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电容补偿
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智能电容器


图1

在供电系统中,电容补偿应用广泛,它不但补偿无功功率,提高电能质量,降低损耗,提高设备的功率因数,还能减少配变安装容量,改善设备运行条件,节约电能。对企业可减少功率损失,提高电网输电效率。
一、电容补偿作用
    电容补偿就是无功补偿或者功率因数补偿。在电力系统中,用电设备会在使用时过程中产生无功功率,而且通常表示为电感性,它会使电源容量的使用效率降低,而通过在系统中适当地增加电容的方式就可以得以改善。 电力电容补偿也称功率因数补偿。
    它的作用是:
    电容在交流电路里可将电压维持在较高的平均值,可改善增加电路电压的稳定性。
    对大电流负载的突发启动给予电流补偿,电力补偿电容组可提供巨大的瞬间电流,可减少对电网的冲击。
    电路里大量的感性负载会使电网的相位产生偏差,(感性元件会使交流电流相位滞后,电压相位超前90度)。而电容在电路里的特性与电感正好相反,起补偿作用。
   在一定的有功功率下,当用电企业 cosΦ越小,其视在功率也越大,为满足用电的需要,供电线路和变压器的容量也越大,这样,不仅增加供电投资,降低设备利用率,也将增加线路网损。负载的功率因数低,对电力系统不利。在电网高峰负荷时,用户的功率因数应达到的标准:高压用电的工业用户和高压用电装有带负荷调整电压装置的电力用户,功率因数为 0.9 以上;其它 100KVA 及以上电力用户和大中型电力排灌站,功率因数为 0.85 以上;农业用电功率因数为 0.80 以上。   采用并联电容器进行无功补偿的方式可以有集中补偿、分组补偿及个别补偿等。
     个别补偿。即在用电设备附近按其本身无功功率的需要量装设电容器组,与用电设备同时投入运行和断开,也就是再实际中将电容器直接接在用电设备附近。适合用于低压网络,优点是补尝效果好,缺点是电容器利用率低。
     分组补偿。即将电容器组分组安装在车间配电室或变电所各分路出线上,它可与工厂部分负荷的变动同时投入或切除,也就是再实际中将电容器分别安装在各车间配电盘的母线上。优点是电容器利用率较高且补偿效果也较理想(比较折中)。
     集中补偿。即把电容器组集中安装在变电所的一次或二次侧的母线 上。在实际中会将电容器接在变电所的高压或低压母线上,电容器组的容量按配电所的总无功负荷来选择。优点:是电容器利用率高,能减少电网和用户变压器及供电线路的无功负荷。缺点:不能减少用户内部配电网络的无功负荷。
 二、电容补偿应用中的问题

   在公用配变及用户配变多采用集中补偿方式,将并联电容器组安装在配电变压器的低压母线上,一般均采用成套装置与低压配电柜一起装于室内。因此,并联电容器组成套装置均与所选用的配电柜型式相配套,以便于统一安装及接线。而在实际在应用中会出现以理问题:
     工业厂房的供配电系统比民用住宅的供配电系统复杂,对厂房设备不熟悉,用电装机容量未明确,而对这情况设计人员都以经验来设计。往往会造成配变容量过大,导致补偿过大,造成设备的浪费。严重影响投资成本、运营成本,不能满足客户需求。
     旧补偿装置柜里安装的电容器较为统一每一组电容容量,如10KVAR×12组、12KVAR×10组、14KVAR×8组等,而在运行过程中,控制器设定的功率因数投入门限值是0.95(0.90-1.0可调),它会根据用电负荷的功率因数自动投切电容器组数。假设在12KVAR×10组当中,当负荷的功率因数低于0.90时,控制器就发出指令投入电容器,而当投入了6 组电容器后,又超出了控制器设定的限值0.95,此时,控制器又要发出指令退出2组电容器,当退出后又达不到所要求的功率因值,控制器又要发出指令投入电容器;如此反复,造成控制器频繁投切,损坏电容组。
     在选用额定电容组电压时,忽略了配电变压器的首端电源电压一般要超过400V,有的达420V左右。而低压无功补偿装置柜都是安装在配电变压器低压线母线侧,处于电源的最前端,虽然电容补偿在短时能在高于额定电压下工作,但长期的超额定电压状态下运行,会缩短设备的寿命。 造成电容鼓包击穿,这时电容器失效,需要及时更换,增加维护成本。
     选用控制器质量不好,当变压空载或者轻载时,控制器不但没有切断电容组,并且还全电容组投入,使对地电容电流较大,电流超前于电压的角度增加,功率因数降低,电路呈现容性,根据《功率因数调整电费方法》,供电企业需要对用电企业罚款。
 三、正确使用电容补偿
   针对电容补偿应用上的问题,提出解决办法:
     工业用户的多负荷补偿容量的选择:
     1)对已生产企业欲提高功率因数,其补偿容量Qc按下式选择:
Qc=KmKj(tgφ1-tgφ2)/Tm   
     式中:Km为最大负荷月时有功功率消耗量,由有功电能表读得;

Kj为补偿容量计算系数,可取0.8~0.9;Tm为企业的月工作小时数;tgφ1、tgφ2意义同前,tgφ1由有功和无功电能表读数求得。
     2)对处于设计阶段的企业,无功补偿容量Qc按下式选择:
Qc=KnPn(tgφ1-tgφ2)   
 式中Kn为年平均有功负荷系数,一般取0.7~0.75;

