无功补偿的原理.doc

DS5变电站自动电压无功综合控制成套装置的应用2009年 5月22日 作者：吴士东内容提要：指出高压供电系统无功电容补偿的重要性，论述了高压供电系统电容补偿改造为自动跟踪补偿的安全价值及应用效果。. 关键词：无功补偿 改造 安全 效果1、概述：改善矿井用电功率因数是企业节约电能的重要课题，同时由于矿井大型设备多为感性负载，且容量较大，因而提高功率因数，实现自动等容投切电容，均衡供电系统和节约电能有着十分重要的意义。一、简述无功补偿的原理及意义 1、无功补偿的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,化学能或声能等,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,这种能是在电网中与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,电流超前于电压90.而电流在电容元件中作功时,电流滞后电压90.在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,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,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小,从而提高电能作功的能力,这就是无功补偿的道理. 2、无功补偿的意义 (1)补偿无功功率,可以增加电网中有功功率的比例常数 (2)减少发,供电设备的设计容量,减少投资,例如当功率因数cos=0.8增加到cos4=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. (3)降低线损,由公式P%=(1-cos/cos)X100%得出其中cos为补偿后的功率因数,cos为补偿前的功率因数则 coscos,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。(4)可以充分发挥变压器和系统的潜力,因为变压器和系统潜力用KVA表示，提高功率因数它最多可以输出的功率可以提高很多。二、改造无功补偿电容前系统运行情况及弊端原运行的TBB11型高压电容补偿是一种投切需要人工根据观察系统运行情况进行操作的补偿设备，由于负荷变化仅靠人工检查十分不精确，有时刚刚将电容器投入系统，负荷和系统参数突然发生变化，但仅靠人工观察无法及时发现系统异常，其结果是电压忽高忽低，尤其是功率因数更加难以控制，投入较多电容器，完成了功率因数，但由于系统电压过高，极易烧坏过电压能力较低的电气设备，加上电力系统昼夜不稳定，投切的大容量电容，对系统冲击甚大，瞬间还可能造成过电压，极易发生系统故障，而矿井许多设备启动必须需要一个稳定的供电系统，这个制约矿井安全的弊端已经显现，同时其单组电容器保护采用的是熔丝保护，当一块电容损坏，另两块仍然运行，间接影响着三相电压的平衡度，直接造成设备不能正常运行，影响矿井安全生产。因而，改变电容器的投切方式和投切容量，保证系统稳定和有效提高功率因数成为当务之急。三、改造无功补偿，选用DS5变电站电压无功综合控制成套装置1、DS5变电站电压无功综合控制成套装置原理 （1）DS5变电站电压无功综合控制成套装置，通过对补偿母线上的电容器组的自动跟踪投切来实现对变电站电压和无功的综合控制，并能谐波测量功能。每组电容器均配置专用微机保护单元、电容器组投切专用真空开关。 （2）装置主要是由隔离接地开关、电容器组投切真空开关、高压并联电容器、熔断器、串联电抗、接地开关、放电线圈、避雷器、电压无功综合控制器、电容组微机保护单元等部分和柜体、一次及二次连线等辅助部分组成。 （3）装置内每组高压电容由电容器组投切专用真空开关进行投切，其开关内电流互感器直接测量三相电流的平衡度，当任一台电容器发生故障时，该组保护单元动作于控制开关快速跳闸，切断故障电容器电源，与系统隔离。 （4）我们根据系统实际计算和运行需要，选择两台电容器柜，每台3000Kvar,共分为10组，每组600Kvar，由于考虑生产系统的延伸和负荷的增加，故在实际需用5000Kvar的基础上，留出1000Kvar的容量，以满足下一步的补偿需求。2、功能特点配置DSK5000系列控制器，根据系统电压、无功功率和功率因数，自动投切电容器组，采用先进的模糊控制理论，达到最佳的电压无功控制效果。 把额定容量的电容器可最多分为10组(每段5组)等容,实现自动循环投切；或分为组以下（每段组以下）不等容，实现组合投切。达到补偿的最佳效果。 配置DSB2000系列电容器组微机保护单元，能够实现每组电容器二段过流和零序电压保护功能。当某组出现故障时可自动切除该组电容器并闭锁，不影响整套装置的正常投切。 配置不同比率的电抗器，以限制合闸涌流和抑制高次谐波。另外,还装配监视用的电压表,电流表,功率因数表和信号指示灯等 可以综合也可以单独对电容器组进行闭环自动控制，也可以人工手动开环控制。 通过检测主变KV侧开关辅助接点信号，自动识别并适应变电站的各种运行模式：一变一段运行；一变二段运行；两变一段运行；两变两段运行；两变并列运行；两变分列运行。 