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        探討功率因數(shù)補(bǔ)償器、電容器與△∕Y自動(dòng)投切關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)

        2014-05-03 01:37:46潘秀華杜治潮
        上海大中型電機(jī) 2014年1期
        關(guān)鍵詞:投切晶閘管接觸器

        郭 平,潘秀華,蔡 祥,周 穎,王 軍,杜治潮

        (1.江蘇省江都水利工程管理處,江蘇 江都 225200;2.泰州市城區(qū)河道管理處,江蘇 泰州 225300;3.國(guó)家電網(wǎng)江都供電公司,江蘇 江都 225200)

        0 引言

        供、配電網(wǎng)的功率因數(shù)不僅關(guān)系電力系統(tǒng)向電力用戶提供電能質(zhì)量的優(yōu)劣,而且還直接影響電網(wǎng)自身運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性,對(duì)于能源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)(降低CO2的排放量)以及資金節(jié)約均具有重要意義。本文從交流配電用戶比較重視的角度,用電工基礎(chǔ)理論解析有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)之間的關(guān)系;并通過(guò)我們接觸的實(shí)際工作中應(yīng)用同步電動(dòng)機(jī)、無(wú)功補(bǔ)償控制器提供電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)功率因數(shù)在節(jié)能、增效的例證,探討了低壓無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的智能控制器、△∕Y復(fù)合投切、補(bǔ)償電容器的工作原理,參數(shù)性能、特點(diǎn)、作用及應(yīng)用。

        1 功率因數(shù)

        它是衡量電氣設(shè)備效率高低的一個(gè)系數(shù),是交流電路有功功率與視在功率的比值,是反映用電設(shè)備合理使用狀況、電能利用程度和用電管理水平的一項(xiàng)重要指標(biāo)。電網(wǎng)中的用電負(fù)荷,如電動(dòng)機(jī)、變壓器等,屬于既有電阻又有電感的感性負(fù)載,與功率因數(shù)有密切的關(guān)系。

        1.1 自然功率因數(shù)

        用電設(shè)備沒(méi)有安裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)的功率因數(shù),或者說(shuō)用電設(shè)備本身所具有的功率因數(shù)。自然功率因數(shù)的高低主要取決于用電設(shè)備的負(fù)荷性質(zhì)。電阻性負(fù)荷(白熾燈、電水壺)的功率因數(shù)較高,近似等于1,而電感性負(fù)荷(電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī))的功率因數(shù)比較低,都小于1。在電力網(wǎng)絡(luò)中,用電設(shè)備的自然功率因數(shù)都比較低,通常為0.6% ~0.7%。因此必須提高自然功率因數(shù),以降低線損、改善電壓質(zhì)量。

        1.2 瞬時(shí)功率因數(shù)

        在某一瞬間由功率因數(shù)表讀出的功率因數(shù)。瞬時(shí)功率因數(shù)是隨著用電設(shè)備的類(lèi)型、負(fù)荷的大小和電壓的高低而時(shí)刻在變化的。

        1.3 加權(quán)平均功率因數(shù)

        在一定時(shí)間段內(nèi)功率因數(shù)的平均值。

        1.4 經(jīng)濟(jì)功率因數(shù)

        用戶的節(jié)能效益和電能質(zhì)量最佳,支付電費(fèi)最少的用電功率因數(shù)。安裝一定容量的無(wú)功補(bǔ)償裝置可以提高用電設(shè)備的功率因數(shù),可以通過(guò)電網(wǎng)的無(wú)功功率減少,也就減少了有功功率和無(wú)功功率損失,功率因數(shù)提高多少最為經(jīng)濟(jì),則需要根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)計(jì)算比較,全面衡量后決定。提高功率因數(shù)的方法有兩種:一種是改善自然功率因數(shù),另一種就是安裝功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。

        1.5 通過(guò)功率三角形幾何圖形解析功率因數(shù)

        用電負(fù)荷的視在功率S,S=U·I,單位為伏安(VA)或千伏安(kVA);有功功率為 P,P=S·cosφ=U·Icosφ,單位為瓦(W)或千瓦(kW);無(wú)功功率為Q,Q=S·sinφ =U·Isinφ,單位為乏(var)或千乏(kvar);電壓有效值為U,電流有效值為I,在圖1中:cosφ表示有功功率P和視在功率S的比值,稱(chēng)為力率或功率因數(shù)。在感性電路中,電流落后于電壓,0°<φ<90°,Q為正值;而在容性電路中,電流超前于電壓,電壓滯后,-90°<φ<0°,Q為負(fù)值。而在純電阻負(fù)載中,電壓與電流同相位,無(wú)超前與滯后,Q=0。由此,可見(jiàn)電感性負(fù)載的電壓和電流的相量間存在一個(gè)相位差,通常用相位角φ的余弦cosφ來(lái)表示,稱(chēng)為功率因數(shù)[3]。

