DQZHAN訊：簡論智能型配電無功補(bǔ)償裝置的若干技術(shù)
隨大多數(shù)電力負(fù)荷是感性負(fù)載，異步電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電爐、交流電焊機(jī)、日光燈等設(shè)備是無功功率的主要消耗者。另外，無功電源與無功占用不平衡，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和中小容量配電變壓器。一般用電用戶的功率因數(shù)滯相且較低，一般都會(huì)低于0．7以下，滯相的無功功率在配電網(wǎng)中流動(dòng)不僅占用配電網(wǎng)容量，造成不必要的損耗，而且導(dǎo)致電網(wǎng)電壓降低。加裝無補(bǔ)償裝置，能增加電網(wǎng)中有功功率的比例常數(shù)，就近供給用戶或配電網(wǎng)所需要的滯相無功功率，減少發(fā)，供電設(shè)備的設(shè)計(jì)容量，減少投資，能少在配電網(wǎng)中流失的無功功率，提高發(fā)輸電設(shè)備利用率，減少投資，增加電網(wǎng)中有功功率的輸送比例，降低有功網(wǎng)損，效提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，保證電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，*終提高供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
1.配電補(bǔ)償?shù)母倪M(jìn)
在配電中，無功補(bǔ)償?shù)膫鹘y(tǒng)模式主要有以下三種型式：①裝干配電電動(dòng)機(jī)的單臺(tái)就地補(bǔ)償；②裝干配電變壓器配電側(cè)的補(bǔ)償箱；③裝干企業(yè)配電房或車間以及高層建筑樓層配電間的自動(dòng)補(bǔ)償柜(如PGJ柜等)。限于篇幅，對(duì)單臺(tái)補(bǔ)償問題本文不作討論。配電補(bǔ)償箱和補(bǔ)償柜的技術(shù)改進(jìn)和新技術(shù)應(yīng)用歸納起來主要有以下幾方面：由三相共補(bǔ)到分相補(bǔ)償，以求達(dá)到更理想的補(bǔ)償效果；由單一的無功補(bǔ)償?shù)酵瑫r(shí)具有濾波及抑制諧波功能的補(bǔ)償裝置；從采用交流接觸器進(jìn)行投切，到選用品閘管開關(guān)電路投切，以及發(fā)展為等電壓投、零電流切的*佳投切模式；智能型自動(dòng)補(bǔ)償控制器和配電變壓器的運(yùn)行記錄儀相結(jié)合；將配電補(bǔ)償?shù)墓δ芗{入箱式變電站或美式箱變的配電部分；采用不銹鋼或航空鋁板的箱體，具有防寒．防曬、密封、防潮、防銹的特點(diǎn)；選用干式或充SF6的自愈式并聯(lián)電容器，提高運(yùn)行可靠性，延長使用年限。
2.并聯(lián)電容器的投切開關(guān)
2．1交流接觸器
20世紀(jì)70年代廣泛應(yīng)用的PGJ補(bǔ)償柜，都是采用交流接觸器作為并聯(lián)電容器的投切開關(guān)，迄今仍有沿用。其缺點(diǎn)是：①投入電容時(shí)產(chǎn)生倍數(shù)較高的涌流，容易在接觸器的觸點(diǎn)處產(chǎn)生火花，燒損觸頭，②切斷電容時(shí)，容易粘住觸頭，造成拉不開，③涌流過大對(duì)電容器本身有害，會(huì)影響使用壽命。當(dāng)時(shí)采用的措施是：適當(dāng)選擇額定容量較大的接觸器，如用額定電流40A的接觸器投切15kvar的三相電容器(IC=21．7A)，采用專用的接觸器，其型號(hào)有CJ16、CJ19、CJ20C、B25C～B75C、CJ4l等系列；每臺(tái)電容器加裝串聯(lián)小電抗器，用以抑制涌流。
2．2雙向晶閘管開關(guān)電路
