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電容補償
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智能電容器


圖1

在供電系統中,電容補償應用廣泛,它不但補償無功功率,提高電能質量,降低損耗,提高設備的功率因數,還能減少配變安裝容量,改善設備運行條件,節約電能。對企業可減少功率損失,提高電網輸電效率。
一、電容補償作用
    電容補償就是無功補償或者功率因數補償。在電力系統中,用電設備會在使用時過程中產生無功功率,而且通常表示為電感性,它會使電源容量的使用效率降低,而通過在系統中適當地增加電容的方式就可以得以改善。 電力電容補償也稱功率因數補償。
    它的作用是:
    電容在交流電路里可將電壓維持在較高的平均值,可改善增加電路電壓的穩定性。
    對大電流負載的突發啟動給予電流補償,電力補償電容組可提供巨大的瞬間電流,可減少對電網的沖擊。
    電路里大量的感性負載會使電網的相位產生偏差,(感性元件會使交流電流相位滯后,電壓相位超前90度)。而電容在電路里的特性與電感正好相反,起補償作用。
   在一定的有功功率下,當用電企業 cosΦ越小,其視在功率也越大,為滿足用電的需要,供電線路和變壓器的容量也越大,這樣,不僅增加供電投資,降低設備利用率,也將增加線路網損。負載的功率因數低,對電力系統不利。在電網高峰負荷時,用戶的功率因數應達到的標準:高壓用電的工業用戶和高壓用電裝有帶負荷調整電壓裝置的電力用戶,功率因數為 0.9 以上;其它 100KVA 及以上電力用戶和大中型電力排灌站,功率因數為 0.85 以上;農業用電功率因數為 0.80 以上。   采用并聯電容器進行無功補償的方式可以有集中補償、分組補償及個別補償等。
     個別補償。即在用電設備附近按其本身無功功率的需要量裝設電容器組,與用電設備同時投入運行和斷開,也就是再實際中將電容器直接接在用電設備附近。適合用于低壓網絡,優點是補嘗效果好,缺點是電容器利用率低。
     分組補償。即將電容器組分組安裝在車間配電室或變電所各分路出線上,它可與工廠部分負荷的變動同時投入或切除,也就是再實際中將電容器分別安裝在各車間配電盤的母線上。優點是電容器利用率較高且補償效果也較理想(比較折中)。
     集中補償。即把電容器組集中安裝在變電所的一次或二次側的母線 上。在實際中會將電容器接在變電所的高壓或低壓母線上,電容器組的容量按配電所的總無功負荷來選擇。優點:是電容器利用率高,能減少電網和用戶變壓器及供電線路的無功負荷。缺點:不能減少用戶內部配電網絡的無功負荷。
 二、電容補償應用中的問題

   在公用配變及用戶配變多采用集中補償方式,將并聯電容器組安裝在配電變壓器的低壓母線上,一般均采用成套裝置與低壓配電柜一起裝于室內。因此,并聯電容器組成套裝置均與所選用的配電柜型式相配套,以便于統一安裝及接線。而在實際在應用中會出現以理問題:
     工業廠房的供配電系統比民用住宅的供配電系統復雜,對廠房設備不熟悉,用電裝機容量未明確,而對這情況設計人員都以經驗來設計。往往會造成配變容量過大,導致補償過大,造成設備的浪費。嚴重影響投資成本、運營成本,不能滿足客戶需求。
     舊補償裝置柜里安裝的電容器較為統一每一組電容容量,如10KVAR×12組、12KVAR×10組、14KVAR×8組等,而在運行過程中,控制器設定的功率因數投入門限值是0.95(0.90-1.0可調),它會根據用電負荷的功率因數自動投切電容器組數。假設在12KVAR×10組當中,當負荷的功率因數低于0.90時,控制器就發出指令投入電容器,而當投入了6 組電容器后,又超出了控制器設定的限值0.95,此時,控制器又要發出指令退出2組電容器,當退出后又達不到所要求的功率因值,控制器又要發出指令投入電容器;如此反復,造成控制器頻繁投切,損壞電容組。
     在選用額定電容組電壓時,忽略了配電變壓器的首端電源電壓一般要超過400V,有的達420V左右。而低壓無功補償裝置柜都是安裝在配電變壓器低壓線母線側,處于電源的最前端,雖然電容補償在短時能在高于額定電壓下工作,但長期的超額定電壓狀態下運行,會縮短設備的壽命。 造成電容鼓包擊穿,這時電容器失效,需要及時更換,增加維護成本。
     選用控制器質量不好,當變壓空載或者輕載時,控制器不但沒有切斷電容組,并且還全電容組投入,使對地電容電流較大,電流超前于電壓的角度增加,功率因數降低,電路呈現容性,根據《功率因數調整電費方法》,供電企業需要對用電企業罰款。
 三、正確使用電容補償
   針對電容補償應用上的問題,提出解決辦法:
     工業用戶的多負荷補償容量的選擇:
     1)對已生產企業欲提高功率因數,其補償容量Qc按下式選擇:
Qc=KmKj(tgφ1-tgφ2)/Tm   
     式中:Km為最大負荷月時有功功率消耗量,由有功電能表讀得;

Kj為補償容量計算系數,可取0.8~0.9;Tm為企業的月工作小時數;tgφ1、tgφ2意義同前,tgφ1由有功和無功電能表讀數求得。
     2)對處于設計階段的企業,無功補償容量Qc按下式選擇:
Qc=KnPn(tgφ1-tgφ2)   
 式中Kn為年平均有功負荷系數,一般取0.7~0.75;