        圖1 功率三角形

        1.6 在電網(wǎng)中影響功率因數(shù)的主要因素有以下幾方面

        1)大量的電感性設(shè)備,如異步電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電爐、交流焊機(jī)等設(shè)備都是無(wú)功功率的主要消耗者。在工礦企業(yè)所消耗的全部無(wú)功功率中,異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功消耗占了60% ~70%;而在異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)無(wú)功消耗又占到電動(dòng)機(jī)總無(wú)功消耗的60%~70%,所以,要改善異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行,并盡可能提高負(fù)載率。

        2)變壓器效耗的無(wú)功功率一般約為其額定容量的10%~15%,它的空載無(wú)功功率約為滿載時(shí)的30%。

        3)供電電壓高于額定值的10%時(shí),由于磁路飽和影響,無(wú)功功率將增長(zhǎng)得很快,一般無(wú)功功率將增加35%左右。當(dāng)供電電壓低于額定值時(shí),無(wú)功功率也相應(yīng)減少,雖使功率因數(shù)有所提高但會(huì)影響電氣設(shè)備的正常工作。

        2 常見(jiàn)有無(wú)功動(dòng)態(tài)和無(wú)功靜止式補(bǔ)償裝置有兩類(lèi)

        2.1 同步(調(diào)相)電機(jī)

        南水北調(diào)東線江都大型泵站33臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)、總裝機(jī)容量53000 kW。由圖2的V形曲線可見(jiàn),同步電動(dòng)機(jī)在過(guò)勵(lì)磁運(yùn)行狀態(tài)下,向電力系統(tǒng)供給無(wú)功功率,在欠勵(lì)磁運(yùn)行狀態(tài)下,從電力系統(tǒng)吸取無(wú)功功率。運(yùn)行中的同步電動(dòng)機(jī)除作為電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)立式軸流水泵抽水外,還起著供給感性無(wú)功功率的發(fā)電機(jī)作用,是一個(gè)供給無(wú)功電力的電源。它采用微機(jī)晶閘管勵(lì)磁調(diào)節(jié)器設(shè)定在0.95~0.98恒功率因數(shù)運(yùn)行,不受上下游水位落差或葉片角度的正負(fù)位調(diào)整,在線改善了高壓電網(wǎng)的功率因數(shù)?;蛘邔⑾掠芜M(jìn)水閘門(mén)關(guān)閉,電機(jī)空載運(yùn)行在調(diào)相工況,過(guò)勵(lì)磁時(shí)可以做到發(fā)出其額定65%~100%的無(wú)功功率[1]。1964年至1982年根據(jù)當(dāng)時(shí)高壓電網(wǎng)無(wú)功功率嚴(yán)重不夠,網(wǎng)路電壓下降22.5%左右,應(yīng)供電部門(mén)的需要,曾代發(fā)無(wú)功電能約47042.9萬(wàn)kvar·h,專(zhuān)發(fā)無(wú)功電能約6655.7萬(wàn)kvar·h,改善了當(dāng)時(shí)揚(yáng)州電網(wǎng)的供電和用電質(zhì)量[3]。

        圖2 V形曲線

        2.2 并聯(lián)電容器無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔?/h3>

        1)電力電容器,在交流電壓下使用時(shí)通常以其無(wú)功功率來(lái)表示電容器的容量,單位V·A或kV·A。電容是衡量導(dǎo)體存儲(chǔ)電荷能力的物理量,存儲(chǔ)的電量和加上的電壓是成正比的,其比值叫做電容。如果電壓用U表示,電量用Q表示,電容用C表示,則C=Q∕U。電容的基本單位是法(F),也常用微法(μF)或者皮法(pF)做單位。容抗和電容成反比,和頻率也成反比。容抗用XC表示,單位是Ω。頻率用f表示,容抗為:XC=1∕(2πfC)。

