远(yuǎn)离5次谐波谐振点(diǎn),则谐波分流流入的少,可更好的保护(hù)电容器,7%电抗是常用的安全补(bǔ)偿方式。12.5%电抗器谐振点(diǎn)频率为141Hz,接近3次谐振点(diǎn)150Hz,易產(chǎn)生谐振,影响电容器正常使用。14%电抗器谐振点(diǎn)频率为134Hz,远(yuǎn)离3次谐振点(diǎn)150Hz,14%电抗相较于12.5%更加安全可靠。7%电抗控制5、7次以上谐波,14%电抗控制3次以上谐波。


当(dāng)无功补(bǔ)偿中有电抗进(jìn)行谐波控制,电容器的容量不能按標(biāo)称值进(jìn)行补(bǔ)偿,考虑到电容器的耐压值,谐波控制式无功补(bǔ)偿在应(yīng)用过程中会(huì)出现(xiàn)电容器降容的问题。由于电网(wǎng)电压本身的波动(dòng)及由于电抗器和电容器串联(lián)后,电容器端子间电压被抬高,电抗率7%的无功补(bǔ)偿电容器耐压值一般为480V;电抗率14的无功补(bǔ)偿电容器耐压值为525V。以在400V系统(tǒng)中7%电抗率电容电抗额定电压为480V,额定补(bǔ)偿容量为50Kvar为例,额定补(bǔ)偿电流为60.1A,而实(shí)际补(bǔ)偿电流计(jì)算为53.9A,电容会(huì)由于电压差而降容,装机(jī)容量50Kvar,而实(shí)际容量只有37.5Kvar。

 ,

 

2、项(xiàng)目概述

江苏某环(huán)保能源公司,占地面积约16.6公顷,项(xiàng)目一期建设(shè)4条日处理500吨的焚烧线,2臺(tái)18MW的汽轮发(fā)电机(jī)组,生活垃圾焚烧能力为2000吨/天,年发(fā)电量2.72亿千瓦时(shí)以上?,F(xiàn)有多套新建2000KVA变压器需配套两电容补(bǔ)偿柜,柜子尺寸为宽1000*深1000*高2200,主要负(fù)载为电动(dòng)机(jī)、办公用电、照明等。

3、解决方案

变压器容量为2000KVA,负(fù)荷率为0.8左右,预(yù)估电容柜装机(jī)容量为两套300Kvar,根据(jù)现(xiàn)场(chǎng)环(huán)境预(yù)估为3、5、7次谐波为主,谐波主要影响电容正常工作,容易发(fā)热、鼓包等,需配套14%电抗率的电抗器使用,电抗器主要功能为控制谐波进(jìn)入电容器,从而保护(hù)电容,增加电容器使用寿命。根据(jù)柜子尺寸及设(shè)备尺寸確定电容配置方案为每个(gè)柜子安装40Kvar*6路和30Kvar*2路。

 

4、ANSVC无功补(bǔ)偿装置

4.1 概述

    ANSVC无功补(bǔ)偿装置適用于频率50Hz电压0.4KV的系统(tǒng)中,ANSVC低压无功功率补(bǔ)偿装置并联(lián)在整个(gè)供电系统(tǒng)中,能根据(jù)电网(wǎng)中负(fù)载功率因数(shù)的变化控制电力电容器投切进(jìn)行补(bǔ)偿。其原理为:ANSVC低压无功功率补(bǔ)偿装置通过CT采集电流、电压信號(hào),由无功补(bǔ)偿控制器计(jì)算,计(jì)算出投切电容器的方案,通过投切开关(guān)控制各组电力电容器投切。