可通过485RTU实现实现通信，实现了遥测、遥信、遥控、遥调“四遥”功能。可显示多种数据、状态信息，以便运行人员实时控制。具有异常情况下控制的自动闭锁能力，抗干扰能力强，防止误操作。当系统输出闭锁时，提示出现闭锁原因。 系统有报警时优先循环显示报警信息，便于用户了解运行情况。可实时显示多个报警信息：一段、二段接地保护、过压保护、低压保护、调压机构拒动、调压机构连调、补偿机构保护、补偿机构拒动、本体轻瓦斯、调压瓦斯、过载闭锁、RAM自检错、EEPROM自检错报警。 可记录50条运行记录和50条报警事故、日期和时间。可统计两台变升、降压动作次数，各电容器组的投、切次数。动作次数记录可手工清除。 控制电源：AC220V 偏差：10%7%DC220V 偏差：5%5%纹波参数：5% 系统标称电压：6KV、 等容分组数：组（或组以下）配置DSK5010控制器） 装置各回路对地绝缘电阻：100MQ 抗干扰性能：能够承受频率为1MHZ电压幅值共模2500V，差模1000V的衰减震荡波脉冲干扰3、工作原理无功补偿是根据各变电站实际运行状况而确定的。目前，大部分负荷分感性负荷，故采用补偿电容的方式来补偿感性负荷引起的电压与电流的相信差，以降低损耗提高电能质量。DS5系列变电站电压无功综合控制成套装置，取自变电站高压侧和低压侧的电压信号及电流信号作为无功补偿，并计算无功需求量、功率因数、有功功率，通过各主变开关辅助接点信号，识别各种运行方式。在传统的电压、无功九域图控制法的基础上，根据“保证电压合格，无功基本平衡，尽量减少调节次数”的基本原则，计算无功与电压的关系。1.动作条件a、 投电容的条件动作条件：COSCOSd1U1Uab、Ubc、UcaUdQQdTTd放电线圈正常处于补偿自动状态电容柜主开关处于合位其中：为投入电容间隔时间d为投电容间隔时间定值COS功率因数实时值COSd1功率因数下限定值Uab、Ubc、Uca为母线电压Ud为高压保护定值U1为低压保护定值Q为无功功率实时值Qd为无功需求量定值b、 切电容的条件动作条件：COSCOSdh UabUdg或UbcUdg或UcaUdgUabU1或UbcU1或UccaU1Q0放电线圈圈正常处于补偿自动状态电容柜跳闸其中：COSdh为功率因数上限定值Uab、Ubc、Uca为母线线电压d为高电压保护定值1为低电压保护定值为无功功率实时值c、 过电压保护条件动作条件：UabUdg或UbcUdg或UcaUdg 其中：Uab、Ubc、Uca为母线线电压 Udg为过电压保护定值d、 低电压保护条件动作条件：UabU1或UbcU1或UcaU1其中：Uab、Ubc、Uca为母线线电压1为低电压保护值4、 安装、调试(1) 安装a、 安装使用前，将电容器装置元器件表面擦拭干净。确保各元器件完好无损，机械部分必须转动灵活，放电线圈、电容器外壳良好接地。b、 将主控制柜和电容电抗柜安装无毕，保证柜子接地良好。c、 按照装置设计，接好一次连线，电容器良好接地，连线正确，接点牢固。d、 参照二次电气设计图将主变两侧开关DL接点和电容器电源板的两个DL接点分别接入电容补偿柜端子排，同时取自电压互感器100V电源接入各组柜内，并并接到综合保护器和保护单元，控制部分由1号柜总控制，2号柜由1号柜串入信号后逻辑动作e、 如实现网络通信，请参照“通信口输入”说明连线。f、 一次、二次连线接完后对其检验、校正。.电器控制箱端子接线说明：模拟量输入： 接入号主变母线高压侧、线电压。 接入号主变母线高压侧、线电压。注：、号主变高压侧线电压的量程为130V。 接入号主变母线低压侧、三相电压。 接入号主变母线低压侧、三相电压。 接入号、号主变母线低压侧电压中线端。注：、号主变低压侧、三相相电压的量程为80V 接入号主变高压侧相电流进出端。 接入号主变高压侧相电流进出端。注：、号主变高压侧相电流的量程为。接入号主变低压侧相电流进出端。 接入号主变低压侧相电流进出端。注：、号主变低压侧相电流的量程为10。（2） 调试a、 使主控制柜前面板上的控制转换转换开关处于中间停止状态.b、 打开主控制柜前中间面板,合上控制和保护电源,使控制器与保护单元通入开作电源,控制器和保护单元指示灯应处正常运行状态（电源指示灯常亮，运行指示灯闪烁）。接入AC220V电源要严格区分相线及零线，接入DC220V电源要严格区分正负极。c、 按照控制器使用说明设定好各项定值，然后送入母线电压、母线电流及开关状态信号，观察液晶显示。将转换开关打在自动位置，接通电容出线柜，送高压。（3）、控制器运行显示屏幕显示器：用汉字和图形方式显示各种信息，对比度旋钮：用十字螺丝刀可以旋转旋钮来改变显示屏幕的对比度。“电源”指示灯：电源正常则电源指示灯亮。“运行”指示灯：程序运行正常则运行指示灯闪烁，指示灯每秒闪次。“通信”指示灯：发送时绿灯亮，接收时红灯亮。“报警”指示灯：当有任何一种报警时，报警指示灯亮。“异常”指示灯：当自检故障时异常指示灯亮。【】键：可以循环移动光标位置也用于翻页。【、】键：可以改变数值大小，【】键表示增，【】键表示减。【确认】键：进入下一级菜单或执行操作。【取消】键：三、 结束语这套装置在矿35KV变电所投入运行后，首先电压质量稳定性得到了