        2)并聯(lián)電容器并聯(lián)在系統(tǒng)的母線上,類(lèi)似于母線上的一個(gè)容性負(fù)荷,它吸收系統(tǒng)的容性無(wú)功功率,就相當(dāng)于并聯(lián)電容器向系統(tǒng)發(fā)出感性無(wú)功。因此,并聯(lián)電容器能向系統(tǒng)提供感性無(wú)功功率,可以提供系統(tǒng)運(yùn)行的功率因數(shù),提高受電端母線的電壓水平。同時(shí),它減少了線路上感性無(wú)功的輸送,減少了電壓和功率損耗,因而提高了線路的輸電能力。

        電力工程中常用的電壓、電流、電勢(shì)等均按正弦波規(guī)律變化,即它們都是時(shí)間的正弦函數(shù)。在第一個(gè)周期內(nèi),電流由零逐漸增大,電感吸收功率,轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能量,而電容放出存儲(chǔ)在電場(chǎng)中的電能,而第二個(gè)1/4周期,電感放出磁場(chǎng)能量,電容吸收功率,以后的1/4周期重復(fù)上述循環(huán)。因此當(dāng)電感和電容并聯(lián)接在同一電路時(shí),電感吸收功率時(shí)正好電容放出能量,電感放出能量時(shí)正好電容吸收功率,能量在它們之間相互交換,即感性負(fù)荷所需無(wú)功功率,可以由電容器的無(wú)功輸出得到補(bǔ)償,這就是并聯(lián)電容器無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔?。電力電容器成套裝置是將電力電容器及其控制、投切、保護(hù)按一定接線方式連接起來(lái)的成套裝置,具有投資少、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)便、損耗小等,目前國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)中90%的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備是并聯(lián)電容器。

        3 傳統(tǒng)無(wú)功功率因數(shù)補(bǔ)償器

        國(guó)內(nèi)自20世紀(jì)50年代初就進(jìn)行功率因數(shù)補(bǔ)償器的研究工作。限于技術(shù)理論和元器件因素,70年代廣泛應(yīng)用PGJ補(bǔ)償柜,以B相電流與AC相電壓取樣,選用以cosφ為檢測(cè)量的控制器。

        例如,江都針織總廠在1982年建成投產(chǎn),使用泰州市海陵電源控制設(shè)備廠生產(chǎn)的無(wú)功補(bǔ)償控制器,采用晶體三極管分立元件放大器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)式環(huán)形繼電器,帶動(dòng)交流接觸器吸合,三角形共補(bǔ)投、切補(bǔ)償移相電容器,其缺點(diǎn)是:

        1)投入電容器時(shí)產(chǎn)生倍數(shù)較高的浪涌電流,容易在接觸器的觸點(diǎn)處產(chǎn)生火花,燒損觸頭,使原來(lái)的面接觸變成點(diǎn)接觸,導(dǎo)致觸頭發(fā)熱,膠木碳化,固定螺絲松動(dòng),維修中更換接觸器比較多。

        2)切斷電容器時(shí),產(chǎn)生拉弧燒壞觸頭,嚴(yán)重時(shí)粘住觸頭,導(dǎo)致跳不開(kāi)觸頭,斷不開(kāi)補(bǔ)償電容器,有時(shí)產(chǎn)生相間短路。

        3)浪涌電流過(guò)大對(duì)油浸移相(電力)電容器本身也不利,直接影響壽命,有些產(chǎn)生鼓肚膨脹滲油、導(dǎo)致爆炸。

        4 智能補(bǔ)償器的功能特點(diǎn)

        4.1 采樣科學(xué)

        智能無(wú)功補(bǔ)償控制器采集變壓器端的三相電壓、電流信號(hào),獲得三相電壓、三相電流、頻率和功率因數(shù)等負(fù)荷參數(shù)值,根據(jù)用戶設(shè)置的各類(lèi)控制門(mén)閥通過(guò)控制器的CPU判斷是否需進(jìn)行功率因數(shù)補(bǔ)償,輸入霍爾元件或相敏放大器等具有乘法功能的器件,由于檢測(cè)量和控制目標(biāo)都是同一物理量,技術(shù)上是合理的。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是:檢測(cè)方法簡(jiǎn)單,不會(huì)發(fā)生震蕩,補(bǔ)償效果與電網(wǎng)電壓波動(dòng)無(wú)關(guān)。其采樣互感器 CT是三相線電流、UA、UB、UC、UN接入補(bǔ)償裝置作為三相相電壓采樣,這樣就把三相四線的電流、電壓控制信號(hào)輸入控制器,YST系列智能無(wú)功補(bǔ)償器采樣科學(xué),如圖3所示,經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換和軟件校準(zhǔn),并通過(guò)數(shù)字及邏輯運(yùn)算可以得到三相無(wú)功功率及功率因數(shù)。

