电容无功补偿柜.docx
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电容无功补偿柜.docx
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电容无功补偿柜
电容无功补偿柜
一.电容补偿柜之作用:
用以提高功率因数,调整电网电压,降低线路损耗,充分发挥设备效率,改善供电质量。
二.电容柜工作原理:
用电设备除电阻性负载外,大部分用电设备均属感性用电负载(如日光灯、变压器、马达等用电设备)这些感应负载,使供电电源电压相位发生改变(即电流滞后于电压),因此电压波动大,无功功率增大,浪费大量电能。
当功率因数过低时,以致供电电源输出电流过大而出现超负载现象。
电容补偿柜内的电脑电容控制系统可解决以上弊端,它可根据用电负荷的变化,而自动设置。
电容组数的投入,进行电流补偿,从而减低大量无功电流,使线路电能损耗降到最低程度,提供一个高素质的电力源。
三.电容补偿技术:
在工业生产中广泛使用的交流异步电动机,电焊机、电磁铁工频加热器导用点设备都是感性负载。
这些感性负载在进行能量转换过程中,使加在其上的电压超前电流一个角度。
这个角度的余弦,叫做功率因数,这个电流(既有电阻又有电感的线圈中流过的电流)可分解为及电压相同相位的有功分量和落后于电压90度的无功分量。
这个无功分量叫做电感无功电流。
及电感无功电流相应的功率叫做电感无功功率。
当功率因数很低时,也就是无功功率很大时会有以下危害:
•增长线路电流使线路损耗增大,浪费电能。
•因线路电流增大,可使电压降低影响设备使用。
•对变压器而言,无功功率越大,则供电局所收的每度电电费越贵,当功率因数低于0.7时,供电局可拒绝供电。
•对发电机而言,以310KW发电机为例。
310KW发电机的额定功率为280KW,额定电流为530A,当负载功率因数0.6时
功率=380x530x1.732x0.6=210KW
从上可看出,在负载为530A时,机组的柴油机部分很轻松,而电球以不堪重负,如负荷再增加则需再开一台发电机。
加接入电容补偿柜,让功率因数达到0.96,同样210KW的负荷。
电流=210000/(380x1.732x0.96)=332A
补偿后电流降低了近200A,柴油机和电球部分都相当轻松,再增加部分负荷也能承受,不需再加开一台发电机,可节约大量柴油。
也让其他机组充分休息。
从以上可看出,电容补偿的经济效益可观,是低压配电系统中不可缺少的重要成员。
电容补偿柜工作原理及用途
用电设备除电阻性负载外,大部分用电设备均属感性用电负载(如日光灯、变压器、马达等用电设备)这些感应负载,使供电电源电压相位发生改变(即电流滞后于电压),因此电压波动大,无功功率增大,浪费大量电能。
当功率因数过低时,以致供电电源输出电流过大而出现超负载现象。
电容补偿柜内的电脑电容控制系统可解决此弊端,它可根据用电负荷的变化,而自动设置。
电容组数的投入,进行电流补偿,从而减低大量无功电流,使线路电能损耗降到最低程度,提供一个高素质的电力源。
在电力系统中,电动机或其它带有线圈(绕组)的设备很多。
这类设备除了从电源取得一部分电功率作有功用外,还将耗用一部分电功率用来建立线圈磁场。
而这部份被消耗掉的能量并不是转换成了我们需要能量的其它形式(比如机械能),所以习惯上把它称为“无功功率”。
实际上“无功”并不是无用的功,它是感性负载建立工作磁场所消耗掉的能量,是必须的,否则这些电器(如电动机)就无法正常工作。
但是,由于这种“无功”电流在输电线路中的流动,额外地增加了输电线路的的负坦,所以我们必须要把输电线路的“无功”减少到最小。
而采取的措施一般就是用容性负载(比如电容器)来抵消感性负载的影响,常见的就是采用电容补偿柜。
这也是提高功率因数的常见方法之一。
功率因数cosφ(也称力率)是反映总电功率中有功功率所占的比例大小。
功率因数是在0~1之间,它表示负载电流做的有用功率的百分比。
功率因数的计算:
cosφ=P/S
其中:
P—有功功率(kW)
Q—无功功率(kvar)
S—视在功率(kVA)
无功补偿的基本原理:
电网输出的功率包括两部分;一是有功功率;二是无功功率.直接消耗电能,把电能转变为机械能,热能,化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率称为有功功率;不消耗电能;只是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且,这种能是在电网中及电能进行周期性转换,这部分功率称为无功功率,如电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所占的电能.电流在电感元件中作功时,电流滞后于电压90°.而电流在电容元件中作功时,电流超前电压90°.在同一电路中,电感电流及电容电流方向相反,互差180°.如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量及电压矢量之间的夹角缩小,
