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高低壓節(jié)能控制系統(tǒng)淺論低壓無(wú)功補(bǔ)償必要性與方法

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高低壓節(jié)能控制系統(tǒng)淺論低壓無(wú)功補(bǔ)償必要性與方法

發(fā)布日期:2016-11-09 00:00 來(lái)源:http://gngold.cn 點(diǎn)擊:

低壓節(jié)能控制系統(tǒng)淺論低壓無(wú)功補(bǔ)償必要性與方法


本文主要從無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔?、工作原理、意義、補(bǔ)償方法的確定等多個(gè)方面, 詳細(xì)介紹了低壓無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)問(wèn)題, 闡述了電氣設(shè)計(jì)的最優(yōu)化、規(guī)范化知識(shí),對(duì)于電氣施工安裝實(shí)踐具有重要的指導(dǎo)作用。


  1 引言


  當(dāng)今社會(huì)能源成本的不斷上升,無(wú)功補(bǔ)償可以改善電能質(zhì)量,降低電能損耗,低壓節(jié)能控制系統(tǒng)減少用戶的電費(fèi)支出,是一項(xiàng)投資少,收效快的節(jié)能措施。而且在工廠供電系統(tǒng)中,絕大多數(shù)用電設(shè)備都具有電感的特性。(諸如:感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、電力變壓器,電焊機(jī)等)這些設(shè)備不僅需要從電力系統(tǒng)吸收有功功率,還要吸收無(wú)功功率以產(chǎn)生這些設(shè)備正常工作所必需的交變磁場(chǎng)。然而在輸送有功功率一定的情況下,無(wú)功功率增大,就會(huì)降低供電系統(tǒng)的功率因數(shù)。因此,功率因數(shù)是衡量企業(yè)供電系統(tǒng)電能利用程度及電氣設(shè)備使用狀況的一個(gè)具有代表性的重要指標(biāo)。而如何進(jìn)行是本文要探討的課題


