联系我们
更多>>佛山市顺德区迪华机电有限公司
网址:http://foshandihua.com
手机:13928200544 杨生
地址:广东省佛山市顺德区容桂天富来国际工业城
众所周知,在低压配电系统中,由于配电变压器、低压用电设备等无功负荷的大量存在,造成了网络损耗的增大,电压质量的下降,从而严重影响了低压电网安全可靠的运行。随着人们对配电网建设的重视和无功补偿技术的发展,低压侧无功补偿技术在配电系统中的应用越来越广泛,并在近几年的两网改造中,被作为是一种降损调压的有效措施。因此,低压并联电容器补偿装置(以下简称“装置”)得到了广泛使用。装置安装于配变二次侧,采用自动投切并联电容器组,以期改善功率因数,达到无功就地平衡。它在补偿电网所需无功、降损节能、提高电压质量、增加电网输送能力和电气设备利用率等方面,取得了明显的技术经济效益。
目前,市场上不同类型和不同型号的低压并联电容器装置成套产品已达数百种之多,生产厂家在国内外先进技术和总结运行经验的基础上,并依据两网改造对电压合格率和线损所提出的更明确的目标,不断地对产品进行改进和更新换代。本文就各类装置技术性能特点进行研讨分析
1按控制方式分类
装置主要通过安装于内部的控制器来实现控制功能,从电压、电流信号采样,然后对采样的模拟量进行运算并作出合理的判断,直至发送投切信号。故控制器可谓是装置的指挥系统,谈到装置的控制方式,就不能不提及控制器的技术特点。
1.1控制物理量 装置的控制方式主要取决于控制器所采用的控制物理量。目前控制器采用的控制物理量有两种:功率因数、无功功率(无功电流)。
采用功率因数作为控制物理量是传统的控制方式,早期的产品大多采用这种控制方式。它存在的最大不足之处便是:控制不够精确。尤其在电网负荷较轻时,极可能发生不投则欠补偿,投了又过补偿这样的投切振荡现象,使电网处于欠补或过补状态,不但会对电容器造成损坏,而且导致供电网络振荡。但由于此方式简单,较易实现,因此至今仍占有一定的市场,而且在技术上有了一定的改进,尤其在防止振荡投切的措施方面。较为普遍的方法是加入了超低负荷判断、闭锁功能,即在负荷较小时,控制器不动作。这样虽能防止振荡,但存在着一个补偿死区,不利于提高功率因数。
基于功率因数型控制器的缺陷,开发人员渐渐意识到采取无功功率(无功电流)作为控制量,控制能更准确,补偿更为合理。因此在近几年的城网改造中,此类控制器得到广泛使用,尤其在江浙一带对电压质量有较高要求的地区。目前,市场上的该类控制器一般采取无功功率(无功电流)和功率因数相结合的方式,根据安装的电容器单组容量来整定投入门限,如功率因数超前即切除电容器组。此类产品能真正做到缺多少,补多少,充分发挥装置的补偿作用。
1.2 采样运算环节 控制器的采样和运算方式直接影响测量精度,从而关系到装置的补偿效果。早期的产品大多采样电网的线电压和相电流,如UBC、IA,然后折算成相位角,既而得到相应的功率因数、无功功率。以功率因数为控制物理量的控制器大多采用此采样运算方式,容易受到波形畸变的影响,譬如频率变化、电网谐波等因素的干扰,从而影响测量结果。后来,出现了采用真有效值芯片的控制器产品,一般用于以无功功率(无功电流)为控制物理量的控制器。它采样相电压、相电流,通过电压波形由正趋负过零点时,测量电流的瞬时值方式,得到无功电流(无功功率)。这种方式大大提高了测量精度,但存在着运算速度慢的缺点,而且相对成本较高。近两年,又发展到了使用DSP芯片,测量精度高,运算速度快。这类产品一般采样三相电压、三相电流,利用傅立叶变换,计算有功功率、无功功率等参数。值得一提的是,正由于采用了傅立叶变换,这类控制器都具有谐波测量及保护功能。目前国内出现的此类产品一般能检测电网的3~9次谐波,计算各次电压、电流谐波的含量及总的畸变率,并且在总畸变率超过设定值时,切除电容器组。由于如今越来越多的电力电子产品的使用,控制器设置谐波保护功能有积极的作用,也是必然的趋势。
1.3 补偿方式 低压配电网中,民用负载占了很大的比例,而其组成又以单相负荷为主。由于各相负载的使用时间不同,造成了三相负荷不平衡,因此采用三相共补的方式,极有可能会导致某两相补偿不当的现象。故现在已出现了分相补偿或三相共补与分相补偿相结合的控制器与电容器补偿装置,且有逐渐成为主流产品的趋势。
2 按投切方式分类
装置的投切方式主要取决用于投切电容器组的开关元件。因此对装置投切方式的分类,也就是对使用的开关元件分类。目前,国内的装置所采用的开关元件可分为三类:机械式接触器、无触点晶闸管开关和电子复合开关。
2.1 用机械式接触器投切电容器的装置
早期的装置多采用接触器来投切电容器组,但由于此类产品在投切过程中,电容器组的初始电压为零,而在合闸瞬间,电网电压又往往不为零,使加在电容器组两端的电压突然升高,进而产生一个很大的电流,即我们常说的合闸涌流。这种情况在背靠背投入时会更严重,甚至可能达到额定电流的几十倍,不仅对电网造成冲击,而且影响电容器的使用寿命。后来出现了专用于投切电容器组的接触器,通过加入限流电阻来抑制涌流。试验证明,以此类接触器投切电容器组,涌流一般能控制在额定电流的20倍以内(通常为10倍左右,其涌流试验图如图1所示)。但从长期运行情况来看,由于涌流致使交流接触器触头烧毁或粘结,始终是影响此类装置使用寿命的根本原因。