无功补偿的具体实现方式:
把具有容性功率负荷的装置及感性功率负荷并联接在同一电路,能量在两种负荷之间相互交换。
这样,感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。
无功补偿的意义:
⑴补偿无功功率,可以增加电网中有功功率的比例常数。
⑵减少发、供电设备的设计容量,减少投资,例如当功率因数cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95时,装1Kvar电容器可节省设备容量0.52KW;反之,增加0.52KW对原有设备而言,相当于增大了发、供电设备容量。
因此,对新建、改建工程,应充分考虑无功补偿,便可以减少设计容量,从而减少投资。
⑶降低线损,由公式ΔΡ%=(1-cosΦ/cosΦ)×100%得出其中cosΦ为补偿后的功率因数,cosΦ为补偿前的功率因数则:
cosΦ>cosΦ,所以提高功率因数后,线损率也下降了,减少设计容量、减少投资,增加电网中有功功率的输送比例,以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益。
所以,功率因数是考核经济效益的重要指标,规划、实施无功补偿势在必行。
电网中常用的无功补偿方式包括:
①集中补偿:
在高低压配电线路中安装并联电容器组;
②分组补偿:
在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器;
③单台电动机就地补偿:
在单台电动机处安装并联电容器等。
加装无功补偿设备,不仅可使功率消耗小,功率因数提高,还可以充分挖掘设备输送功率的潜力。
确定无功补偿容量时,应注意以下两点:
①在轻负荷时要避免过补偿,倒送无功造成功率损耗增加,也是不经济的。
②功率因数越高,每千伏补偿容量减少损耗的作用将变小,通常情况下,将功率因数提高到0.95就是合理补偿
就三种补偿方式而言,无功就地补偿克服了集中补偿和分组补偿的缺点,是一种较为完善的补偿方式:
⑴因电容器及电动机直接并联,同时投入或停用,可使无功不倒流,保证用户功率因数始终处于滞后状态,既有利于用户,也有利于电网。
⑵有利于降低电动机起动电流,减少接触器的火花,提高控制电器工作的可靠性,延长电动机及控制设备的使用寿命。
无功就地补偿容量可以根据以下经验公式确定:
Q≤UΙ0式中:
Q---无功补偿容量(kvar);U---电动机的额定电压(V);Ι0---电动机空载电流(A);但是无功就地补偿也有其缺点:
⑴不能全面取代高压集中补偿和低压分组补偿;众所周之,无功补偿按其安装位置和接线方法可分为:
高压集中补偿、低压分组补偿和低压就地补偿。
其中就地补偿区域最大,效果也好。
但它总的电容器安装容量比其它两种方式要大,电容器利用率也低。
高压集中补偿和低压分组补偿的电容器容量相对较小,利用率也高,且能补偿变压器自身的无功损耗。
为此,这三种补偿方式各有应用范围,应结合实际确定使用场合,各司其职。
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控制电容器投切的器件
控制电容器投切的器件主要有投切电容器专用接触器、复合开关、同步开关和晶闸管。
投切电容器专用接触器有一组辅助接点串联电阻后及主接点并联。
在投入过程中辅助接点先闭合,及辅助接点串联的电阻使电容器预充电,然后主接点再闭合,于是就限制了电容器投入时的涌流。
复合开关就是将晶闸管及继电器接点并联使用,由晶闸管实现电压过零投入及电流过零切除,由继电器接点来通过连续电流,这样就避免了晶闸管的导通损耗问题,也避免了电容器投入时的涌流。
但复合开关既使用晶闸管又使用继电器,于是结构就变得比较复杂,成本也比较高,并且由于晶闸管对过流、过压及对dv/dt的敏感性也比较容易损坏。
在实际应用中,复合开关故障多半是由晶闸管损坏所引起的
同步开关是近年来最新发展的技术,顾名思义,就是使机械开关的接点准确地在需要的时刻闭合或断开。
对于控制电容器的同步开关,就是要在接点两端电压为零的时刻闭合,从而实现电容器的无涌流投入,在电流为零的时刻断开,从而实现开关接点的无电弧分断。
由于同步开关省略了晶闸管,因此不仅成本降低,而且可靠性提高。
同步开关是传统机械开关及现代电子技术完美结合的产物,使机械开关在具有独特技术性能的同时,其高可靠性以及低损耗的特点得以充分显示出来。
晶闸管是动态无功补偿装置唯一可选的器件,晶闸管的动作速度快,可以在一个交流周期内完成电容器的投入及切除,并且对投切次数没有限制。
但是晶闸管的导通损耗大,价格高,可靠性差,除非用于动态补偿,否则并没有优势可言。
美国斯威尔智能电容器能灵活的应用于高压集中补偿、低压分组补偿和低压就地补偿.