  2 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀


  目前在國(guó)內(nèi)電網(wǎng)采用的電容補(bǔ)償技術(shù)主要是集中補(bǔ)償與就地補(bǔ)償技術(shù)。就地補(bǔ)償技術(shù)主要適用于負(fù)荷穩(wěn)定,不可逆且容量較大的異步電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償,其它各種場(chǎng)合仍主要采用集中補(bǔ)償技術(shù)。常用的補(bǔ)償裝置有同步調(diào)相機(jī)和靜止補(bǔ)償裝置,早期的無(wú)功功率補(bǔ)償裝置主要為同步調(diào)相機(jī),多為高壓側(cè)集中補(bǔ)償。靜止補(bǔ)償器的基本作用是連續(xù)而迅速地控制無(wú)功功率,即以快速的響應(yīng),通過(guò)發(fā)出或吸收無(wú)功功率來(lái)控制它所連接的輸電系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)電壓。 在我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展過(guò)程中,因多年“重發(fā)電,輕供電”思想的影響,造成電網(wǎng)建設(shè)落后,結(jié)構(gòu)不合理,導(dǎo)致城市和農(nóng)村配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償不足,電能質(zhì)量不高等。系統(tǒng)無(wú)功對(duì)電壓影響大。無(wú)功功率的不足或過(guò)大,將引起系統(tǒng)電壓的下降或上升,從而造成電能的損失和浪費(fèi)十分嚴(yán)重。從微觀角度看,隨著電網(wǎng)容量的擴(kuò)增,用戶家用電器感性負(fù)載的不斷增加,使得城市配電網(wǎng)公用變低壓側(cè)功率因數(shù)較低。從宏觀角度來(lái)看,低壓節(jié)能控制系統(tǒng)整個(gè)電網(wǎng)的無(wú)功潮流分布不平衡,目前國(guó)內(nèi)無(wú)功補(bǔ)償主要采用變電站集中補(bǔ)償和企業(yè)就地補(bǔ)償兩種形式。這兩種形式都是基于某一個(gè)采樣點(diǎn)的無(wú)功情況進(jìn)行補(bǔ)償,不能綜合考慮整個(gè)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況,而無(wú)功潮流在整個(gè)電網(wǎng)上是動(dòng)態(tài)分布的,傳統(tǒng)的補(bǔ)償方法無(wú)法解決無(wú)功潮流分布不平衡,電壓波動(dòng)大等問(wèn)題。目前主要存在問(wèn)題是控制規(guī)律簡(jiǎn)單,抗干擾能力差,由于戶外工作環(huán)境相對(duì)惡劣,裝置的可靠性和控制精度難以滿足現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的要求,不具備通訊功能,不能實(shí)現(xiàn)全電網(wǎng)的無(wú)功優(yōu)化對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行在線監(jiān)視,此外還存在著采用有觸點(diǎn)繼電器進(jìn)行電容器投切控制時(shí)產(chǎn)生的電網(wǎng)波動(dòng)大,無(wú)功功率補(bǔ)償產(chǎn)品的工作壽命低的缺點(diǎn),難以滿足現(xiàn)代化電力系統(tǒng)“綠色”環(huán)保的需要。 隨著電力電子技術(shù),特別是大功率可開(kāi)斷器件技術(shù)的發(fā)展,國(guó)外開(kāi)發(fā)不同結(jié)構(gòu)類型的靜止無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的安裝都是基于全電網(wǎng)的無(wú)功平衡和最優(yōu)效率,一般包括電網(wǎng)重要節(jié)點(diǎn)補(bǔ)償和設(shè)備就地補(bǔ)償兩種。補(bǔ)償系統(tǒng)都采用先進(jìn)的電腦控制,自動(dòng)化程度高。 對(duì)比國(guó)內(nèi)外在補(bǔ)償技術(shù)上的差距,根據(jù)我們電力系統(tǒng)的現(xiàn)狀,迫切需要我們對(duì)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行更進(jìn)一步的研究和設(shè)計(jì)。


  3 無(wú)功補(bǔ)償?shù)墓ぷ髟?/p>


  所有交流電網(wǎng)消耗兩種類型的功率:有功功率(kW)和無(wú)功功率(kvar):


  (1)有功功率 P (kW) 是實(shí)際傳輸給電力負(fù)荷的能量,電力的有功功率轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)力、熱和光,如:電機(jī)、燈具、加熱器和電腦等


  (2)無(wú)功功率Q (kvar) 僅用驅(qū)動(dòng)設(shè)備的磁場(chǎng),實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)與磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)換。產(chǎn)生無(wú)功功率的設(shè)備,如:電機(jī)和變壓器等。


 ?。?)視在功率S(kVA)是有功功率和無(wú)功功率矢量合。


  電網(wǎng)的無(wú)功功率循環(huán),具有重要的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。對(duì)相同的有功功率P,較高的無(wú)功功率意味著更高的視在功率和更高的電流。隨著時(shí)間的推移,有功功率的循環(huán)會(huì)產(chǎn)生有功能量(kW時(shí)),隨著時(shí)間的推移,無(wú)功功率的循環(huán)會(huì)產(chǎn)生無(wú)功能量(kW時(shí))。在一個(gè)電路中,除了有功的能量,還需要提供無(wú)功的能量。


  正是由于這些原因,在負(fù)荷層面產(chǎn)生無(wú)功能源來(lái)避免不必要的網(wǎng)絡(luò)電流循環(huán),這就是所謂的“功率因數(shù)校正”。通過(guò)電容器的連接可以得到這種校正,電容器能夠補(bǔ)償被負(fù)載(如:發(fā)電機(jī))所消耗的無(wú)功能量。其結(jié)果就是視在功率降低,功率因數(shù)提高,如下圖1所示。發(fā)電和輸電網(wǎng)絡(luò)被部分補(bǔ)償,減少功率損耗,使更多的傳輸能力可用。


