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如何選擇低壓無功功率補償裝置
如何選擇低壓無功功率補償裝置
無功功率補償裝置在電子供電系統(tǒng)中所承擔(dān)的作用是提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低供電變壓器及輸送線路的損耗,，提高供電效率,，改善供電環(huán)境。所以無功功率補償裝置在電力供電系統(tǒng)中處在一個*的非常重要的位置,。
應(yīng)該認(rèn)識到,，我國的電力浪費是很驚人的。有些地區(qū)電網(wǎng)質(zhì)量嚴(yán)重超標(biāo),，要改善這一狀況,，從電力設(shè)計部門到供電部門，再到用戶都要認(rèn)真對待,，對于所處的供電系統(tǒng),，它所提供的電網(wǎng)質(zhì)量如何？電損多少,？這個系統(tǒng)的負(fù)載對電網(wǎng)造成什么樣的影響,？等等，掌握了這些就可以做到合理的設(shè)計或改造這個供電系統(tǒng),。其中重要的一環(huán)就是選擇無功功率補償裝置,，合理的選擇補償裝置，可以做到最大限度的減少網(wǎng)絡(luò)的損耗,，使電網(wǎng)質(zhì)量提高,。反之，如選擇或使用不當(dāng),，可能造成供電系統(tǒng),，電壓波動，諧波增大等諸多因素,。所以對裝置要合理的選擇,，合理的使用，這樣可使電力部門受益,、國家受益 ,。
下面僅就低壓補償裝置的一些特點及其使用做一些描述。
一,、按投切方式分類
1,、延時投切方式
延時投切方式即人們熟稱的"靜態(tài)"補償方式。這種投切依靠于傳統(tǒng)的接觸器的動作,，當(dāng)然用于投切電容的接觸器專用的,，它具有抑制電容的涌流作用，如CJ----19,、CJX----2C等等,，延時投切的目的在于防止接觸器過于頻繁的動作時,，電容器造成損壞，更重要的是防備電容不停的投切導(dǎo)致供電系統(tǒng)振蕩,，這是很危險的,。當(dāng)電網(wǎng)的負(fù)荷呈感性時，如電動機,、電焊機等負(fù)載,，這時電網(wǎng)的電流滯帶后電壓一個角度，當(dāng)負(fù)荷呈容性時,，如過量的補償裝置的控制器,，這是電網(wǎng)的電流超前于電壓的一個角度 ，即功率因數(shù)超前或滯后是指電流與電壓的相位關(guān)系,。通過補償裝置的控制器檢測供電系統(tǒng)的物理量,，來決定電容器的投切，這個物理量可以是功率因數(shù)或無功電流或無功功率,。下面就功率因數(shù)型舉例說明,。當(dāng)這個物理量滿足要求時，如cosΦ超前且>0.98,，滯后且>0.95,，在這個范圍內(nèi)，此時控制器沒有控制信號發(fā)出,，這時已投入的電容器組不退出,，沒投入的電容器組也不投入。當(dāng)檢測到cosΦ不滿足要求時,，如cosΦ滯后且<0.95,，那么將一組電容器投入，并繼續(xù)監(jiān)測cosΦ如還不滿足要求,，控制器則延時一段時間（延時時間可整定）,，再投入一組電容器，直到全部投入為止,。當(dāng)檢測到超前信號如cosΦ<0.98,即呈容性載荷時,，那么控制器就逐一切除電容器組。要遵循的原則就是：先投入的那組電容器組在切除時就要先切除,。如果把延時時間整定為300s,，而這套補償裝置有十路電容器組，那么全部投入的時間就為30分鐘,，切除也這樣,。在這段時間內(nèi)無功損失補只能是逐步到位。如果將延時時間整定的很短,，或沒有設(shè)定延時時間,，就可能會出現(xiàn)這樣的情況,。當(dāng)控制器監(jiān)測到cosΦ<0.95,，迅速將電容器組逐一投入,，而在投入期間，此時電網(wǎng)可能已是容性負(fù)載即過補償了,，控制器則控制電容器組逐一切除,，周而復(fù)始，形成震蕩,，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰,。是否能形成振蕩與負(fù)載的性質(zhì)有密切關(guān)系，所以說這個參數(shù)需要根據(jù)現(xiàn)場情況整定,，要在保證系統(tǒng)安全的情況下,，再考慮補償效果。它的主要缺陷就是犧牲短期行為的大負(fù)荷所造成的無功損耗,，如電焊機,、沖床等以保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定。這種補償方式適用于電流載荷相對平穩(wěn),，廠礦及住宅區(qū)