        4.2 抗干擾能力強(qiáng)

        如圖4微機(jī)控制器結(jié)構(gòu)圖所示,采用硬件“看門(mén)狗”電路,軟件“陷阱”雙重抗干擾措施。

        圖3 無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制器的信號(hào)接入

        圖4 微機(jī)控制器結(jié)構(gòu)圖

        5 低壓智能復(fù)合開(kāi)關(guān)

        該復(fù)合開(kāi)關(guān)如圖5所示,采兩只晶閘管陽(yáng)極A與陰極K反向并聯(lián),同時(shí)與接觸器的常開(kāi)觸頭JA相并聯(lián),是針對(duì)固態(tài)繼電器及交流接觸器在低壓無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)用中的不足而研制的。其工作原理是:在復(fù)合開(kāi)關(guān)控制單元的控制板上,有晶閘管電壓過(guò)零觸發(fā)電路,來(lái)自補(bǔ)償裝置控制器的投、切信號(hào),經(jīng)光電耦合器送PIC16C54單片機(jī)進(jìn)行處理,輸出的時(shí)序信號(hào),經(jīng)功率放大電路送MOC3083光電耦合器。晶閘管無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)兩端電壓經(jīng)電阻降壓也送入MOC3083光電耦合器。當(dāng)系統(tǒng)電壓Us(t)與電容器電壓Uc(t)相等時(shí)晶閘管兩端電壓為零,這時(shí)光電耦合器可輸出觸發(fā)信號(hào),觸發(fā)對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通。晶閘管一經(jīng)觸發(fā)就保持導(dǎo)通,電容器便投入運(yùn)行。晶閘管導(dǎo)通后兩端電壓接近為零,只要單片機(jī)輸出的投入信號(hào)存在,光電耦合器就一直有觸發(fā)信號(hào)輸出,保證晶閘管可靠導(dǎo)通。當(dāng)單片機(jī)輸出的投入信號(hào)撤銷(xiāo)時(shí),便停發(fā)觸發(fā)信號(hào),晶閘管則在電流過(guò)零時(shí)關(guān)斷,直到單片機(jī)下次發(fā)出投入指令才選擇電壓過(guò)零點(diǎn)重新投入。

        5.1 復(fù)合開(kāi)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)還有顯著的節(jié)能效果

        如果使用晶閘管而不用接觸器旁路,晶閘管在導(dǎo)通運(yùn)行時(shí),晶閘管結(jié)間會(huì)產(chǎn)生1 V左右的電壓降。通常15 kvar三角形接法的電容器,額定電流為22 A,則一個(gè)晶閘管消耗功率大約22 W。例如,以一個(gè)150 kvar電容柜來(lái)計(jì)算,運(yùn)行時(shí)其晶閘管投切裝置消耗功率600 W,而且都變成熱量,使柜內(nèi)溫度升高。按照80%消耗功率計(jì)算,則每天消耗電能480 W×24 h=11.52 kW·h,一年則 11.52 kW·h×365=4204.8 kW·h。企業(yè)電價(jià)0.87元∕ kW·h計(jì)算,則0.87元 ×4204.8=3658.18元。而在投入電容器后由接觸器旁路,晶閘管退出就不存在晶閘管導(dǎo)通的1V電壓降,僅有很小的通態(tài)重復(fù)峰值電流 IDRM和反向重復(fù)峰值電流IRRM,對(duì)于通態(tài)平均電流IT(AV)50 A的晶閘管,峰值電流≤20 mA,可以忽略不計(jì),從而使得復(fù)合開(kāi)關(guān)在接通和斷開(kāi)的過(guò)程中,具有晶閘管在投入時(shí)、切出時(shí)晶閘管導(dǎo)通,時(shí)間很短的過(guò)零投切的優(yōu)點(diǎn);而在正常接通旁路期間接觸器線圈僅有DC12V、15 mA的電流,也可以忽略不記,視為無(wú)功耗的優(yōu)點(diǎn),接觸器觸點(diǎn)不存在電弧及噪聲、熔焊等現(xiàn)象,安全可靠,使用壽命長(zhǎng)。