  4 無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)囊饬x


  4.1優(yōu)化的無(wú)功功率補(bǔ)償帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)優(yōu)勢(shì)。


  電費(fèi)單上能夠體現(xiàn)的節(jié)省,排除無(wú)功電能的損失,低壓節(jié)能控制系統(tǒng)并且減少視在功率的需求,減少由變壓器和導(dǎo)線安裝所產(chǎn)生能量損失。例如630kVA的變壓器損失減少:PW = 6,500W,初始功率因數(shù)= 0.7。通過(guò)功率因數(shù)校正,我們得到最終功率因數(shù)= 0.98。能量損失變成:3316W,即減少49%。


  4.2增加可用功率


  應(yīng)用一個(gè)提高功率因數(shù)的設(shè)備,可以優(yōu)化電力設(shè)備。低壓變壓器的可用功率可以靠在低壓側(cè)合適的功率因數(shù)校正設(shè)備來(lái)提高。


  4.3縮少安裝尺寸


  安裝功率因數(shù)校正工具可以使導(dǎo)線的橫截面減小,因?yàn)閷?duì)應(yīng)相同的有功功率,補(bǔ)償設(shè)備會(huì)吸收更少的電流。


  4.4降低設(shè)備的壓降


  安裝電容器,可以使功率因數(shù)校正設(shè)備連接點(diǎn)以上的電壓降減少。這樣可以避免網(wǎng)絡(luò)過(guò)載,并且使諧波減少,降低您的成本。


  5 確定補(bǔ)償?shù)姆椒?/p>


  5.1所需無(wú)功功率的計(jì)算


  其目的是為了確定需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率Qc(kvar),以提高功率因數(shù)cosφ,并減少視在功率S。


  當(dāng)φ' < φ時(shí),我們得到:cosφ ' > cosφ 和 tgφ' < tgφ。如圖1所示


  Qc可以由圖1推斷出的公式來(lái)確定:Qc = P. (tgφ - tgφ ')。   Qc:電容器組的功率,單位:kvar


  P:有功功率,單位:kW


  tgφ:補(bǔ)償之前,相位角φ的正切


  tgφ' :補(bǔ)償之后,相位角φ的正切


  5.2補(bǔ)償方式的選擇


  低壓電容器的安裝位置,確定了補(bǔ)償方式。低壓節(jié)能控制系統(tǒng)補(bǔ)償方式可能是集中補(bǔ)償(對(duì)全部設(shè)備)、分支補(bǔ)償(一個(gè)支路)、就地補(bǔ)償(對(duì)單個(gè)負(fù)載),或者是后兩者的組合方式。原則上,理想的補(bǔ)償方式應(yīng)用于能量消耗點(diǎn)上,并且實(shí)時(shí)達(dá)到所需能量值。但在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中,技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素會(huì)制約補(bǔ)償方式的選擇。電容器組在配電網(wǎng)絡(luò)中的連接位置,由以下因素決定:


  (1) 全部補(bǔ)給對(duì)象(避免無(wú)功電能的損失,減少變壓器或電纜,避免電壓降)


 ?。?)工作方式(波動(dòng)負(fù)載的穩(wěn)定)


 ?。?) 預(yù)知電容器給配電網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的影響


 ?。?)設(shè)備成本


  5.2.1集中補(bǔ)償


  電容器組安裝在需要補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備的首端,以便為下級(jí)全部設(shè)備提供無(wú)功電能。這種


  配置適用于穩(wěn)定且連續(xù)的負(fù)載系數(shù)。


  5.2.2分支補(bǔ)償


  電容器組安裝在饋電首端,為某一特定設(shè)備組提供補(bǔ)償。這種配置十分方便大型設(shè)


