用户端低压无功补偿装置及其应用

用户端低压无功补偿装置用户端低压无功补偿装置 及其应用及其应用 转载自 电世界 总第 578 期 作者 朱敏捷 无论是工业负荷还是民用负荷 大多数为感性负荷 是感性负荷就有无功功率的 消耗 提供这些无功功率有两条途径 一是直接由供电系统提供 但将造成输电线路 及变压器损耗的增加 降低系统的使用效率 另一是进行无功功率的补偿 目前无功 功率的补偿的方法有几种 采用并联电容器补偿是有效的手段之一 但使用哪几种无 功补偿装置 是采用 MSC 无功补偿装置 TSC 无功补偿装置还是采用 MSC TSC 无功 补偿装置 现介绍如下 1 低压无功补偿装置及其工作原理低压无功补偿装置及其工作原理 1 1 MSC 装置的投切 采用机械开关投切电容器的无功补偿装置 MSC 即通过控制器取样 电容式 交流接触器 或断路器 作为电容器的投切元件 熔断器 或微型断路器 热继电 器作为保护的一种并联电容器补偿装置 可以手动投切或自动投切 自动投切是由控 制器以无功功率 或无功电流等 为物理量 通过循环投切 先接通的先分断 后分 断的后接通 方式控制电容器的投切 因电容器的初始电压为 0 在交流接触器触点闭 合的瞬间 电网的电压极少为 0 但电容器的电压不能突变 因而产生非常大的电流冲 击即合闸涌流 根据试验表明 电容式交流接触器的合闸涌流一般是电容器额定电流 的 20 倍左右 同时 由于交流接触器不能在短时间内频繁投切 使得该种无功补偿有 级的 定时的 补偿装置的响应时间一般大于 10s 且频繁地投切使交流接触器的触头 受电弧作用而损坏 增大运行维护工作量 1 2 TSC 装置的投切 近年来随着电子工业的不断发展 出现了集微机 电子 机电为一体的新产品 TSC 无功补偿装置 即投切回路中由晶闸管替代电容式交流接触器投切电容器 TSC 无功补偿装置的原理是 自动补偿控制器通过对电网无功电流的快速检测 经比 较 判断后以编码工作方式向晶闸管发出通断信号 进行投切控制 控制回路接到通 断信号后采用过零触发电路投切电容器 即电路检测到施加在晶闸管两端的电压为零 时 发出触发信号使晶闸管导通 当电路检测到晶闸管为零电流时断开晶闸管 从理 想状态上讲 当电容器的电压与电网电压相等时 不会产生合闸涌流 解决了电容式 交流接触器投切产生的合闸涌流问题 在实际使用过程中用晶闸管投入电容器时其合 闸涌流也都可以控制在 3 倍额定电流以内 其补偿装置的响应时间为 100ms 以内 最 快可达 20ms 但是使用 TSC 无功补偿装置也存在以下缺点 1 晶闸管导通时会产生 1V 左右的管压降 通常 30kvar 三角形接法的电容器 额 定电流为 43A 则一个晶闸管所消耗的功率为 43W 以每天平均 10h 计 一个 晶闸管日耗电量就达 0 43kW 这些消耗的功率都转变成热能使得电柜的温度升 高 2 晶闸管有漏电流存在 当未接电容时 即使晶闸管未导通 其输出端也是高电 压 3 TSC 电路本身也是谐波源 大量的应用对低压电网的波形不利 4 TSC 无功补偿装置的成本高 一般其不错柜的价格比采用 MSC 无功补偿装置 的补偿柜贵 70 80 1 3 MSC TSC 装置的投切 针对上述 TSC 无功补偿装置存在的一些缺点 生产厂家又设计出晶闸管 交流接 触器组合 MSC TSC 的有触点无功补偿装置 即复合开关 其工作原理与 TSC 无功补偿装置的工作原理相同 工作方式有所区别 将交流接触器与晶闸管并联 仍 采用过零触发电路 检测到施加在晶闸管两端的电压为零时 即发出触发信号使晶闸 管导通 在晶闸管导通的 10 个周波后 才发信号使交流接触器闭合 再 10 个周波后 才断开晶闸管 此后晶闸管推出运行 由交流接触器接通补偿回路 当自动补偿控制 器检测到需要切除电容器时 先将晶闸管导通 待 10 个周波后发信号断开交流接触器 再 10 个周波后才将晶闸管断开 电容器完全从补偿回路中切除 这种 MSC TSC 的无 功补偿装置解决了 TSC 无功补偿装置在使用中出现的因功率损耗引起电柜发热严重等 问题 又解决了使用电容式交流接触器投切电容器产生的合闸涌流问题 因在投切过 程中使用了交流接触器 降低了无功补偿的响应时间 一般为 0 5s 左右 2 三种无功补偿装置在实际中的应用三种无功补偿装置在实际中的应用 通过对以上三种无功补偿装置性能的了解 在实际工作中就要认真分析用户的用 电负荷特性 根据不同用电负荷选用不同的无功补偿装置 2 1 MSC 装置的应用 以连续工作制为主的工业企业 主要用电设备长期运行 用电负荷特性平稳 电 动机启动时 功率因数低 一旦电动机达到额定转速时 自然功率因数较高 0 75 0 8 无功负荷变化小 