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ANSVC无功补偿装置助力江苏某环保能源项目

发布时间: 2022-08-11  点击次数: 59次
王晶晶
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要:根据无功补偿原理,解决功率因数偏低的问题,结合该环保能源公司用电质量的现状,提出无功补偿解决方案,实际现场考察负载用电总结无功补偿装置的设计选型、安装及注意事项。ANSVC无功补偿装置由自愈式并联电容器、串联电抗器、投切开关、低压无功补偿控制器组成,能实时检测系统中的无功需量,进行无功补偿,从而提高功率因数,减少电费支出。
 
1、原理分析
 
1.1在交流电路中,由电源供给负载的电功率有两种;一种是有功功率,一种是无功功率。
       有功功率:正常运行所需的电功率,也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。
       无功功率:比较抽象,它是用于电路内电场与磁场的交换,并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功,而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备,要建立磁场,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(镇流器也需消耗一部分有功功率)来发光外,还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功,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
1.2无功功率偏低的不良影响:
       1、降低发电机有功功率的输出
       2、降低输电、变电设备的供电能力
       3、线路损失的增大和电能损耗增加
       4、功率因数下降,电费增收,成本增加
       5、使电气设备得不到充分发挥
1.3并联电容器无功补偿原理:
       如图1,将并联电容器C与变压器或负载并联,则变压器或负载所需要的无功功率全部或部分由并联电容器供给,即并联电容器发出的容性无功可以补偿负载所消耗的无功。
       如图2,当未接电容C时,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,此时相位角为Φ1,功率因数为COSΦ1;并联接入电容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,功率因数由COSΦ1提高到COSΦ2。
     
图1                                 
 
图2
       在纯电容无功补偿中,电容器本身阻抗是容性的,随着谐波频率的提高,电容器的容抗会明显减小,使得谐波被电容器放大,从而叠加在补偿电流上,使电流有效值显著增加,电容器由于谐波电流的增大产生温度过高、绝缘老化、鼓包等问题。且谐波电流放大引发谐波电压增大,一旦叠加到电容器的电压上,也会使电压有效值增加,电压峰值增加,从而引起电容器产生局部放电且不能熄灭,这也是电容器鼓包损坏的一个重要因素。在大多数的低压电力系统中,谐波会对电容柜产生较大的影响。现场应用总比较常见的有变频设备数量较多、容量较大,变频器前端没有进线电抗器,相互之间会产生谐振,从而引起电容器经常出现鼓包发热等情况。
       通过在低压电力电容器中串联合理配置的电抗器,进行谐波抑制。电容器的容抗值为1/ωC;在电路中串联对应的电抗器,该电抗器感抗为ωL,则电容器与电抗器会在某一频率下具有确定的阻抗,从而实现在该频率下谐波抑制。
       电抗率的定义为:LC串联回路中,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%,电抗系数对应的谐振频率如下表1所示。若使用6%电抗器,谐振点频率为204Hz,远离5次谐波谐振点,但靠近4次谐波谐振点200Hz,例如,三相6脉冲的变频设备,如果其中有一只晶闸管损坏,则会变成相当于5脉冲设备,因此将会产生4次谐波。 若使用7%电抗器,谐振点频率为189Hz,远离5次谐波谐振点,则谐波分流流入的少,可更好的保护电容器,7%电抗是常用的安全补偿方式。12.5%电抗器谐振点频率为141Hz,接近3次谐振点150Hz,易产生谐振,影响电容器正常使用。14%电抗器谐振点频率为134Hz,远离3次谐振点150Hz,14%电抗相较于12.5%更加安全可靠。7%电抗抑制5、7次以上谐波,14%电抗抑制3次以上谐波。
       当无功补偿中有电抗进行谐波抑制,电容器的容量不能按标称值进行补偿,考虑到电容器的耐压值,谐波抑制式无功补偿在应用过程中会出现电容器降容的问题。由于电网电压本身的波动及由于电抗器和电容器串联后,电容器端子间电压被抬高,电抗率7%的无功补偿电容器耐压值一般为480V;电抗率14的无功补偿电容器耐压值为525V。以在400V系统中7%电抗率电容电抗额定电压为480V,额定补偿容量为50Kvar为例,额定补偿电流为60.1A,而实际补偿电流计算为53.9A,电容会由于电压差而降容,装机容量50Kvar,而实际容量只有37.5Kvar。
 