就地(分散)补偿应用
不需要设置专用的无功补偿箱或者无功补偿柜,实现对各种场合的小容量就地补偿。
■在用电设备旁放置智能电容器
■在壁挂式配电箱内放置智能电容器
■在工程车间配电设备内(旁)放置智能电容器
■在用户配变小于100kvar的计量柜、配电柜内放置智能电容器
优点:
无功补偿距离短,节能降损效果显著,设备接线简单、维护方便。
配置参考:
对于小容量负载,按照负载总功率的25%~40%配置智能电容器容量。
例:
一台电动机就地补偿方案
电动机额定功率:
50kW
无功补偿容量:
15kvar(10kvar+5kvar)
智能电容器数量:
1台SWL-8MZS/450-10.5
无功补偿级数:
0、5、10、15kvar
低压分组补偿的应用
对户外配电变进行就地无功补偿,直接将设备安装于柱挂式户外设备箱内。
优点:
体积小、接线简、维护方便;投资小、节能降损效果显著。
配置参考:
配变无功补偿容量一般为配变容量的25%~40%。
例:
户外配电变压器应用方案
配变容量:
200kVA
无功补偿容量:
60kvar2×30kvar(20kvar+10kvar)
智能电容器数量:
2台SWL-8MZS/450-20.10
无功补偿级数:
0、10、20、30、40、50、60
安装在箱变低压室,根据配电变压器容量进行补偿,选用若干台智能电容器联机使用。
优点:
接线简单、维护方便、成本低、节约空间的显著特点。
配置参考:
箱变无功补偿容量一般为配变容量的25%~40%。
例:
箱式变集中补偿应用方案
箱变容量:
500kVA
无功补偿容量:
190kvar4×40kvar(20kvar+20kvar)+1×30kvar(20kvar+10kvar)
智能电容器数量:
4台SWL-8MZS/450-20.201台SWL-8MZS/450-20.10
高压集中补偿的应用
低压无功补偿智能电容器实现在柜体内组装,构成无功自动补偿装置,接线简单、维护方便、节约成本。
优点:
补偿效果好,容量可调整性好,接线简单、故障少、运行维护方便。
配置参考:
根据成套柜补偿容量的要求进行配置。
低压成套柜配置容量参考:
GGD柜型
柜体尺寸:
1000mm(宽)×600mm(深)×2230(高)mm
可安装智能电容器数量:
20台40kvar(20kvar+20kvar)
无功补偿总容量:
800kvar(40kvar×20)
MNS柜型
柜体尺寸:
600mm(宽)×800mm(深)×2200(高)mm
可安装智能电容器数量:
12台40kvar(20kvar+20kvar)
无功补偿总容量:
480kvar(40kvar×12)
⑵大容量电力电子装置,普通电容器就地补偿不恰当:
随着大型电力电子装置的广泛应用,尤其是采用大容量晶闸管电源供电后,致使电网波形畸变,谐波分量增大,功率因数降低。
更由于此类负载经常是快速变化,谐波次数增高,危及供电质量,对通讯设备影响也很大,所以此类负载采用就地补偿是不安全,不恰当的。
因为①电力电子装置会产生高次谐波,在负载电感上有部分被抑制。
但当负载并联电容器后,高次谐波可顺利通过电容器,这就等效地增加了供电网络中的谐波成分。
②由于谐波电流的存在,会增加电容器的负担,容易造成电容器的过流、过热,甚至损坏。
③电力电子装置供电的负载如电弧炉、轧钢机等具有冲击性无功负载,这要求无功补偿的响应速度要快,但并联电容器的补偿方法是难以奏效。
美国斯威尔智能电容器成套设备能满足恶劣环境下的电容补偿要求.美国斯威尔专业开发的功率因数控制器结合智能电容器组,能快速响应电网功率因数突变的问题,毫秒级的捕捉谐波突变.防止过度补偿引起的设备损坏.同时美国斯威尔智能电容器成套设备具有谐波抑制能力,破坏电容及系统的并联谐振,部分吸收系统中的3、5、7次及以上谐波.