2.2 用无触点晶闸管开关投切电容器的装置 晶闸管投切电容器的技术在无功补偿方面早有应用,但由于当时的技术不成熟、元器件性能也不太可靠,所以一直停滞不前。在90年代后期,随着电力电子技术的迅速发展及半导体电力器件的成熟化,这种技术得到了越来越广泛的应用。此类产品的特点是:采用单片机控制大功率可控硅,在检测到电网电压过零时,开关触发导通,电容器上电压缓慢上升而无合闸涌流冲击,图2所示的涌流波形图也明显表现出此类开关投切电容器时无合闸涌流这一优势,从而根本上解决了电力电容器投切时交流接触器经常烧结而损坏的不良情况。在此技术的基础上,开发出了“动态补偿”装置,用于冲击负荷的快速补偿。它的工作原理是:在开关接通前,给电容器充电,使其两端的初始电压不为零。当系统需要投入电容器时,在晶闸管检测到电网电压与电容器上的电压相等时,开关触发导通。故电容器组不需要放电即可连续投切,其动态响应时间可达到10~20ms。
但是在装置的实际运行中,无触点开关也暴露出其不足之处:①比较图1和图2的波形,可以明显看出,图2的电流波形发生了畸变。这是由于可控硅导通后,存在0.7V的结压降,因而会产生谐波电流,影响电容器的正常运行;②可控硅本身不能快速关断,因此开关在断开时,两端容易承受过高的反向电压而被烧毁;③可控硅的大功耗特性使其在长期运行中,会产生较大的热量,从而引起过高的温升,影响它正常工作。针对这些问题,装置的生产厂家也采取了一些相应的措施。
为了解决开关易被过电压击穿的问题,除了在选型上尽可能选用反相耐压值高的开关元件外,通常采用在开关上并联阻容回路的方式,来吸收过电压;而对于可控硅温升过高的问题,最常用的方法是:在装置内安装散热风扇,当温度传感器检测到温度大于设定值后,即开启风扇以降温。此法虽有一定的效果,但由于风扇的寿命有限,使其没有发挥应有的作用。
2.3 用复合开关投切电容器的装置 近年,有的制造厂家总结了机械式接触器开关和无触点晶闸管开关各自的特点及弊端,并结合多年的实际运行经验,开发出一种新型的开关元件——接触器和可控硅并联工作的开关,即我们所称的复合开关。复合开关的工作原理是:在投切电容器瞬间,利用可控硅能检测过零点的特性,使电容器无冲击地投入和切除;而稳态运行时,接触器投入工作,避免了由可控硅引起的大功耗和电压电流谐波。在理论上,其结构简单,较易实现。图3即以复合开关投切电容器时的涌流试验图,从波形图看出,复合开关关合电容器时既无合闸涌流,而在运行时又无明显波形畸变。但从试验情况来看,复合开关的设计必须注意以下几点,否则非但起不到作用,反而会给装置的运行带来不便:①可控硅和接触器的动作时序问题,即必须保证在可控硅检测到电压过零点投入后,接触器触点才能闭合;②开关在平时闭合工作时,必须保证可控硅的维持电流足够大,而不致使可控硅关断;③当开关的电源突然断电时,须配有后备电源或采取相应的措施,使可控硅能正常工作,以保证开关仍能按正常时序切除电容器。
3 存在问题与建议意见
经过这几年来对低压并联电容器补偿装置及控制器产品的测试,我们可以看到,产品在不断地改进和更换新代,但装置(尤其是控制器)在实际运行中仍然存在一些问题:
1)控制器应能适应恶劣的工作环境。由于我国地域辽阔,南北气候差异大。在南方,夏季气温高,湿度大,更何况安装于装置内的控制器;而在北方,冬季又极其寒冷,温度很低。因此,控制器中的电子元件必须经受如此严酷的环境的考验。但目前,有些厂家为了降低生产成本,选择质劣价低的元器件,影响了控制器的正常工作。
2)随着科学技术的进步,大量电力电子产品应运而生,而其使用不可避免地对电网造成污染,再加上装置安装于变压器的低压侧,而其本身又使用了可控硅等电力电子元件,因此这些电磁场所产生的干扰时刻地影响着控制器的正常工作。
针对如今装置运行中存在的问题,为提高装置工作的可靠性,应着重注意以下几点:
①提高控制器的质量。a)制造厂家必须结合配电网的实际运行条件,对控制器内的电子元器件进行严格把关,使其能在高低温(-20℃~65℃)环境下正常工作;b)合理设计控制器的电路,增加必要的措施,提高其抗扰能力。把电磁兼容性试验作为控制器的型式试验项目之一已是必然的趋势。
②发展多功能的控制器产品。随着用户对电能质量的要求越来越高,对控制器的功能也提出了相应的要求。要求其不但能监测电网电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率及各次谐波量,并能统计电压合格率、电压超限率及有功电度和无功电度。这样,控制器集电压电流表、电压监测仪、功率因数表、有功电度表、无功电度表等等的功能于一体,性价比高,更能节省空间,成为一台低压配电网的智能测量监测管理的仪器。
③装置可以打破传统的控制器与装置一体安装的方式,而采用监测采样部分和装置分别安装的方式。目前已有此类产品出现,其安装方式是:在变压器的低压侧首端安装监测仪来监测电网参数,把装置安装于低压线路2/3处或离大负载较近的地方,这样的补偿效果更佳。控制器通过低压载波通讯装置接收检测仪发射来的数据,并发出指令投切电容器。
下一篇:自愈式防爆电力电容器有哪些性能特点?
- 2013-01-15自愈式防爆电力电容器有哪些性能特点?
- 2013-01-15低压并联电容器装置技术特点和发展趋势