 
2、项目概述
 
       江苏某环保能源公司,占地面积约16.6公顷,项目一期建设4条日处理500吨的焚烧线,2台18MW的汽轮发电机组,生活垃圾焚烧能力为2000吨/天,年发电量2.72亿千瓦时以上。现有多套新建2000KVA变压器需配套两电容补偿柜,柜子尺寸为宽1000*深1000*高2200,主要负载为电动机、办公用电、照明等。 
 
3、解决方案
 
       变压器容量为2000KVA,负荷率为0.8左右,预估电容柜装机容量为两套300Kvar,根据现场环境预估为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,电抗器主要功能为抑制谐波进入电容器,从而保护电容,增加电容器使用寿命。根据柜子尺寸及设备尺寸确定电容配置方案为每个柜子安装40Kvar*6路和30Kvar*2路。
 
4、ANSVC无功补偿装置
 
4.1 概述
       ANSVC无功补偿装置适用于频率50Hz电压0.4KV的系统中,ANSVC低压无功功率补偿装置并联在整个供电系统中,能根据电网中负载功率因数的变化控制电力电容器投切进行补偿。其原理为:ANSVC低压无功功率补偿装置通过CT采集电流、电压信号,由无功补偿控制器计算,计算出投切电容器的方案,通过投切开关控制各组电力电容器投切。
图3  ANSVC无功补偿装置
4.2 ANBSMJ自愈式并联电容器
        ANBSMJ系列自愈式低压并联电容器一般应用于低压交流电力系统中,对工频低压电力系统设备的功率因数进行校正,就地或者集中补偿无功,电容器采用自愈式并联电容器,自愈式在击穿后可以进行自我恢复,工作状态下损耗小,并联式电容器即使损坏也不会影响电网的正常使用。电容器从外形上分为圆形(如图4)和方形(如图5),功能上分为共补电容和分补电容(如图6)。
图4  圆形电容                 
图5  方形电容器               
图6  共补分补电容器上图示例
 
4.3 ANCK串联电抗器
       ANCK系列串联电抗器与ANBSMJ系列自愈式低压并联电容器配套使用,主要用于提高0.4KV电力系统的功率因数,抑制电网的高次谐波,减轻电容器由谐波引起的过载,防止谐波过大,对电容器的安全运行,改善网络电压波形,提高供电质量和电网安全经济运行起良好作用,适用于3、5、7、9次谐波负载的无功补偿。ANCK采用铜或铝绕组,电抗分为共补电抗(如图7)和分补电抗(图8),共补电抗器主要用于三相负载,分补电抗器主要用于单相负载,电抗率分为7%或14%。
图7  共补电抗                                   
图8  分补电抗
 
4.4 AFK投切开关
       AFK系列投切开关是低压无功补偿装置中,用于投切电容器的产品。其基本工作原理是在控制器发出投入或切除指令后,投切开关闭合或断开,将无功补偿支路与系统连接或中断,实现过零投切,投切过程无过压、电弧等现象,响应时间快,可频繁投切。投切开关分为复合开关(如图9)和晶闸管开关(如图10)。
图9  复合开关图                               
图10  晶闸管开关
 
4.5 ARC控制器
        ARC功率因数补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,是以功率因数为取样物理量的补偿器,改控制器能可靠地运行在大谐波、非正弦电流、强干扰等任何恶劣电网环境下。自适应功能保证了电力电容的使用安全,有效实现了电容补偿柜的自动稳定投切,有效改善电网的功率因数,是低压配电系统补偿无功功率的理想控制器。
       产品的主要特点:缺相保护、过温保护、过压欠压保护、电压电流谐波保护、多种编码投切、补偿方式多样化。
       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 技术参数
 
4.7 接线方式
 
5 结语
 
       ANSVC无功补偿装置可满足该环保能源项目中无功补偿的需求,提高电能质量,可以降低电网损耗和用电成本,能保障电力系统的安全用电、连续供电和经济运行。ANSVC无功补偿装置在运行中安全可靠,保护功能齐全,通过RS485与后台配合使用,能够更加方便快捷地检测电网系统,减少人力资源的投入。
 
6 参考文献
 
[1]企业微电网设计与应用手册.2020.6
[2]李林川,电力系统基础 [M].北京:科学出版社,2009.
[3]李燕,贾新立,江洪,等,无功补偿在配电网中应用的试验与分析[J].电力电容器与无功补偿,2012,33(6);53-58.


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