低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置如何合理選型:隨著經(jīng)濟(jì)生力產(chǎn)水平的發(fā)展，電費(fèi)已成為企業(yè)的主要生產(chǎn)成本（這里面包括由于不合理用電造成電能效率降低、設(shè)備故障率增加、設(shè)備壽命減短等因素造成的維護(hù)成本增加）。解決企業(yè)電力供需矛盾，除采用科學(xué)節(jié)能的新產(chǎn)品、新技術(shù)、新工藝外，改善電力環(huán)境、搞高電能使用效率、降低損耗也是緩解供電壓力的有效途徑。采用無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)是企業(yè)改善供電質(zhì)量不失為一條有效的途徑。做好無(wú)功補(bǔ)償工作，不但可起到擴(kuò)大現(xiàn)有輸變電設(shè)備供電能力、改善電能質(zhì)量、降低線路損耗、緩解供電能力不足的作用，而且還能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，如延長(zhǎng)供用電設(shè)備的使用壽命、降低用戶的電費(fèi)支出等。
1、無(wú)功補(bǔ)償目前存在的問(wèn)題
由于無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)備選型不合理、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)設(shè)置不正確造成的設(shè)備非正常工作，不僅沒(méi)有給企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益反而由于無(wú)功過(guò)補(bǔ)償或欠補(bǔ)償造成不必要的罰款，甚至是影響其它設(shè)備的正常工作。無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)非正常工作主要集中在以下幾個(gè)方面：
1.1 容量不匹配
一般控制器均配備有12組電力移相電容器，容量不匹配主要集中在電容器單體容量配置過(guò)大。由于每個(gè)單體電容器容量是固定的，當(dāng)系統(tǒng)所需的電容量小于單組電容器最小容量時(shí)，電容器組不投入工作時(shí)系統(tǒng)存在功率因素過(guò)低呈感性(久補(bǔ))，而當(dāng)電容器投入工作時(shí)又會(huì)因?yàn)樗兜碾娙萜魅萘窟^(guò)大造成系統(tǒng)過(guò)補(bǔ)呈容性(同樣導(dǎo)致功率因素過(guò)低)。如果投切控制不當(dāng)，還會(huì)造成電容器不斷的投入、斷開、投入、斷開形成投切振蕩。
1.2 負(fù)荷變動(dòng)造成不匹配
對(duì)于建站初期負(fù)荷較小，以后負(fù)荷逐漸增大的情況。由于無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)上都有一定的冗余量，故此情況下擴(kuò)容量不超過(guò)冗余量是不會(huì)引起無(wú)功補(bǔ)償異常。反倒是由于企業(yè)設(shè)備更新、改造后，原有設(shè)備功率因素提高后造成系統(tǒng)無(wú)功的需求減少，從而引起容量不匹配。如：某隧道燈具原使用線圈式整流器高壓納燈，后改為電子式整流器高壓納燈。
影響最大的還要數(shù)正負(fù)無(wú)功變化較大的場(chǎng)合。如企業(yè)某設(shè)備群無(wú)功分量較大，下班后設(shè)備群停止工作后系統(tǒng)無(wú)功分量就主要來(lái)自于變壓器等電源設(shè)備。此時(shí)系統(tǒng)所需的電容量若小于單組電容器最小容量時(shí)，系統(tǒng)就容量出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)或欠補(bǔ)。這也是企業(yè)變壓器輕載后功率因素不達(dá)標(biāo)的因素之一。
1.3 參數(shù)設(shè)置不當(dāng)引起的異常
由于移相電容無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的工作原理是通過(guò)增加容抗抵消系統(tǒng)感抗，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無(wú)功的調(diào)節(jié)。但電容和電抗的組合必然會(huì)在某些頻率下產(chǎn)生共振，這種由電感L和電容C組成的，可以在一個(gè)或若干個(gè)頻率上發(fā)生諧振現(xiàn)象的電路，統(tǒng)稱為諧振電路(如圖1)。
圖片關(guān)鍵詞
圖1
此時(shí)系統(tǒng)阻抗最低，容抗和感抗相抵消后系統(tǒng)阻抗等于電阻。
用公式表示為：
Z =R+jXL?jXC=R
