・电能质量・低压电器(2008№4)现代建筑电气篇吴工文(1972—),女,高级工程师,研究方向为电气工程。
用户无功补偿装置的配置吴工文, 艾 芊(上海交通大学电气工程系,上海 200030)摘 要:根据用户负荷特性、实际用电情况以及电网电压、电流变动大小,提出了选择JK W 系列无功功率自动补偿控制器和F DKS 动态复合开关的无功补偿装置,以确保用户精确无误地控制无功投切。
给出了用户无功补偿装置配置的应用实例,并对其性能参数、出现问题进行了分析。
阐述了熔断、短接的原因及应采取的措施。
关键词:无功功率;功率因数;电容器;接触器;继电器;复合开关;无功补偿中图分类号:T M714.3 文献标识码:B 文章编号:100125531(2008)0420051203Conf i gura ti on of Reacti ve Power Com pen s a ti on Equ i p m en tWU Gongw en, A I Q ian(Depart m ent of Electrical Engineering,Shanghai J iaot ong University,Shanghai 200030,China ) Abstract:According t o the l oad characteristic,the actual power consu mp ti on situati on and the change of thevoltage and current of power grid,a reactive power compensati on which consists of the JK W series of reactive power aut omatic compensati on contr oller and F DKS dyna m ic compound s witch was br ought for ward,s o that the accuracy of the s witch on /off of the reactive power was ensured .An app licati on exa mp le of configurati on of reactive power com 2pensati on equi pment was given,and its para meters and p r oble m s were analyzed .The reas ons f or fusing and short connecting were expounded and the measures were given .Key words:reacti ve power;power factor;capac itor;con t actor;rel ay;co m pound sw itch;reacti ve power co m pen s a ti on艾 芊(1969—),男,副教授,研究方向为电能质量、人工智能及其在电力系统中的应用、电力系统元件建模、电力系统继电保护、故障诊断与定位。
0 引 言由于系统中存在大量的感性负载,如感应电动机、电力变压器、电焊机、高频炉、气体放电灯等,因此出现大量相位滞后的无功功率,导致产生功率因数降低,系统电压损耗增大等不良影响。
为了鼓励用户自行提高其负荷的功率因数,降低系统的电压损耗,原水利部和国家物价局颁发了《功率因数调整电费办法》,对用户功率因数进行考核,规定凡装有无功补偿设备且有可能向电网倒送无功电量的用户,应随其负荷和电压变动及时投入或切除部分无功补偿设备。
电业部门应在计费计量点加装带有防倒送装置的反向无功电能表,按倒送的无功电量与实用的无功电量两者的绝对值之和计算月平均功率因数。
无功补偿设备可采用并联电容器或同步补偿机,使之产生相位超前的无功功率,以补偿系统中相位滞后的无功功率。
用户方面的难点是:如何随其负荷和电压变动及时投入或切除部分无功补偿设备。
这需要用户根据自身的用电特点选择最佳的无功补偿装置,一般采用无功功率自动补偿控制器+复合开关+电抗器+电容器的方案。
1 无功补偿装置的选择1.1 无功功率自动补偿控制器的选择本文以JK W 系列无功功率自动补偿控制器为例进行介绍。
JK W 系列依据DL /T 597—1996《低压无功补偿控制器订货技术条件》,采用LCD 液晶中文显示器和先进的单片机技术研制而成。
—15—低压电器(2008№4)现代建筑电气篇・电能质量・该控制器具有实时监测电网参数、设置参数、无功补偿、数据记录、存储、通信、抄表及保护警示等功能,结构合理,性能可靠,性价比高,安装操作方便,适用于交流0.4kV、50Hz低压配电系统监测及无功补偿控制。
JK W与复合开关接线原理图如图1所示。
图1 JK W与复合开关接线原理图(角型接法)1.2 开关的选择1.2.1 普通接触器电容器的电流与电压对时间的微分成正比。
电容器的初始电压与电网电压在一般情况下不相等,最大压差可达额定电压的1.4倍。