采用雙向品閘管的無觸點(diǎn)開關(guān)電路(又稱固態(tài)繼電器)取代交流接觸器用于投切電容器的接線。其優(yōu)點(diǎn)是過零觸發(fā)，無拉弧，動(dòng)作時(shí)間短，可大幅度地限制電容器合閘涌流，特別適合于繁投切的場合。但也存在以下缺點(diǎn)：采用雙向晶閘管制造成本高，晶閘管開關(guān)電路的補(bǔ)償柜價(jià)格要比采用接觸器的補(bǔ)償柜貴70％～80％左右；晶閘管開關(guān)電路運(yùn)行時(shí)有較大的壓降，運(yùn)行中的電能損耗和發(fā)熱問題不可忽視。以BzMJ0.4-15-3并聯(lián)電容器為例，其額定電流為21.7A，如品閘管開關(guān)的電壓降為1V時(shí)，3個(gè)晶閘管開關(guān)電路運(yùn)行時(shí)，損耗的功率為：P=3×1×2.7=65.1W，如補(bǔ)償柜的無功功率為90kvar，則全部投入時(shí)，品閘管的功率損耗為65.1×6=390.6W，以每天平均lOh計(jì)，日耗電量達(dá)3.906kW-h。年耗量約為l426Kw.h，有功消耗的發(fā)熱量還會(huì)增加整個(gè)補(bǔ)償裝置的溫升，而需采用相應(yīng)的散熱降溫的措施，如采用接觸器則基本上不消耗有功；晶閘管電路的本身也是諧波源，大量的應(yīng)用對(duì)配電電網(wǎng)的波形不利。因此，除了對(duì)品閘管開關(guān)電路加以改進(jìn)外，還應(yīng)使之在完成開合閘操作后退出，仍由與之并聯(lián)的接觸器維持電容器的正常運(yùn)行。
2．3晶閘管和二極管反并聯(lián)的開關(guān)電路
一個(gè)晶閘管和一個(gè)二極管反并聯(lián)的接線方案與無觸點(diǎn)開關(guān)電路的接線方案對(duì)比，由于相同容量的二極管的價(jià)格低于晶閘管，故用一只晶閘管和一只二極管反并聯(lián)的無觸點(diǎn)開關(guān)電路制造成本較低，而技術(shù)性能相近，但反應(yīng)時(shí)間則較慢些，切除電容器時(shí)，從切除指令的輸出到工作任務(wù)的完成，可以在半周波內(nèi)完成，(即時(shí)間t≤10ms)。如采用無觸點(diǎn)開關(guān)電路的接線方案，由于二級(jí)管的不可控性，通常其切除時(shí)間要在0.5～lHz之間，即切除時(shí)間t≤20ms。
2.4等電壓投零電流切的新型無觸點(diǎn)開關(guān)電路
等電壓投零電流切的新型無觸點(diǎn)開關(guān)電路的接線。其運(yùn)行操作順序說明如下：當(dāng)投入電容器時(shí)，先由微電腦控制器發(fā)出信號(hào)給開關(guān)電路，使之在等電壓時(shí)投入電容器，微電腦的控制器緊接著又發(fā)信號(hào)給接觸器，使其觸點(diǎn)也閉合，將品閘管開關(guān)電路短路，由于接觸器閉合后的接觸電阻遠(yuǎn)小于開關(guān)電路導(dǎo)通時(shí)的電阻，達(dá)到了節(jié)能和延長開關(guān)電路使用壽命的目的。當(dāng)需要切除電容器時(shí)控制器先發(fā)信號(hào)給接觸器，使接觸器觸點(diǎn)斷開，此時(shí)開關(guān)電路處于導(dǎo)通狀態(tài)，并由開關(guān)電路在電流過零時(shí)，將電容器切除。本方案的優(yōu)點(diǎn)是：運(yùn)行功耗低、涌流小、諧波影響小，制造成本低，開關(guān)電路和接觸器的使用壽命長。
3.智能型自動(dòng)控制器
3．1檢測量和控制目標(biāo)
