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    智能集成式電力電容器在山東某環(huán)保材料制造廠中的應(yīng)用

    更新時間:2022-09-29      點擊次數(shù):527

    李婧婧     

    安科瑞微電網(wǎng)  江蘇江陰  202207
    摘要:分析智能集成式電力電容的工作原理及功能,結(jié)合山東環(huán)保材料制造廠配電現(xiàn)狀,選擇經(jīng)濟(jì)可靠的方案,智能電容過零投切與低功耗,解決了繼電器投切產(chǎn)生涌流的問題;接線簡單,擴(kuò)容方便,解決無功補償柜內(nèi)空間不足、補償容量不足的問題;帶有通訊功能可傳輸后臺,解決了補償配電分散管理、故障報警不及時的問題。
    關(guān)鍵詞:低壓智能電力電容器,無功補償,功率因數(shù)
    0概述
           對于電力系統(tǒng)中的供電部分,提供電能的發(fā)電機(jī)是按要求的額定電壓和額定電流設(shè)計的,發(fā)電機(jī)長期運行中,電壓和電流都不能超過額定值,否則會縮短其使用壽命,甚至損壞發(fā)電機(jī)。由于發(fā)電機(jī)是通過額定電流與額定電壓之積定額的,這意味著當(dāng)其接入負(fù)載為電阻時,理論上發(fā)電機(jī)得到*的利用,因為P= UIcosφ中的cosφ=1;但是當(dāng)負(fù)載為感性或容性時,cosφ<1,發(fā)電機(jī)就得不到充分利用。為了利用發(fā)電機(jī)的容量,即發(fā)電機(jī)產(chǎn)生有功較大,就要提高其功率因數(shù)。在低壓配電系統(tǒng)中,采用并聯(lián)電容器裝置對無功功率進(jìn)行集中補償或就地補償是降低線損、節(jié)約電能有效的方法。無功功率補償?shù)闹饕π牵簻p少設(shè)備和線路的功率損耗;穩(wěn)定電壓,提高供電質(zhì)量;提高電力變壓器的承載能力;在長距離輸電中,提高系統(tǒng)輸電穩(wěn)定性和輸電能力等。
           傳統(tǒng)的電容電抗無功補償裝置,補償精度低,功能單一,安裝接線復(fù)雜,同時不利于生產(chǎn)、運輸、安裝、調(diào)試和可靠運行,已經(jīng)嚴(yán)重制約它的發(fā)展,電容器在投切過程中容易產(chǎn)生較大的沖擊電流,引起電網(wǎng)過電壓,嚴(yán)重時會產(chǎn)生諧波,對電網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。為解決這些問題,可改用具有過零投切技術(shù)的低壓智能集成式電力電容器作為補償裝置。
    1、原理分析
           AZCL智能集成式諧波抑制電力電容以共補電容或分補電容為主體,采用微型電子元件技術(shù)、微型傳感器技術(shù)、微型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和電器制造技術(shù),將智能組件、控制器、電容器、電抗器、塑殼斷路器等元件微型化,整機(jī)體積小,結(jié)構(gòu)精巧。智能電容控制器通過電流互感器、電壓采樣計算出無功缺額、功率因數(shù)等參數(shù),以工業(yè)級MCU為核心,同AD轉(zhuǎn)換、RS-485通訊、LCD顯示、數(shù)據(jù)存儲等構(gòu)成一個系統(tǒng),集采集、運算、分析、控制、通信、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)存儲于一體。
     
    1.1智能網(wǎng)絡(luò)控制功能。
           自動檢測及跟蹤系統(tǒng)中的無功功率變化,自動投切電容器組。投切方法為:容量相同的電容器,按循環(huán)投切原則;容量不同的電容器,按適補原則進(jìn)行投切;先投先切,先退先投。補償工況恒定時,電容器每一小時循環(huán)投切一次,避免單只電容器長時間投運。
    1.2 快速投切電容器功能
           投切開關(guān)選用復(fù)合開關(guān),無觸點過零投切,配合專用的智能電容無功補償控制器,動作時間縮短到1s,動態(tài)追蹤補償系統(tǒng)所缺少的無功功率,力爭使線損降到較低水平。復(fù)合開關(guān)電路包含可控硅過零檢測與觸發(fā)模塊、可控硅保護(hù)模塊、磁保持繼電器驅(qū)動模塊。電路采用電力電子可控硅與大功率磁保持繼電器復(fù)合技術(shù),利用可控硅的快速導(dǎo)通和磁保持繼電器觸點的零壓降實現(xiàn)互補,真正做到過零投切和低功耗運行。合閘時,該電路實時檢測可控硅兩端電壓差,當(dāng)電壓差基本為0時,觸發(fā)可控硅導(dǎo)通,無沖擊涌流,做到柔性投入;穩(wěn)定后,磁保持繼電器吸合,短路可控硅的兩端電極,通過繼電器觸點接通主回路,降低開關(guān)壓降,同時繼電器觸點通過永磁元件定位保持進(jìn)一步降低功耗。
    1.3測量功能
           可測量系統(tǒng)電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率及功率因數(shù)等電參量,也可以檢測各次電壓、電流諧波,實時查看電網(wǎng)參數(shù)。
    1.4分相補償功能
           分相型電容器可對各相上的電容器進(jìn)行分別投切,提高對系統(tǒng)無功功率的補償精度,使三相無功功率不平衡的系統(tǒng)得到了良好的補償。
    1.5保護(hù)功能
           電容器有過壓、欠壓、欠流、過溫、斷相、過諧保護(hù)。當(dāng)電容器內(nèi)部溫度超過60℃時,電容器會整機(jī)退出運行,確保系統(tǒng)安全。
    1.6通信功能
           電容器和控制器之間采用網(wǎng)線連接,控制器與后臺采用RS485通訊連接,便于大量采集數(shù)據(jù)、上傳數(shù)據(jù)及與外設(shè)監(jiān)控終端進(jìn)行信息交換,構(gòu)成系統(tǒng)工作。
    1.7抑制諧波功能
           將電抗器與電容器串聯(lián)構(gòu)成LC回路,降低諧波的失真,對于高于LC回路自振頻率的諧波而言,表現(xiàn)為感性,避免了諧振。7%電抗器能夠有效抑制5、7次以上諧波,防止電容器過熱、絕緣介質(zhì)老化及自愈性能下降等不利因素的發(fā)生。
    2、現(xiàn)場案例:
           山東某環(huán)保材料制造廠,主要經(jīng)營仿木裝飾品、仿木線材制品、畫框、相框等,占地面積142畝,主要包括廠房、辦公樓、展示廳、食堂、員工宿舍等。其配電系統(tǒng)是由數(shù)臺10/0.4KV主變壓器,經(jīng)低壓配電設(shè)備向用電設(shè)備供電。廠房車間變壓器容量為1600kva,負(fù)載總?cè)萘繛?020kw,當(dāng)前功率因數(shù)為0.8,要將功率因數(shù)提高到0.95左右,其主要負(fù)載為加熱爐、電動機(jī)等,負(fù)載諧波以5、7次為主,選用7%智能電容;辦公樓變壓器1250kva,負(fù)載總?cè)萘繛?50kw,當(dāng)前功率因數(shù)0.75,其主要負(fù)載為開關(guān)電源、照明等,諧波以3次諧波為主,選用14%智能電容。
    圖1 廠房車間配電圖
     