2,、瞬時投切方式
瞬時投切方式即人們熟稱的"動態(tài)"補償方式，應(yīng)該說它是半導(dǎo)體電力器件與數(shù)字技術(shù)綜合的技術(shù)結(jié)晶,，實際就是一套快速隨動系統(tǒng),，控制器一般能在半個周波至1個周波內(nèi)完成采樣、計算,，在2個周期到來時,，控制器已經(jīng)發(fā)出控制信號了。通過脈沖信號使晶閘管導(dǎo)通,，投切電容器組大約20-30毫秒內(nèi)就完成一個全部動作,，這種控制方式是機械動作的接觸器類無法實現(xiàn)的。動態(tài)補償方式作為新一代的補償裝置有著廣泛的應(yīng)用前景?，F(xiàn)在很多開關(guān)行業(yè)廠都試圖生產(chǎn),、制造這類裝置且有的生產(chǎn)廠已經(jīng)生產(chǎn)出很不錯的裝置。當(dāng)然與國外同類產(chǎn)品相比從性能上,、元器件的質(zhì)量,、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上還有一定的差距 。
（1）動態(tài)補償?shù)木€路方式
①LC串接法原理如圖1所示,，這種方式采用電感與電容的串聯(lián)接法,，調(diào)節(jié)電抗以達(dá)到補償無功損耗的目的。從原理上分析,，這種方式響應(yīng)速度快,，閉環(huán)使用時,，可做到無差調(diào)節(jié)，使無功損耗降為零,。從元件的選擇上來說,，根據(jù)補償量選擇1組電容器即可，不需要再分成多路,。
既然有這么多的優(yōu)點,，應(yīng)該是非常理想的補償裝置了。但由于要求選用的電感量值大,，要在很大的動態(tài)范圍內(nèi)調(diào)節(jié),，所以體積也相對較大，價格也要高一些,，再加一些技術(shù)的原因,，這項技術(shù)到目前來說還沒有被廣泛采用或使用者很少。
②采用電力半導(dǎo)體器件作為電容器組的投切開關(guān),，較常采用的接線方式如圖2,。圖中BK為半導(dǎo)體器件，C1為電容器組,。
這種接線方式采用2組開關(guān),，另一相直接接電網(wǎng)省去一組開關(guān)，有很多*性,。
作為補償裝置所采用的半導(dǎo)體器件一般都采用晶閘管,，其優(yōu)點是選材方便，電路成熟又很經(jīng)濟,。其不足之處是元件本身不能快速關(guān)斷,，在意外情況下容易燒毀，所以保護措施要完善,。當(dāng)解決了保護問題,，作為電容器組投切開關(guān)應(yīng)該是較理想的器件。
動態(tài)補償?shù)膽?yīng)用范圍前面已做了簡單介紹,，但就其實際的補償效果還要看控制器是否有較高的性能及參數(shù),。很重要的一項就是要求控制器要有良好的動態(tài)響應(yīng)時間，準(zhǔn)確的投切功率,，還要有較高的自識別能力,，這樣才能達(dá)到最佳的補償效果。
當(dāng)控制器采集到需要補償?shù)男盘柊l(fā)出一個指令（投入一組或多組電容器的指令）,，此時由觸發(fā)脈沖去觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通,，相應(yīng)的電容器組也就并人線路運行。需要強調(diào)的是晶閘管導(dǎo)通的條件必須滿足其所在相的電容器的端電壓為零，以避免涌流造成元件的損壞,，半導(dǎo)體器件應(yīng)該是無涌流投切,。當(dāng)控制指令撤消時，觸發(fā)脈沖隨即消失,，晶閘管零電流自然關(guān)斷,。關(guān)斷后的電容器電壓為線路電壓交流峰值，必須由放電電阻盡快放電,，以備電容器再次投入,。
元器件可以選單項晶閘管反并聯(lián)或是雙向晶 閘管,，也可選適合容性負(fù)載的固態(tài)接觸器,，這樣可以省去過零觸發(fā)的脈沖電路，從而簡化線路,，元件的耐壓及電流要合理選擇,，散熱器及冷卻方式也要考慮周全。
3,、混合投切方式