当巨大的压差突然加到电容器两端,使电压发生突变时,通过接触器和电容器的电流将高达额定电流的10倍以上。
这种浪涌电流的危害如下:(1)在接触器触点处产生火花,使触电粘住,无法分断而损坏。
(2)缩短了电容器的使用寿命,对电网的巨大冲击产生干扰,使其他电子设备无法正常工作。
1.2.2 带预投电阻的专用接触器该类接触器整体体积较大,事实上工作时也没有真正解决浪涌电流的问题。
同时,由于接触器触电配合不理想使电阻发热而损坏的现象时有发生,因此不是理想的电容投切接触器。
1.2.3 过零触发固态继电器交流继电器的内部由两个单向晶闸管反并联或双向晶闸管构成。
用于投切电容无功补偿时的工作原理如下:当固态继电器接到投切信号时,判别触电两端的电压是否接近于零电压。
一旦两端的电压接近零电压,则开关闭合,投入工作;当固态继电器接到切断信号时,晶闸管自然关断,即电流过零时关断。
从上面的分析来看,用于低压电容投切的固态继电器在投入和切断时的工作状态非常理想,但存在一个致命的缺陷,即工作过程中的发热和谐波问题,这限制了其在电容投切领域的进一步推广。
1.2.4 复合开关电容无功补偿分为单相补偿和三相补偿,采用的开关相数也分为两种。
无论是单相还是三相投切开关,机械式的接触器不可能较准确地做到在开关两端电压过零时闭合、电流过零时切断,而固态继电器却能做到这一点。
相反,在开关闭合工作时,固态继电器产生损耗和电压、电流谐波,而机械式接触器却能避免这些问题。
因此,综合固态继电器和接触器两者优点的复合开关将是最佳选择,即希望电容无功补偿的投切开关在投切瞬间利用(双向)晶闸管的特性,在平时工作时利—25—・电能质量・低压电器(2008№4)现代建筑电气篇用机械接触器触电电阻极小的特性,构成了晶闸管和继电器(接触器)并联工作的开关,即复合开关。
1.3 电容器的选择选择电容器时主要应考虑容量的配置,应根据无功需求来整定电容器总容量。
配置电容器时采用分组投切模式。
2 用户无功补偿装置配置的应用 系统主要技术参数如表1所示。
表1 系统主要技术参数系统主要技术参数数值主母线额定电流/A2000主母线短时耐受电流有效值/峰值/k A50/105额定工作电压/V380系统类型T N2S额定频率/Hz50 该项目中两台电容柜(动态电容补偿主柜+电容动态补偿辅柜)总容量为300kvar(10×30kvar)。
主开关选用厦门电控厂的QS A (HH15)2630/3P刀熔开关,采用复合开关+电抗器+电容器的补偿形式。
复合开关选用北京尚地之光的TSC2F2△30kvar;低压电抗器选用无锡电力电容器厂的CKSG22.1/0.4427%;电容器选用无锡康派特的BZ MJ0.4(0.44)24023。
在现场调试运行的过程中,设备故障具体如下:4台TSC2F2△30kvar复合开关输入线、3条相线发生间隙短路,垫片出现烧蚀现象,压线鼻有两处烧蚀,其中1台复合开关外壳爆裂。
经过现场分析及对厂家的咨询,得出的结论是复合开关相线放电,局部温度升高,造成线路可能熔断、短接,从而导致1台短路、外壳爆裂。
3 用户无功补偿装置配置的分析3.1 复合开关的选择TSC系列复合开关的性能参数如表2所示。
由于TSC系列复合开关额定电流为45A,对应30kvar的电容器,允许在电网波动范围内使用,短时超10%是允许的,偶尔超20%也是允许的,但不允许接30kvar以上的电容器,因为电网表2 TSC系列复合开关性能参数技术参数数值电压范围/V380±20%15kvar(3×5kvar)TSC2F2△控制电容容量20kvar(3×7.5kvar)30kvar(3×10kvar)电路功耗/W≤5接触压降/V≤0.05关耐压/V≥1600环境温度/℃-25～55通断间隔/s≥1投入间隔/s≥30使用寿命/次>60000电压是不可控的。
负载超额、电网再超额,就很可能出现问题。
鉴于复合开关的此项特性,对于该工程,40kvar负载的电容器显然是不适用的,需要选择其他型号的复合开关。
解决方法是将复合开关改为F DKS。
F DKS动态复合开关选用意法半导体公司(ST)原装晶闸管。
同时在开关设计中留有充分的安全裕度,额定电流40A的开关,元件按60A配置;额定电流70A的开关,元件按100A配置。
仍然采用复合开关+电抗器+电容器的组合方案。
3.2 熔断、短接的原因和措施(1)原因:局部温度升高,造成线路可能熔断、短接,从而导致1台短路、外壳爆裂。
(2)措施:将该批复合开关的接线垫片减小,减少露出端子装置数量以避免放电现象发生。
(3)效果:采取措施后运行正常,无功补偿效果较好,达到功率要求。
4 结 语采用JK W系列的无功功率自动补偿控制器和F DKS动态复合开关的无功补偿装置,可以使用户实现无功补偿设备配置的就地平衡,提高电能质量,为保障电网安全、稳定、经济运行做出贡献。
【参考文献】[1] 程浩忠,艾芊,朱子述,等.电能质量[M].北京:清华大学出版社,2006.[2] 国家电网公司.电力系统无功补偿配置技术原则[G].2004.收稿日期:2007211230—35—。