其中，Z為阻抗，R為電阻，XL-XC=感抗-容抗=電抗。
從公式中間可以清晰的看出：當(dāng)感抗XL與容抗XC相等的時(shí)候，Z中間只包含實(shí)分量R，即純電阻。此時(shí)即為諧振。高電壓、大電流將會(huì)破壞電器設(shè)備。電路諧振時(shí)，電流或電壓將會(huì)增大。這是由于自由電子運(yùn)動(dòng)與宏觀物體運(yùn)動(dòng)一樣具有慣性，如果沒(méi)有外力作用，將保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)，在電感與電容并串聯(lián)電路中，當(dāng)純電阻很小時(shí)，自由電子在電場(chǎng)力作用下，應(yīng)產(chǎn)生勻加速運(yùn)動(dòng)，但因電子運(yùn)動(dòng)速度是恒定的，就使同向運(yùn)動(dòng)電子的數(shù)量勻加速增大，因此要避免電力系統(tǒng)產(chǎn)生諧振，功率因素的設(shè)置就不能設(shè)置為1，介于變壓器、發(fā)電機(jī)等均為感性設(shè)備避免出現(xiàn)“空載諧振”功率因素應(yīng)偏感性為好。
此外由于電容補(bǔ)償具有抬升電壓的作用，而發(fā)電機(jī)的出廠功率因素一般為0.8，此時(shí)若無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)將功率因素設(shè)置過(guò)高，即可將發(fā)電機(jī)電壓抬升。如某發(fā)電機(jī)輸出電壓為400V(考濾輸出壓降，一般變壓器、發(fā)電機(jī)均將輸出調(diào)節(jié)至400V)，此時(shí)若無(wú)功系統(tǒng)投入工作后，容抗與感抗抵消后電源的阻抗變小后電源電壓降減少，故而系統(tǒng)輸出電壓得以提升。柴油發(fā)電機(jī)，容量小，其無(wú)功功率小，變化大，很難實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償?shù)倪m配切換;一旦出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償，發(fā)電機(jī)輸出電壓上飄過(guò)壓，發(fā)電機(jī)將會(huì)過(guò)高保護(hù)而停機(jī)。
E=I(Z內(nèi)+Z外) U外=E-U內(nèi)=IZ內(nèi)-IZ外 Z =R+jXL?jXC=R
[無(wú)功補(bǔ)償]低壓非對(duì)稱無(wú)功補(bǔ)償解決方案 (2)
1.4 諧波的影響
由于在 R 、 L 、 C 的串聯(lián)電路中，電壓與電流的相位差。 一般情況下 X L -X C ≠ 0 ，即 u 、 i 不同相，但適當(dāng)調(diào)節(jié) L 、 C 或 f ，可使 X L =X C ， X L -X C =0 時(shí)，這時(shí) u 與 i 同相，電路呈現(xiàn)電阻性， cos Φ =1 ，電路的這種現(xiàn)象稱串聯(lián)諧振現(xiàn)象。
見公式：
XL=2 π fL 圖片關(guān)鍵詞
可見當(dāng)L與C的值固定時(shí)，影響感抗與容抗的值就只有頻率F。我國(guó)電網(wǎng)中的頻率是固定的(F=50HZ)，由于半導(dǎo)體晶閘管的開關(guān)操作和二極管、半導(dǎo)體晶閘管的非線性特性，電力系統(tǒng)的某些設(shè)備如功率轉(zhuǎn)換器，就會(huì)有比較大的背離正弦曲線波形。三相整流負(fù)載，由于負(fù)載的對(duì)稱性故出現(xiàn)的諧波電流是6n±1次諧波，例如5、7、11、13、17、19等，變頻器主要產(chǎn)生5、7次諧波。例如熒光燈的電子控制調(diào)節(jié)器產(chǎn)生大強(qiáng)度的3 次諧波( 150 赫茲)。當(dāng)電網(wǎng)參數(shù)配合不利時(shí)，在一定的諧波頻率下，就可形成諧波振蕩，產(chǎn)生過(guò)電壓或過(guò)電流，危及電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，如不加以治理極易引發(fā)輸配電事故的發(fā)生。諧波也是影響電容壽命的一大因素。
2、傳統(tǒng)補(bǔ)償方式(靜態(tài)補(bǔ)償 )