Pn為企業有功功率之和;

tgφ1、tgφ2意義同前。

tgφ1根據企業負荷性質查手冊近似取值,也可用加權平均功率因數求得cosφ1。
   對于工業負荷中設備存在有,如變頻器、整流器、中頻爐、電弧爐、電子式日光燈等諧波源,由于諧波會增加電氣設備的熱損耗,干擾其功能甚至引發故障。另外諧波可對信息系統產生頻率耦合干擾,普通的并聯電容器補償在諧波下可能發生諧波放大情況,損壞電容器和設備,并嚴重降低電能質量。對此在電容器回路中串聯電抗器,形成一個串聯諧振回路,可用于吸收諧波,降低電網電壓畸變,基波無功補償居次要位置。提高電網功率因數,同時吸收諧波,電容器容量按無功補償的要求配置。因此,對不同的用電企業,分析清楚現場的設備,了解是否存在諧波源存在,有利正確配置無功補償設備。
    在于設備選型上解決電容開關投切頻繁問題,一般低壓補償柜的電容投切開關主要分為三類,性能特點和應用場合不同:
 接觸器:價格便宜,性能穩定。但投切時由涌流、過電壓、電弧,故觸點易燒結,一般使用于負荷穩定,投切次數較少的場合。
     可控硅:投切時選擇交流值的過零點,無涌流無弧光,可迅速跟蹤負荷頻繁投切。但可控硅發熱嚴重,需配置獨立風扇散熱,因此經常燒壞甚至著火,而且價格較高。一般應用于負荷急劇變化的需頻繁投切的場合。
復合開關:集合了接觸器和復合開關兩者的主要優點并避免了其缺點,是目前主流開關,可應用于大部分場合。價格較高,另外因其也內置了接觸器,其響應速度比可控硅要長些,要求快速跟蹤投切的場合一般并不適用。
    對于負荷電流變化較大的場所,應采用動態補償,采用可控硅控制方式,快速投切,補償各電容的容量選用混合式電容組。
3.電容組應在運行在0.4kV以上的條件下正常工作。電容器運行中承受的長期工頻過電壓不大于1.1Un;電容器的過電壓和過電流符合GB12747-91要求。
四、現階段無功補償
  中山供電局對于無功補償非常重視,在電網改造中,率先投入使用永磁真空開關投切動態無功補償裝置。
 該設備具有三相四線檢測系統,可檢測各相的無功功率、有功功率、功率因數、電壓、電流等參量;真空投切元件同步選相控制器能自動尋找最佳投入(切除)點;實現過零投切、無涌流(投切電容器瞬間產生的涌流應可控制在電容器組額定電流的3倍以下)、無過壓(電容器切除);觸點不燒結;能耗??;無諧波注入;在電氣參數和機械參數發生變化時能自動修正投切點。具有可調投入及切除門限設定值,包括電流互感器變比;延時、過電壓、低電壓等參數的設置功能。對于分組投切電容器組的,具有循環投切設置功能。具有投切振蕩閉鎖功能,系統負載較輕時,控制器應具有防止投、切振蕩的措施,即超過設定的功率因數下限一定值范圍內對電容器的投切應有可設置0~120秒的延時。延遲時間應與放電時間相協調,保證電容器再次投入時,其端子間的電壓不高于電容器額定電壓的10%。采用帶磁性材料作為鐵芯制成的電抗器。有效防止諧波。
  低壓電容器組選用干式自愈式二芳基乙烷復合薄膜電容器,以混合補償的方法實現準確投切。配置如下表:
五、電容補償安裝使用中注意事項
  農網改造項目,對于舊有設備整改,就常出現新購置的低壓無功補償裝置柜。由于生產廠家的不同,一般只能把電容使用VV.電纜連接。這時要根據電容補償裝置柜配置的全部電容器的容量,即總的額定電流之和的1.5倍來選擇電源導線的截面積,其最小截面積不得小于50m㎡塑銅線,導線額定絕緣電壓1000V。電源線兩端連接一定要用銅線耳壓接,保證接觸面連接可靠。
  安全接地。電容器的金屬外殼必須可靠地固定電位。當電容器地額定電壓高于或等于電網電壓時,應將電容器外殼接地,以保障人身安全。當電容器地額定電壓低于電網電壓時,則應加強電容器對地絕緣,可用相當于電網絕緣水平地支柱絕緣子支撐電容器的安裝臺架,外殼再與臺架連接。
  電容放電。電容器再斷開電源后,極間仍可能有極高的殘余電壓。為此,在補償電容器之中應有內裝或外設的放電回路(電阻或電抗器、電壓互感器),使電容器的電壓在3min(額定電壓1000V以下的電容器組)或10min內(額定電壓在1000V及以上的電容器組)降至50V。為了防止帶電荷合閘及防止人身觸電傷亡事故,電容器組必須加裝放電裝置。
  對于設備維修方面,定期的外觀檢查,特別是電容組鼓包。檢查開關、控制器等設備是否正常運行,通過多功能電子表及功率因數表,記錄有功電量、無功電量、電壓、電流等數據,能盡早發現電容補償故障,并減少因此帶來的無功電費損失。
    注重日常維修,有良好的通風,避免受其他熱源的輻射,有助于延長電容補償工作壽命。
六、總結
  從我們的實踐來看,變壓器不宜空載運行或輕載運行,應將負荷率調至0.75左右。盡量采用自然功率因數較高的電氣設備,降低感性無功功率消耗。感性負載時投入電容器補償,容性負載時投入電抗器補償。對不同類型的用電設備,正確選擇先進的補償設備,有利于提高功率因數,減少給電網帶來的無功損耗。



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