實際上就是靜態(tài)與動態(tài)補償?shù)幕旌?，一部分電容器組使用接觸器投切，而另一部分電容器組使用電力半導(dǎo)體器件,。這種方式在一定程度上可做到優(yōu)勢互補,，但就其控制技術(shù)，目前還見到完善的控制軟件,，該方式用于通常的網(wǎng)絡(luò)如工礦,、小區(qū)、域網(wǎng)改造,，比起單一的投切方式拓寬了應(yīng)用范圍,，節(jié)能效果更好。補償裝置選擇非等容電容器組,，這種方式補償效果更加細(xì)致,，更為理想。還可采用分相補償方式,，可以解決由于線路三相不平行造成的損失,。
在無功功率補償裝置的應(yīng)用方面，選擇那一種補償方式,，還要依電網(wǎng)的狀況而定,，首先對所補償?shù)木€路要有所了解，對于負(fù)荷較大且變化較快的工況,，電焊機,、電動機的線路采用動態(tài)補償，節(jié)能效果明顯,。對于負(fù)荷相對平穩(wěn)的線路應(yīng)采用靜態(tài)補償方式,，也可使用動態(tài)補償裝置,。對于一些特殊的工作環(huán)境就要慎重選擇補償方式，尤其線路中含有瞬變高電壓,、大電流沖擊的場合是不能采用動態(tài)補償?shù)?。一般電焊工作時間均在幾秒鐘以上，電動機啟動也在幾秒鐘以上,，而動態(tài)補償?shù)捻憫?yīng)時間在幾十毫秒,，按40毫秒考慮則從40毫秒到5秒鐘之內(nèi)是一個相對的穩(wěn)態(tài)過程，動態(tài)補償裝置能完成這個過程,。如果線路中沒有出現(xiàn)這么一段相對的穩(wěn)態(tài)過程并能量又有較大的變化,，我們把它稱為瞬變或閃變，采用動態(tài)補償就要出問題并可能引發(fā)事故,。
二,、無功功率補償控制器
無功功率補償控制器有三種采樣方式，功率因數(shù)型,、無功功率型,、無功電流型。
選擇那一種物理控制方式實際上就是對無功功率補償控制器的選擇,?？刂破魇菬o功補償裝置的指揮系統(tǒng)，采樣,、運算,、發(fā)出投切信號，參數(shù)設(shè)定,、測量,、元件保護等功能均由補償控制器完成。十幾年來經(jīng)歷了由分立元件--集成線路--單片機--DSP芯片一個快速發(fā)展的過程,，其功能也愈加完善,。就國內(nèi)的總體狀況，由于市場的需求量很大,，生產(chǎn)廠家也愈來愈多,，其性能及內(nèi)在質(zhì)量差異很大，很多產(chǎn)品名不符實,，在選用時需認(rèn)真對待,。在選用時需要注意的另一個問題就是國內(nèi)生產(chǎn)的控制器其名稱均為"XXX無功功率補償控制器"，名稱里出現(xiàn)的"無功功率"的含義不是這臺控制器的采樣物理量,。采樣物理量取決于產(chǎn)品的型號,，而不是產(chǎn)品的名稱。
1、功率因數(shù)型控制器
功率因數(shù)用cosΦ表示,，它表示有功功率在線路中所占的比例,。當(dāng)cosΦ=1時，線路中沒有無功損耗,。提高功率因數(shù)以減少無功損耗是這類控制器的最終目標(biāo),。這種控制方式也是很傳統(tǒng)的方式，采樣,、控制也都較容易實現(xiàn),。
"延時"整定，投切的延時時間,，應(yīng)在10s-120s范圍內(nèi)調(diào)節(jié) "靈敏度"整定,，電流靈敏度，不大于0-2A ,。
投入及切除門限整定,，其功率因數(shù)應(yīng)能在0.85（滯后）-0.95（超前）范圍內(nèi)整定。
過壓保護設(shè)量
顯示設(shè)置,、循環(huán)投切等功能
這種采樣方式在運行中既要保證線路系統(tǒng)穩(wěn)定、無振蕩現(xiàn)象出現(xiàn),，又要兼顧補償效果,，這是一對矛盾，只能在現(xiàn)場視具體情況將參數(shù)整定在較好的狀態(tài)下工作,。即使調(diào)整的較好,，也無法禰補這種方式本身的缺陷，尤其是在線路重負(fù)荷時,。舉例說明：設(shè)定投入門限,；cosΦ=0.95（滯后）此時線路重載荷，即使此時的無功損耗已很大,，再投電容器組也不會出現(xiàn)過補償,，但cosΦ只要不小于0.95，控制器就不會再有補償指令,，也就不會有電容器組投入,，所以這種控制方式建議不做為推薦的方式。
2,、無功功率（無功電流）型控制器