其是一種根據(jù)指令，按一定步長(zhǎng)或其倍數(shù)連續(xù)對(duì)無(wú)功負(fù)荷進(jìn)行的補(bǔ)償。用并聯(lián)電容器改善供配電系統(tǒng)及連續(xù)運(yùn)行的異步電動(dòng)機(jī)、其它感性負(fù)荷功率因數(shù)的各類無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。這種補(bǔ)償投切依靠于接觸器的動(dòng)作，當(dāng)電網(wǎng)的負(fù)荷呈感性時(shí)，如使用大量電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)等負(fù)載，這時(shí)電網(wǎng)的電流滯帶后電壓一個(gè)角度。當(dāng)負(fù)荷呈容性時(shí)，如過(guò)量的補(bǔ)償裝置的控制器，這是電網(wǎng)的電流超前于電壓的一個(gè)角度，即功率因數(shù)超前或滯后是指電流與電壓的相位關(guān)系。通過(guò)補(bǔ)償裝置的控制器檢測(cè)供電系統(tǒng)的物理量，來(lái)決定電容器的投切，這個(gè)物理量可以是功率因數(shù)或無(wú)功電流或無(wú)功功率。
2.1 梯形的電容配置
靜態(tài)補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償容量是固定步長(zhǎng)或其倍數(shù)不能隨負(fù)荷而變化，只能分級(jí)補(bǔ)償固定的無(wú)功功率(其補(bǔ)償精度決定于電容器組中單臺(tái)電容器的電容量), 而不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)、線性的補(bǔ)償。“欠補(bǔ)”和“過(guò)補(bǔ)”交替發(fā)生，計(jì)費(fèi)方式又為“反轉(zhuǎn)正計(jì)”，使得變電所平均功率因數(shù)補(bǔ)償精度差，不適合在無(wú)功負(fù)荷變化快的場(chǎng)合。在負(fù)荷變動(dòng)大的場(chǎng)所用固定補(bǔ)償方案解決不了功率因數(shù)問(wèn)題，不能隨負(fù)荷的無(wú)功波動(dòng)隨機(jī)的調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)娜菪詿o(wú)功，所以不具備抑制諧波和電壓波動(dòng)。要解決功率因數(shù)問(wèn)題，抑制諧波和電壓波動(dòng)，必須放棄固定補(bǔ)償方案。
2.2 采用電磁式接觸器
該接觸器是在普通交流接觸器的主觸點(diǎn)上加裝了一套限流阻抗，在電容器投切不頻繁時(shí)，起到了一定的作用。由于其采用電磁式接觸器作為投切開關(guān)，靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)因受電流浪涌沖擊，接觸器動(dòng)作頻繁有觸點(diǎn)易損壞，電容器為階梯型投切，有合閘涌流和過(guò)補(bǔ)償?shù)目赡�，容易發(fā)生投切振蕩。采用專用接觸器進(jìn)行電容器投切的無(wú)功補(bǔ)償裝置，只適用于在負(fù)荷基本平穩(wěn)、且三相電壓基本平衡的理想工作環(huán)境下使用。
2.3 全相補(bǔ)償方式
電容器組三相角形聯(lián)結(jié)便于自動(dòng)濾除三次諧波,一體化封裝則便于安裝。對(duì)無(wú)功控制器要求也較低，電壓、電流采樣只要采集一組數(shù)據(jù)即可，而無(wú)須對(duì)三相電壓、電流都進(jìn)行采樣。采用三角形聯(lián)較星形連接其提供的無(wú)功將比星形聯(lián)接大三倍，故可采用較小的電容。但在單相設(shè)備較多的場(chǎng)合，各相之間的無(wú)功功率是不一樣的。采用全相補(bǔ)償容易造成三相補(bǔ)償不平衡，造成部分相序過(guò)補(bǔ)或欠補(bǔ)，這種情況在某車間線路缺相的情況也是可以發(fā)生的，在缺相時(shí)三相負(fù)荷的有功及無(wú)功平衡均會(huì)被打破。
2.4 諧波治理
為將共振點(diǎn)調(diào)整到?jīng)]有諧波的頻率，一般都裝有串聯(lián)電抗器，它的作用主要有限制合閘涌流，使其不超過(guò)20倍;抑制供電系統(tǒng)的高次諧波，用來(lái)保護(hù)電容器及防止產(chǎn)生諧振。標(biāo)準(zhǔn)抗諧振型(串有6%或12%電抗器)：主要適用于含有少量諧波，負(fù)荷變化較快的系統(tǒng)中，一般情況下，在這種系統(tǒng)中。然而，串聯(lián)電抗與電容器不能隨意組合，若不考慮電容裝置接入處電網(wǎng)的實(shí)際情況，采用“一刀切”的配置方式(如電容器一律配用電抗率為5%～6%的串抗)，往往適得其反，招致某次諧波的嚴(yán)重放大甚至發(fā)生諧振，危及裝置與系統(tǒng)的安全。
3、非對(duì)稱復(fù)合補(bǔ)償
3.1 控制器采樣選擇
無(wú)功功率補(bǔ)償控制器有三種采樣方式，功率因數(shù)型、無(wú)功功率型、無(wú)功電流型。功率因素方式由于其實(shí)現(xiàn)成本低，廣泛應(yīng)用于企業(yè)各類傳統(tǒng)的補(bǔ)償方式中。其在運(yùn)行中既要保證線路系統(tǒng)穩(wěn)定、無(wú)振蕩現(xiàn)象出現(xiàn)，又要兼顧補(bǔ)償效果。舉例說(shuō)明：設(shè)定投入門限;cosΦ=0.95(滯后)此時(shí)線路重載荷，即使此時(shí)的無(wú)功損耗已很大，再投電容器組也不會(huì)出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償，但cosΦ只要不小于0.95，控制器就不會(huì)再有補(bǔ)償指令，也就不會(huì)有電容器組投入，所以這種控制方式建議不作為推薦的方式。