类似这类特性的负荷 在做配电设计时 一般就选用 MSC 无功补偿装置 并将其安装在低压配电室内进行集中补偿 针对 MSC 无功补偿 装置存在的缺点 一般采取以下措施 1 选用额定容量较大的电容式交流接触器 如用额定电流 40A 的交流接触器投切 15kvar 的三相电容器 2 电容器串接 0 1 1 的电抗器以抑制涌流 如某丝织厂供电总容量 1250Kva 主 要有 2 个车间 计算功率分别为 330kW 自然功率因数为 0 75 为三班工作制 主要用电负荷为连续工作制电动机 三相负载基本平衡 根据供电局要求 补偿后 功率因数达 0 9 以上 根据该厂的负荷特性 实行以下方案 在每个车间配电房安 装 MCS 无功补偿装置进行集中补偿 要求能手动 自动投切 每个车间补偿总容 量为 210kvar 每组补偿容量 15kvar 共 14 组 采用循环投切方式 交流接触器额 定电流为 40A 熔断器和热继电器的额定电流均为 32A 工程投入运行后 通过工 程跟踪得知 每月可获得功率因数奖励接近 3000 元 由于无功量较稳定 在实际 运行过程中电容器投切次数较少 故障 维修量并不高 使用寿命也相应增长 维 修成本降低 2 2 TSC 装置的应用 对于一些特殊行业 如压延厂 金加工车间中含有大量冲击机床 扎钢机 电焊 机等 其符合的特点是冲击性符合的容量较大 负荷的电流瞬时变化很大 负荷冲击 强 无功负荷瞬时变化大 而且这种负荷一般谐波含量较高 在这种情况下 若采用 MSC 无功补偿装置 电容器根本无法投入运行 不是电容器损坏就是交流接触器烧毁 若选用 TSC 无功补偿装置 就可以取得很好的补偿效果 在选用 TSC 无功补偿装置时 要求晶闸管的耐压必须大于电容器耐压的 3 倍 以保证晶闸管工作的稳定性 在测得 无功补偿装置接入电网处的背景谐波的确定值后 串联相应电抗率的电抗器以抑制该 次谐波 在电容器容量的配置上 一般为不等量配置并采用编码方式控制电容器的投 切 以提高无功的补偿度 佛山市某压延厂新上一条生产线 新装变压器容量为 1000kVA 自然功率因数在 0 6 以下 负荷冲击强 无功量瞬时变化大 根据其负荷特 性决定实施以下方案 在车间配电室内进行集中补偿 采用 TSC 无功补偿装置 总补 偿容量为 330kvar 共分 12 组 1 组 20kvar 1 组 20kvar 10 组 30kvar 采用编码 投切方式 压延厂设备中已自带消谐滤波装置 所以补偿回路中不再串联电抗器 补 偿柜的顶部和车间配电室内加装通风管 排风扇以解决晶闸管的发热问题 熔断器 断路器 的额定电流仍按电容器额定电流的 1 5 倍选用 该条生产线投运以后 功率 因数能达到 0 96 以上 节能效果显著 厂家非常满意 又决定将原来的两条生产线的 补偿装置改为 TSC 无功补偿装置 2 3 MSC TSC 装置的应用 高层住宅区 大型商场 写字楼等用电场所既存在较多的单相负荷又有电梯 空 调等动力负荷 空调负荷季节性强 一般都由独立变压器供电 负荷电流平稳 无功 负荷变化小 无功补偿选用 MSC 无功补偿装置即可 单相负荷与电梯等动力负荷一般 由同一变压器供电 这类负荷采用混补的补偿方式 可将 80 的补偿容量作三相补偿 20 的用于单相补偿 可取得较好的补偿效果 补偿装置选用 MSC TSC 无功补偿装 置 同样要求晶闸管的耐压必须大于电容器耐压的 3 倍 编码投切方式 熔断器 断 路器 的选用原则不变 Y 共补与分补相结合的接线 三相共补部分的电容器为 接线 其单台电容器的额定电压为 440V 容量为 10 15 20 30kvar 三相分补部分 的电容器为 Y 接线 其单台电容器的额定电压为 230V 容量为 4 5 6 8 10kvar 如某物业管理公司反映其每个月功率因数罚款达二千多元 住户意见很大 在现场勘 察时发现该小区的无功补偿采用 MSC 无功补偿装置 但并未投入 原来 该小区属高 层建筑小区 白天和夜间照明负荷很小 主要是电梯负荷 启动频繁 运行时间短 MSC 无功补偿装置既不能满足补偿度的要求 又由于频繁投切使交流接触器故障率很 高 运行维修量很大 小区的电工干脆将补偿柜退出运行 该小区现有 2 台 800kVA 配变 要求功率因数达 0 9 以上 根据该用户的负荷特点 选用 MSC TSC 无功补偿装 置 编码投切方式 考虑到小区内电视机 电脑等设备较多 故在补偿回路中串联了 0 5 的电抗器 通过计算每台变压器的补偿容量为 270kvar 其中 210kvar 用于三相共 补 60kvar 用于三相分补 虽然采用混补工程造价会有所提高 但该套补偿装置投入 使用后 小区物业公司反映补偿效果明显 3 结语结语 MSC 无功补偿