Pn为企业有功功率之和;

tgφ1、tgφ2意义同前。

tgφ1根据企业负荷性质查手册近似取值,也可用加权平均功率因数求得cosφ1。
   对于工业负荷中设备存在有,如变频器、整流器、中频炉、电弧炉、电子式日光灯等谐波源,由于谐波会增加电气设备的热损耗,干扰其功能甚至引发故障。另外谐波可对信息系统产生频率耦合干扰,普通的并联电容器补偿在谐波下可能发生谐波放大情况,损坏电容器和设备,并严重降低电能质量。对此在电容器回路中串联电抗器,形成一个串联谐振回路,可用于吸收谐波,降低电网电压畸变,基波无功补偿居次要位置。提高电网功率因数,同时吸收谐波,电容器容量按无功补偿的要求配置。因此,对不同的用电企业,分析清楚现场的设备,了解是否存在谐波源存在,有利正确配置无功补偿设备。
    在于设备选型上解决电容开关投切频繁问题,一般低压补偿柜的电容投切开关主要分为三类,性能特点和应用场合不同:
 接触器:价格便宜,性能稳定。但投切时由涌流、过电压、电弧,故触点易烧结,一般使用于负荷稳定,投切次数较少的场合。
     可控硅:投切时选择交流值的过零点,无涌流无弧光,可迅速跟踪负荷频繁投切。但可控硅发热严重,需配置独立风扇散热,因此经常烧坏甚至着火,而且价格较高。一般应用于负荷急剧变化的需频繁投切的场合。
复合开关:集合了接触器和复合开关两者的主要优点并避免了其缺点,是目前主流开关,可应用于大部分场合。价格较高,另外因其也内置了接触器,其响应速度比可控硅要长些,要求快速跟踪投切的场合一般并不适用。
    对于负荷电流变化较大的场所,应采用动态补偿,采用可控硅控制方式,快速投切,补偿各电容的容量选用混合式电容组。
3.电容组应在运行在0.4kV以上的条件下正常工作。电容器运行中承受的长期工频过电压不大于1.1Un;电容器的过电压和过电流符合GB12747-91要求。
四、现阶段无功补偿
  中山供电局对于无功补偿非常重视,在电网改造中,率先投入使用永磁真空开关投切动态无功补偿装置。
 该设备具有三相四线检测系统,可检测各相的无功功率、有功功率、功率因数、电压、电流等参量;真空投切元件同步选相控制器能自动寻找最佳投入(切除)点;实现过零投切、无涌流(投切电容器瞬间产生的涌流应可控制在电容器组额定电流的3倍以下)、无过压(电容器切除);触点不烧结;能耗小;无谐波注入;在电气参数和机械参数发生变化时能自动修正投切点。具有可调投入及切除门限设定值,包括电流互感器变比;延时、过电压、低电压等参数的设置功能。对于分组投切电容器组的,具有循环投切设置功能。具有投切振荡闭锁功能,系统负载较轻时,控制器应具有防止投、切振荡的措施,即超过设定的功率因数下限一定值范围内对电容器的投切应有可设置0~120秒的延时。延迟时间应与放电时间相协调,保证电容器再次投入时,其端子间的电压不高于电容器额定电压的10%。采用带磁性材料作为铁芯制成的电抗器。有效防止谐波。
  低压电容器组选用干式自愈式二芳基乙烷复合薄膜电容器,以混合补偿的方法实现准确投切。配置如下表:
五、电容补偿安装使用中注意事项
  农网改造项目,对于旧有设备整改,就常出现新购置的低压无功补偿装置柜。由于生产厂家的不同,一般只能把电容使用VV.电缆连接。这时要根据电容补偿装置柜配置的全部电容器的容量,即总的额定电流之和的1.5倍来选择电源导线的截面积,其最小截面积不得小于50m㎡塑铜线,导线额定绝缘电压1000V。电源线两端连接一定要用铜线耳压接,保证接触面连接可靠。
  安全接地。电容器的金属外壳必须可靠地固定电位。当电容器地额定电压高于或等于电网电压时,应将电容器外壳接地,以保障人身安全。当电容器地额定电压低于电网电压时,则应加强电容器对地绝缘,可用相当于电网绝缘水平地支柱绝缘子支撑电容器的安装台架,外壳再与台架连接。
  电容放电。电容器再断开电源后,极间仍可能有极高的残余电压。为此,在补偿电容器之中应有内装或外设的放电回路(电阻或电抗器、电压互感器),使电容器的电压在3min(额定电压1000V以下的电容器组)或10min内(额定电压在1000V及以上的电容器组)降至50V。为了防止带电荷合闸及防止人身触电伤亡事故,电容器组必须加装放电装置。
  对于设备维修方面,定期的外观检查,特别是电容组鼓包。检查开关、控制器等设备是否正常运行,通过多功能电子表及功率因数表,记录有功电量、无功电量、电压、电流等数据,能尽早发现电容补偿故障,并减少因此带来的无功电费损失。
    注重日常维修,有良好的通风,避免受其他热源的辐射,有助于延长电容补偿工作寿命。
六、总结
  从我们的实践来看,变压器不宜空载运行或轻载运行,应将负荷率调至0.75左右。尽量采用自然功率因数较高的电气设备,降低感性无功功率消耗。感性负载时投入电容器补偿,容性负载时投入电抗器补偿。对不同类型的用电设备,正确选择先进的补偿设备,有利于提高功率因数,减少给电网带来的无功损耗



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