⑶电动机起动频繁或经常正反转的场合,不宜采用普通电容器就地补偿:
异步电动机直接起动时,起动电流约为额定电流的4-7倍,即使采用降压起动措施,其起动电流也是额定电流的2-3倍。
因此在电动机起动瞬间,及电动机并联的电容器势必流过浪涌冲击电流,这对频繁起动的场合,不仅增加线损,而且引起电容器过热,降低使用寿命。
此外,对具有正反转起动的场合,应把补偿电容器接到接触器头电源进线侧,这虽能使电容随电动机的运行而投入。
但当接触器刚断开时,电容器会向电动机绕组放电,,引起电动机自激产生高电压,这也有不妥之处。
若将补偿电容器接于电源侧,当电动机停运时,电网仍向电容器供给电流,造成电容器负担加重,产生不必要的损耗。
为此,对无功补偿功率较大的电容器,如需接在电源进线侧,则应对电容器另外加控制开关,在电动机停运时予以切除。
⑷就地补偿的电容器不宜采用普通电力电容器:
推广就地补偿技术时,不宜直接使用普通油浸纸质电力电容器,因为其自愈功能很差,使用中可能产生永久性击穿,甚至引起爆炸,危及人身安全。
应用选型需要考虑的因素
1、谐波含量及分布
配电系统可能产生的电流谐波次数及幅值及电压谐波总畸变率,根据谐波含量确认补偿方案。
2、负荷类型
配电系统现行负荷和非线性负荷占总负荷比例,根据比例确定补偿方案。
3、无功需求
配电系统中如果感性负荷比例大则无功需求大,补偿容量应增大。
4、符合变化情况
配电系统中若静态符合多,则采用静态补偿,若频繁变化负荷多则采用动态跟踪补偿较合适。
5、三相平衡性
配电系统中若三相负荷平衡则采用三相共补,若三相负荷不平衡则采用分相补偿或混合补偿。
无功补偿设计方案参考
基于斯威尔电气提供的智能无功补偿控制器设计的无功补偿方案,可参考下述原则。
非线性负荷比率
无功补偿设计方案
三相平衡静态负荷
三相不平衡静态负荷
三相平衡频繁变化负荷
三相不平衡频繁变化负荷
负荷中非线性设备≤15%变压器容量(主要为线性负荷)
三相共补,复合开关过零投切,
智能电容器:
SWL-8MZS
分相补偿或混合补偿,
复合开关过零投切;
电容器:
SWL-8MZF
或SWL-8ZMS
三相共补,可控硅开关动态切换
电容器:
SWL-DMZS
分相补偿或混合补偿,
可控硅开关动态切换;
电容器:
SWL-DMZF
或SWL-DZMS
15%<负荷中非线性设备比率≤50%变压器容量(存在一定量的谐波)
三相共补
复合开关过零投切
电容回路中串联6%或12%;滤波电抗
电容器:
SWL-LBMZS
分相补偿或混合补偿
复合开关过零投切
电容回路中串联6%或12%非调谐滤波电抗
电容器:
SWL-LBMZF或SWL-LBMZS
三相共补
可控硅开关动态切换
电容回路中串联6%或12%非调谐滤波电抗
电容器:
SWL-LBDMZS
分相补偿或混合补偿
可控硅开关动态切换
电容回路中串联6%或12%非调谐滤波电抗
电容器:
SWL-LBDMZF或SWL-LBDMZS
谐波治理目标
破坏电容及系统的并联谐振,部分吸收系统中的3、5、7次及以上谐波
破坏电容及系统的并联谐振,部分吸收系统中的3、5、7次及以上谐波
破坏电容及系统的并联谐振,部分吸收系统中的3、5、7次及以上谐波
破坏电容及系统的并联谐振,部分吸收系统中的3、5、7次及以上谐波
负荷中非线性设备比率>50%变压器容量(存在大量谐波)
三相共补
复合开关过零投切
由电容或电抗组成的调谐滤波回路
电容器:
SWL-LBMZS
分相补偿或混合补偿
复合开关过零投切
由电容或电抗组成的调谐滤波回路
电容器:
SWL-LBMZF或SWL-LBMZS
三相共补
可控硅开关动态切换
由电容或电抗组成的调谐滤波回路
电容器:
SWL-LBDMZS
分相补偿或混合补偿
可控硅开关动态切换
由电容或电抗组成的调谐滤波回路
电容器:
SWL-LBDMZF或SWL-LBDMZS
谐波治理目标
完全吸收3、5、7次及以上电流谐波
完全吸收3、5、7次及以上电流谐波
完全吸收3、5、7次及以上电流谐波
完全吸收3、5、7次及以上电流谐波
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- 电容 无功 补偿