檢測量主要有COSф、無功功率Q和無功電流Iq三種，20世紀(jì)80年代中期多選用以COSф為檢測量的控制器，執(zhí)行手段是投切電容器，補(bǔ)償?shù)?終目的是減少進(jìn)出電網(wǎng)的無功功率。此方案的主要缺點(diǎn)是：輕載時(shí)容易產(chǎn)生投切震蕩，重載時(shí)又不易達(dá)到充分補(bǔ)償，故新型的控制器已不再選用以COSф為檢測量。檢測量為Q的控制器，其工作原理是將電壓和電流的信號(hào)送人霍爾元件或相敏放大器等具有乘法功能的器件，以測出Q=UIsinф，由于檢測量和控制目標(biāo)都是同一物理量，技術(shù)上是合理的，但檢測難度要大些。檢測量為Iq的控制器，利用了相電壓u由正到負(fù)過零的瞬間，恰好就是A相無功電流*大值Iqmax的原理，用相電壓U負(fù)過零信號(hào)控制，采用開關(guān)和簡單的保持電路，以完成對(duì)Iq實(shí)時(shí)檢測。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是：檢測方法簡單，不會(huì)發(fā)生震蕩，補(bǔ)償效果與電網(wǎng)電壓的波動(dòng)無關(guān)。
3．2檢測點(diǎn)的設(shè)置方案
有兩種選擇方案：①控制器輸入電壓和電流信號(hào)的檢測點(diǎn)設(shè)在補(bǔ)償設(shè)備的前端A點(diǎn)；②檢測點(diǎn)設(shè)在補(bǔ)償設(shè)備后端B點(diǎn)。檢測點(diǎn)A由于不能直接檢測負(fù)載的無功功率，不易實(shí)現(xiàn)多組電容器的一次快速投切，通常采用逐級(jí)漸進(jìn)的投切方式，較慢地達(dá)到應(yīng)補(bǔ)償值，因此僅適用于負(fù)載運(yùn)行較平穩(wěn)，無大容量沖擊負(fù)載，不需要快速動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)膱龊稀Ｈ缃佑跈z測點(diǎn)B，其優(yōu)點(diǎn)是僅根據(jù)負(fù)載Q和Iq測得值，決定電容器投入組數(shù)，是一種只管投切，不控制補(bǔ)償后實(shí)際效果的控制方式，其優(yōu)點(diǎn)是控制方式簡單，可一次快速投切多組電容器，缺點(diǎn)是靜態(tài)補(bǔ)償?shù)木容^差。
3.3配電綜合測控儀和無功補(bǔ)償自動(dòng)控制器一體化
無功補(bǔ)償自動(dòng)控制器和配電綜合測控儀的一體化問題是城網(wǎng)改造提出的配電網(wǎng)自動(dòng)化問題，運(yùn)行單位往往要求在配電變壓器的配電側(cè)同時(shí)加裝無功補(bǔ)償?shù)呐潆婋娙萜骱团潆娋C合測控儀。以北京首電科技研制的SDPD-2000配電綜合測控儀為例，兼具配電變壓器運(yùn)行參數(shù)的數(shù)據(jù)采集．顯示和記錄以及無功補(bǔ)償?shù)闹悄芸刂坪捅Ｗo(hù)等兩大功能。數(shù)據(jù)采集的范圍包括：電壓、電流、功率因數(shù)．有功及無功功率、有功及無功電量、諧波電壓、諧波電流，每日電壓和負(fù)載電流的*大值和*小值，停電時(shí)刻、來電時(shí)刻及累計(jì)停電時(shí)間，每相過電壓、欠電壓及缺相時(shí)間等參數(shù)，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存期為2個(gè)月。且具有RS232／485通訊接口，可采用現(xiàn)場或遠(yuǎn)程采集的方式。顯示方面采用液晶顯示器，全中文直觀顯示配電變壓器運(yùn)行的有關(guān)參數(shù)。無功補(bǔ)償智能化控制方面取樣的物理量為負(fù)載的無功功率Q；可對(duì)△-Y電容器組的任意組合方式進(jìn)行調(diào)節(jié)；防止無功投切震蕩及補(bǔ)償呆區(qū)；當(dāng)電網(wǎng)中發(fā)生過電壓、欠電壓、缺相、諧波或零序電流超標(biāo)及電容器溫升超標(biāo)時(shí)，快速切除補(bǔ)償電容器。
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