    圖2 辦公樓配電圖
    3、解決方案
           廠房車間的低壓配電系統(tǒng)主要為三相負(fù)載加熱爐、電動機(jī),主要引起5、7次諧波,采用7%電抗進(jìn)行調(diào)諧處理,保護(hù)電容器不受諧波影響從而放大電流。安裝容量為600kvar,選用共補、7%智能電容,補償功率因數(shù)達(dá)到0.95左右,滿足客戶要求。使用普通電容電抗,至少需要兩套寬1000*深1000的柜子,現(xiàn)在安裝AZCL智能集成式諧波抑制電力電容器,只需要兩套寬800*深800的柜子,柜體空間也大大節(jié)省,接線簡單,安裝方便,可靠性更高。
     
           辦公樓的低壓配電系統(tǒng)有大量的諧波源負(fù)荷,會產(chǎn)生3、5、7次諧波,大量的單相非線性負(fù)荷會造成三相不平衡、諧波超標(biāo)、中性線諧波過載等電能質(zhì)量問題,進(jìn)行無功補償要考慮諧波的影響。計算得無功需量為350kvar,安裝容量為480kvar,考慮到系統(tǒng)中帶有的諧波,安裝共補300kvar、分補180kvar容量的14%智能電容,實際功率因數(shù)達(dá)到0.94,符合要求,使用普通電容電抗,至少需要兩套寬1000*深1000的柜子,現(xiàn)在安裝AZCL智能集成式諧波抑制電力電容器,只需要兩套寬800*深800的柜子,柜體空間也大大節(jié)省,接線簡單,安裝方便,可靠性更高。
    4、AZCL智能集成式諧波抑制電力電容器
    4.1 概述
           AZCL智能集成式諧波抑制電力電容器是應(yīng)用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補償設(shè)備。它由智能測控單元、晶閘管復(fù)合開關(guān)電路、線路保護(hù)單元、電容器和電抗器構(gòu)成。AZCL低壓智能電力電容器采用定制段式LCD液晶顯示器,可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內(nèi)部晶閘管復(fù)合開關(guān)電路,自動尋找投入(切除)點,實現(xiàn)過零投切,具有過壓保護(hù)、缺相保護(hù)、過諧保護(hù)、過溫保護(hù)等保護(hù)功能。
    4.2 技術(shù)參數(shù)
    4.3 接線方式
    5、結(jié)束語
           在山東環(huán)保材料制造廠項目中,功率因數(shù)普遍偏低,電費罰款較多,使用AZCL智能集成式諧波抑制電力電容器發(fā)出無功,提高受電端母線的電壓水平,減少了線路上感性無功的輸出,降低了電壓和功率損耗,因而提高了線路的輸電能力。AZCL智能集成式諧波抑制電力電容器操作簡單、功能齊全,能有效地解決用戶問題,達(dá)到節(jié)能的效果。無論從經(jīng)濟(jì)性還是從實用性而言,都具有廣泛的推廣價值。電網(wǎng)既產(chǎn)生有功也產(chǎn)生無功,而無功在電網(wǎng)傳輸過程中會有損耗,低壓智能電力電容進(jìn)行無功補償,從而提高功率因數(shù),有效地改善了用電質(zhì)量,節(jié)約用電成本,減少企業(yè)的開支,可減少線路的損耗,提高電網(wǎng)輸電的效率。
    6、參考文獻(xiàn)
          [1] 企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.6
          [2]劉亞東,薛亞彬.基于DSP的低壓智能電容器的研究與設(shè)計[J].電工技術(shù),2018,1(下):7,9
          [3] 王兆安,劉進(jìn)軍,王躍,等.諧波抑制和無功功率補償[M].地3版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2015
          [4] 郭國方.無功補償在城市配電網(wǎng)中的應(yīng)用[J],電網(wǎng)技術(shù),2007,31(增刊1):229,230
    7、作者介紹
           李婧婧,現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向為有源電力濾波器、靜止無功發(fā)生器、中線安防保護(hù)器和混合動態(tài)濾波無功補償裝置的應(yīng)用與技術(shù)對接。
    安科瑞電氣股份有限公司
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