無(wú)功功率(無(wú)功電流)型的控制器較完善的解決了功率因數(shù)型的缺陷。一個(gè)設(shè)計(jì)良好的無(wú)功型控制器是智能化的，有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，能兼顧線路的穩(wěn)定性及檢測(cè)及補(bǔ)償效果，并能對(duì)補(bǔ)償裝置進(jìn)行完善的保護(hù)及檢測(cè)，這類控制器一般都具有自動(dòng)、手動(dòng)切換、自識(shí)別各路電容器組的功率、根據(jù)負(fù)載自動(dòng)調(diào)節(jié)切換時(shí)間、諧波過(guò)壓報(bào)警及保護(hù)、線路諧振報(bào)警、過(guò)電壓保護(hù)、線路低電流報(bào)警、電壓、電流畸變率測(cè)量、顯示電容器功率、顯示cosΦ、U、I、S、P、Q及頻率。 由以上功能就可以看出其控制功能的完備，由于是無(wú)功型的控制器，也就將補(bǔ)償裝置的效果發(fā)揮得淋漓盡致。如線路在重負(fù)荷時(shí)，那怕cosΦ已達(dá)到0.99(滯后)，只要再投一組電容器不發(fā)生過(guò)補(bǔ)，也還會(huì)再投入一組電容器，使補(bǔ)償效果達(dá)到最佳的狀態(tài)。
3.2 可調(diào)容電容器組的實(shí)現(xiàn)
無(wú)功補(bǔ)償其實(shí)質(zhì)就是調(diào)節(jié)電容器的無(wú)功輸出，通常使用的方法就是通過(guò)增加減少電容器的數(shù)量而實(shí)現(xiàn)電容器組無(wú)功輸出的變化。然后這種通過(guò)調(diào)整電容量器數(shù)量的控制方式，前面我們已經(jīng)講到它存在著只能分級(jí)補(bǔ)償固定的無(wú)功功率，容易發(fā)生過(guò)補(bǔ)或欠補(bǔ)。
Q=U(XL?jXC) 圖片關(guān)鍵詞
根據(jù)無(wú)功功率的計(jì)算公式，我們可以知道要想改變電容器的無(wú)功輸出，可以通過(guò)改變市電頻率、市電電壓及增加感性無(wú)功等方式實(shí)現(xiàn)。然后國(guó)家規(guī)定我國(guó)市電頻率為50HZ，市電壓為220V/380V，因此改變市電頻率是不可行。但可以通過(guò)可以通過(guò)轉(zhuǎn)換電容器組“Y-△”結(jié)線方式從而實(shí)現(xiàn)電容器工作電壓在220V/380V之間轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)功率1X/3X之間的轉(zhuǎn)換�？梢姶朔N方式仍然改變不了分級(jí)補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)，僅是縮小電容組的梯度。若通過(guò)采用電感與電容的串聯(lián)接法，通過(guò)調(diào)節(jié)電抗以達(dá)到調(diào)節(jié)無(wú)功輸出的目的，從原理上分析，這種方式響應(yīng)速度快，閉環(huán)使用時(shí)，可做到無(wú)差調(diào)節(jié)。從理論上講此補(bǔ)償量可只選擇1組電容器即可，但是要求選用的調(diào)節(jié)電感變化范圍要求較大，要在很大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，所以體積也相對(duì)較大。故在實(shí)際運(yùn)用中以電容組補(bǔ)償先固定步長(zhǎng)或其倍數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償作為粗調(diào)，再通過(guò)小容量的電容組串接可調(diào)式電感器作為細(xì)調(diào)。效果一樣，可避免可調(diào)式電感體積過(guò)大的情況，也減少了可調(diào)線圈本身的線損。
圖片關(guān)鍵詞