  備。這種配置適用于負(fù)載系數(shù)不同的大面積車間廠房。


  5.2.3對(duì)單一負(fù)載的就地補(bǔ)償


  電容器組安裝在單一負(fù)載的進(jìn)線端(特別是大型電機(jī))。這是一種理想的配置,因?yàn)闊o(wú)功電能產(chǎn)生在真正需要的地方,并可以按照需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。


  5.3電容器的控制方式選擇


  根據(jù)性能需求和控制的復(fù)雜程度,選擇不同的補(bǔ)償方式:


  5.3.1定值補(bǔ)償:無(wú)需調(diào)節(jié),連接一個(gè)定值電容器組。電容補(bǔ)償容量≤15% Sn(變壓器容量)


  該方式使用一個(gè)或多個(gè)電容器來(lái)提供一個(gè)恒定的補(bǔ)償??刂品绞接校?/p>


  (1)手動(dòng):由斷路器或負(fù)荷開(kāi)關(guān)來(lái)切換


 ?。?)半自動(dòng):由接觸器來(lái)控制


 ?。?)直接連接到一臺(tái)設(shè)備并切換這個(gè)連接


  這些電容器應(yīng)用于:


  (1)電感負(fù)載終端(主要是電機(jī))


 ?。?)在提供眾多小型馬達(dá)和個(gè)別賠償?shù)馁M(fèi)用太昂貴歸納電器母線


 ?。?)在負(fù)載情況下的因素是合理的常數(shù)


  5.3.2自動(dòng)調(diào)節(jié)補(bǔ)償:電容器分多步投切來(lái)達(dá)到要求。電容補(bǔ)償容量 > 15% Sn(變壓器容量)


  這種補(bǔ)償方式提供自動(dòng)控制,低壓節(jié)能控制系統(tǒng)并根據(jù)設(shè)備的變化提供適當(dāng)?shù)臒o(wú)功功率來(lái)保持特定的功率因數(shù)。該設(shè)備應(yīng)用于有功功率和/或無(wú)功功率變化相對(duì)較大的位置,例如:


  (1)在主配電盤的母線處


 ?。?)在大量饋線的終端


  5.3.3根據(jù)工作環(huán)境和諧波影響,合理選擇電容器


  需要根據(jù)工作環(huán)境選擇耐受程度不同的電容器。


  工作環(huán)境對(duì)電容器的壽命有很大影響,選擇電容器時(shí)要遵循下列參數(shù):


 ?。?)環(huán)境溫度 (?C)


 ?。?)需要考慮過(guò)電流、相關(guān)的電壓擾動(dòng),包括最大的持續(xù)過(guò)電壓值


 ?。?)每年最多的切換運(yùn)行次數(shù)


  (4)要求的平均壽命


  考慮諧波,根據(jù)不同的強(qiáng)度推薦不同的方案:


  (1)標(biāo)準(zhǔn)型電容器:適用于輕度諧波污染環(huán)境


 ?。?)過(guò)諧型電容器:適用于中度諧波污染環(huán)境,特別是電壓擾動(dòng)環(huán)境


 ?。?)調(diào)諧型電容器:與調(diào)諧電抗器配合使用,適用于重度諧波污染環(huán)境(大量非線性負(fù)載)。電抗器是必要的,以限制諧波電流循環(huán),同時(shí)避免共振


  (4)調(diào)諧濾波器:當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中主要都是非線性負(fù)載時(shí),要求抑制諧波?;诂F(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)量和計(jì)算機(jī)仿真,需要特殊設(shè)計(jì)。


  6 結(jié)論


  綜上所述,不論是從節(jié)約電能,提高供電質(zhì)量,低壓節(jié)能控制系統(tǒng)還是從提高供電設(shè)備的供電能力而言,都必須對(duì)供電電網(wǎng)和設(shè)備進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償,以便改善功率因數(shù),提高系統(tǒng)的供電能力,使供電用電系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)合理狀態(tài)下運(yùn)行。


低壓節(jié)能控制系統(tǒng)

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