無功功率（無功電流）型的控制器較完善的解決了功率因數(shù)型的缺陷,。一個設(shè)計良好的無功型控制器是智能化的，有很強的適應(yīng)能力,，能兼顧線路的穩(wěn)定性及檢測及補償效果,，并能對補償裝置進(jìn)行完善的保護及檢測，這類控制器一般都具有以下功能：四象限操作、自動,、手動切換,、自識別各路電容器組的功率、根據(jù)負(fù)載自動調(diào)節(jié)切換時間,、諧波過壓報警及保護,、線路諧振報警、過電壓保護,、線路低電流報警,、電壓、電流畸變率測量,、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，由于是無功型的控制器,，也就將補償裝置的效果發(fā)揮得,。如線路在重負(fù)荷時，那怕cosΦ已達(dá)到0.99（滯后）,，只要再投一組電容器不發(fā)生過補,，也還會再投入一組電容器，使補償效果達(dá)到最佳的狀態(tài),。采用DSP芯片的控制器,，運算速度大幅度提高，使得富里葉變換得到實現(xiàn),。當(dāng)然,，不是所有的無功型控制器都有這么完備的功能。國內(nèi)的產(chǎn)品相對于國外的產(chǎn)品還存在一定的差距,。
3,、用于動態(tài)補償?shù)目刂破?/strong>
對于這種控制器要求就更高了，一般是與觸發(fā)脈沖形成電路一并考慮的,，要求控制器抗干擾能力強,，運算速度快，更重要的是有很好的完成動態(tài)補償功能,。由于這類控制器也都基于無功型,，所以它具備靜態(tài)無功型的特點,。
目前，國內(nèi)用于動態(tài)補償?shù)目刂破?，與國外同類產(chǎn)品相比有較大的差距,，一是在動態(tài)響應(yīng)時間上較慢，動態(tài)響應(yīng)時間重復(fù)性不好,。二是補償功率不能一步到位,，這些應(yīng)是生產(chǎn)廠家要重點解決的問題。另外,，相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)也尚未見到,，這方面落后于發(fā)展。
三,、濾波補償系統(tǒng)
由于現(xiàn)代半導(dǎo)體器件應(yīng)用愈來愈普遍,，功率也更大，但它的負(fù)面影響就是產(chǎn)生很大的非正弦電流,。使電網(wǎng)的諧波電壓升高,，畸變率增大，電網(wǎng)供電質(zhì)量變壞,。
如果供電線路上有較大的諧波電壓,，尤其5次以上，這些諧波將被補償裝置放大,。電容器組與線路串聯(lián)諧振,，使線路上的電壓、電流畸變率增大,，還有可能造成設(shè)備損壞，再這種情況下補償裝置是不可使用的,。解決方法就是在電容器組串接電抗器來組成諧波濾波器,。濾波器的設(shè)計要使在工頻情況下呈容性，以對線路進(jìn)行無功補償,，對于諧波則為感性負(fù)載,，以吸收部分諧波電流，改善線路的畸變率,。增加電抗器后,，要考慮電容端電壓升高的問題。
濾波補償裝置即補償了無功損耗又改善了線路質(zhì)量,，雖然成本提高較多,，但對于諧波成分較大的線路還是應(yīng)盡量考慮采用。不能認(rèn)為裝置一時不出問題就認(rèn)為沒有問題存在,。
四,、元器件
1,、電容器
早先的工藝是由2個電極泊與絕緣膜繞制而成。而現(xiàn)在的技術(shù)則在電介質(zhì)的兩個面鍍上金屬體為電極,，從體積容量比及電性能上都有很大的提高,。其最大的改進(jìn)就是電容器的自然恢復(fù)性能，即使電介質(zhì)某一部位擊穿,，也不會損壞電容器,。還有的在電容器內(nèi)部設(shè)有過熱保護或過流保護。
選擇電容器主要是確認(rèn)電容器的可靠性及壽命,。最好做較深入的了解,，如過電壓能力、介質(zhì)材料及厚度等這些與電容器的壽命有密切關(guān)系的指標(biāo),。如果電網(wǎng)質(zhì)量比較好,，就可選擇常規(guī)的電容器。如果電網(wǎng)電壓畸變率在≥5%且≤10%時,則可選擇油浸電容器．油浸電容器負(fù)載能力較強,。
2,、接觸器
應(yīng)該選擇轉(zhuǎn)專用于投切電容器的接觸器。這種接觸器與常規(guī)接觸器不同,。一般增加了抑制涌流的裝置及放電觸頭,。
選擇時主要是看抑制涌流的能力，按規(guī)定應(yīng)不大于額定電流的５０倍,，較好的接觸器可以做到２０倍之內(nèi),。還要了解其可靠性如何，以降低設(shè)備的故障率,。