此外還可通過(guò)對(duì)電容量按十進(jìn)制的方式分級(jí)組合，通過(guò)確定單位數(shù)量其在個(gè)位、十位、百位、千位甚至是萬(wàn)位的相應(yīng)數(shù)字，各級(jí)別容量分別投切的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)電容器容量的調(diào)節(jié)。如分別在若干個(gè)等級(jí)內(nèi)設(shè)置單位為1、2、2、5的電容量器，這樣0-9單位內(nèi)的任一數(shù)值就可以通過(guò)上述三位數(shù)值的組合實(shí)現(xiàn)。如：3=1+2;9=5+2+2。我們可以根據(jù)數(shù)據(jù)所需無(wú)功變化范圍設(shè)定相應(yīng)的組，如某企業(yè)電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)投切范圍所需電容容量為1-10000，我們就可以在個(gè)位、十位、百位、千位上各設(shè)置一組相應(yīng)級(jí)別單位數(shù)量的1、2、2、5的電容器。如：我們所需容量為9561，這樣個(gè)位將有1，十位有5、1，百位有5、千位有5、2、2投入工作。這里我們要說(shuō)明的是，個(gè)、十、百、千相應(yīng)的單位數(shù)量可以是uF、F、KF等，如9561KF，即代表個(gè)位上的電容量分別為1KF、2KF、2KF、3kF、5KF;十位上的電容量分別為10KF、20KF、20KF、30kF、50KF;而百位上的容量即100KF、200KF、200KF、300kF、500KF;以此類推。
3.3 分相補(bǔ)償
在有些電網(wǎng)中存在三相不平衡的情況，尤其以電焊機(jī)車間最明顯，若三相一起補(bǔ)償勢(shì)必會(huì)在某相造成欠補(bǔ)償、在某相造成過(guò)補(bǔ)償。為解決這一問(wèn)題，需采取三相分相補(bǔ)償?shù)姆绞�。采�?ldquo;Y-△”結(jié)線方式;共補(bǔ)與分補(bǔ)相結(jié)合，依據(jù)“填平補(bǔ)齊”原則，緩和三相不平衡，既經(jīng)濟(jì)又合理。共補(bǔ)時(shí)將電容器組成組采用△形接法投入，而分相補(bǔ)償時(shí)則采用Y形接法單個(gè)投入。
3.4 一體化復(fù)合開關(guān)的使用
用接觸器投切無(wú)功補(bǔ)償電容器，會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，不僅會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成干擾，而且影響電容器使用壽命。近些年，國(guó)內(nèi)外廣泛采用的晶閘管投切電容器(TSC)無(wú)功補(bǔ)償裝置，很好地解決了接觸器投切電容器裝置的問(wèn)題，其無(wú)觸點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)快速投切，不會(huì)產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象，能抑制涌流，但TSC裝置最明顯的缺點(diǎn)是晶閘管元件有較大電壓降，不僅存在一定的功率損耗，也需要采用風(fēng)扇和散熱器來(lái)解決裝置的通風(fēng)與散熱問(wèn)題，而風(fēng)扇停運(yùn)會(huì)影響裝置的正常運(yùn)行，因此風(fēng)扇這種旋轉(zhuǎn)設(shè)備的使用，降低了TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置的可靠性。
用晶閘管的易控和無(wú)觸點(diǎn)特性，使反向并聯(lián)晶閘管工作在電容器投切瞬間的暫態(tài)過(guò)程中，起到抑制涌流、過(guò)壓和拉弧現(xiàn)象，并能實(shí)現(xiàn)快速投切。利用交流接觸器在可靠閉合時(shí)，其主觸點(diǎn)接觸電阻小、導(dǎo)通容量大、壓降小、功耗小、工作安全可靠等特性，使其工作在電容器投入后和切除前的穩(wěn)態(tài)過(guò)程中，起到電容器向電網(wǎng)提供無(wú)功能量的主通道作用。
圖片關(guān)鍵詞
4、結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，采用無(wú)功補(bǔ)償可以提高功率因數(shù)，是一項(xiàng)投資少，收效快的節(jié)能措施。采用補(bǔ)償電容器進(jìn)行合理的補(bǔ)償一定能取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益，但要使低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、延長(zhǎng)供用電設(shè)備使用壽命、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的，就必須真正做到合理選型，以確保無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備滿足具體的使用要求。作為無(wú)功補(bǔ)償裝置的使用者和制造者，在關(guān)注設(shè)備成本的同時(shí)，還應(yīng)該充分考慮裝置的性能優(yōu)劣，從而獲得最大的綜合經(jīng)濟(jì)效益。
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