图3  ANSVC无功补(bǔ)偿装置

4.2 ANBSMJ自愈式并联(lián)电容器


      ANCK系列串联(lián)电抗器与ANBSMJ系列自愈式低压并联(lián)电容器配套使用,主要用于提高0.4KV电力系统(tǒng)的功率因数(shù),控制电网(wǎng)的高次谐波,减轻电容器由谐波引起的过载,防止谐波过大,对(duì)电容器的安全运(yùn)行,改良网(wǎng)络(luò)电压波形,提高供电质(zhì)量和电网(wǎng)安全经(jīng)济(jì)运(yùn)行起良好作用,適用于3、5、7、9次谐波负(fù)载的无功补(bǔ)偿。ANCK采用铜或铝绕组,电抗分为共补(bǔ)电抗(如图7)和分补(bǔ)电抗(图8),共补(bǔ)电抗器主要用于三相负(fù)载,分补(bǔ)电抗器主要用于单相负(fù)载,电抗率分为7%或14%。ANBSMJ系列自愈式低压并联(lián)电容器一般应(yīng)用于低压交流电力系统(tǒng)中,对(duì)工频低压电力系统(tǒng)设(shè)备的功率因数(shù)进(jìn)行校正,就地或者集中补(bǔ)偿无功,电容器采用自愈式并联(lián)电容器,自愈式在击穿后可以进(jìn)行自我恢復(fù),工作状態(tài)下?lián)p耗小,并联(lián)式电容器即使损坏也不会(huì)影响电网(wǎng)的正常使用。电容器从外形上分为圆形(如图4)和方形(如图5),功能上分为共补(bǔ)电容和分补(bǔ)电容(如图6)。


图4  圆形电容

图5  方形电容器

图6  共补(bǔ)分补(bǔ)电容器上图示例

4.3 ANCK串联(lián)电抗器

图8  分补(bǔ)电抗

图7  共补(bǔ)电抗

4.4 AFK投切开关(guān)

    AFK系列投切开关(guān)是低压无功补(bǔ)偿装置中,用于投切电容器的產(chǎn)品。其基本工作原理是在控制器发(fā)出投入或切除指令后,投切开关(guān)闭合或断开,將无功补(bǔ)偿支路与系统(tǒng)连接或中断,实(shí)现(xiàn)过零投切,投切过程无过压、电弧等现(xiàn)象,响应(yīng)时(shí)间快,可频繁投切。投切开关(guān)分为復(fù)合开关(guān)(如图9)和晶闸管开关(guān)(如图10)。

图9  復(fù)合开关(guān)图

图10  晶闸管开关(guān)

4.5 ARC控制器

ARC功率因数(shù)补(bǔ)偿控制器采用高性能MCU为核心,配以高精度的电量专用芯片,是以功率因数(shù)为取样物理量的补(bǔ)偿器,改控制器能可靠地运(yùn)行在大谐波、非正弦电流、强(qiáng)干扰等任何恶劣电网(wǎng)环(huán)境下。自適应(yīng)功能保证了电力电容的使用安全,实(shí)现(xiàn)了电容补(bǔ)偿柜的自动(dòng)稳(wěn)定投切,合理改良电网(wǎng)的功率因数(shù),是低压配电系统(tǒng)补(bǔ)偿无功功率的较理想控制器。

產(chǎn)品的主要特点(diǎn):缺相保护(hù)、过温保护(hù)、过压欠压保护(hù)、电压电流谐波保护(hù)、多种编码投切、补(bǔ)偿方式多样化。

     ARC控制器外形尺寸(mm):144*144,开孔尺寸(mm):138*138

图11  控制器外形

图12控制器尺寸

4.6 技术(shù)参数(shù)


4.7 接线方式


5 结(jié)语


ANSVC无功补(bǔ)偿装置可满足该环(huán)保能源项(xiàng)目中无功补(bǔ)偿?shù)男枨螅岣唠娔苜|(zhì)量,可以降低电网(wǎng)损耗和用电成本,能保障电力系统(tǒng)的安全用电、连续(xù)供电和经(jīng)济(jì)运(yùn)行。ANSVC无功补(bǔ)偿装置在运(yùn)行中安全可靠,保护(hù)功能齐全,通过RS485与后臺(tái)配合使用,能够更加方便快捷地检测(cè)电网(wǎng)系统(tǒng),减少人力资源的投入。

6 参考文献(xiàn)

[1]企业(yè)微电网(wǎng)设(shè)计(jì)与应(yīng)用手册(cè).2020.6

[2]李林川,电力系统(tǒng)基础(chǔ) [M].北京:科学(xué)出版社,2009.

[3]李燕,贾新立,江洪,等,无功补(bǔ)偿在配电网(wǎng)中应(yīng)用的试验(yàn)与分析[J].电力电容器与无功补(bǔ)偿,2012,33(6);53-58.


工程案例