        圖5 復(fù)合開(kāi)關(guān)控制單元控制板的電路圖

        所謂“復(fù)合”就是將晶閘管、接觸器、阻容吸收、放電、控制板集成于同一個(gè)阻燃材料做成的盒里,類(lèi)似一個(gè)CJ41-40A交流接觸器,有進(jìn)出接線端頭,長(zhǎng) 7.8 cm、寬5.5 cm、高 13.8 cm。

        5.2 過(guò)零投切

        在正弦50 Hz/s的工頻電網(wǎng),利用晶閘管導(dǎo)通與關(guān)斷的可控制特性,當(dāng)控制器發(fā)出投入電容器的指令,先由晶閘管在電壓過(guò)零時(shí)導(dǎo)通并投入電容器,穩(wěn)定后磁保持交流接觸器觸點(diǎn)并聯(lián)閉合,類(lèi)似軟起動(dòng)器起動(dòng)結(jié)束后接通接觸器觸頭旁路運(yùn)行,晶閘管關(guān)斷退出??刂破靼l(fā)出切除電容器的指令后,晶閘管先導(dǎo)通,磁保持繼電器線圈失電,觸頭動(dòng)作再斷開(kāi)。最后晶閘管延時(shí)過(guò)零關(guān)斷,從而實(shí)現(xiàn)電流過(guò)零切除。其中晶閘管就是一個(gè)無(wú)觸頭、無(wú)火花的在線開(kāi)關(guān)。從采用交流接觸器進(jìn)行投切,到選用晶閘管開(kāi)關(guān)電路投切,以及發(fā)展為等電壓、零電流的過(guò)零投切最佳投切模式,在投切補(bǔ)償電容器過(guò)程中無(wú)涌流、無(wú)電弧、無(wú)噪聲、無(wú)功耗、準(zhǔn)確可靠。

        5.3 共、分補(bǔ)相結(jié)合

        針對(duì)△-Y運(yùn)行情況,三相分相獨(dú)立檢測(cè)、先共補(bǔ)后分補(bǔ),成功地解決了三相不平衡的補(bǔ)償問(wèn)題。在三相四線制系統(tǒng)尤為重要,這是傳統(tǒng)補(bǔ)償器無(wú)法比擬的。分相補(bǔ)償是指分相投切單相電容器。在三相負(fù)荷不平衡或三相負(fù)荷的波動(dòng)不一致的情況下,分相投切電容器能取得很好的補(bǔ)償效果。三相共補(bǔ)是指投切三相電容器,在負(fù)荷相對(duì)平衡的情況下,三相共補(bǔ)能取得很好的補(bǔ)償效果。

        在民用建筑中大量使用的是單相負(fù)荷。照明、空調(diào)等由于負(fù)荷變化的隨機(jī)性變化大,容易造成三相負(fù)載的不平衡,使原本通過(guò)調(diào)配供電回路的負(fù)荷來(lái)實(shí)現(xiàn)的三相平衡,在實(shí)際運(yùn)行中已無(wú)意義,導(dǎo)致了低壓供配電系統(tǒng)三相負(fù)載的嚴(yán)重不平衡。這種不平衡不具備規(guī)律性,無(wú)法先預(yù)知,也無(wú)法有效地改善。再加上毎相負(fù)載的功率因數(shù)也不盡相同,使得毎相回路中需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率差異很大[4]。我們?cè)谑褂脗鹘y(tǒng)的三相無(wú)功補(bǔ)償方式,有時(shí)不但不能節(jié)能,反而浪費(fèi)資源,難以對(duì)系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償進(jìn)行有效補(bǔ)償。補(bǔ)償過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)補(bǔ)償、欠補(bǔ)償?shù)缺锥烁墙o整個(gè)電網(wǎng)的正常運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重的危害。

        圖3展示采樣的信號(hào)取自三相中的每一相,根據(jù)每相感性負(fù)載的大小和功率因數(shù)的高低進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償,對(duì)其它相不產(chǎn)生相互影響,故不會(huì)產(chǎn)生過(guò)補(bǔ)償和欠補(bǔ)償?shù)那闆r。

        6 智能補(bǔ)償器器的應(yīng)用

        6.1 例一

        泰州市城區(qū)河道管理處周家墩閘站在2008年建站時(shí)就設(shè)計(jì)采用揚(yáng)州揚(yáng)開(kāi)電力控制設(shè)備有限公司的低壓智能YKLD-18無(wú)功補(bǔ)償控制器,補(bǔ)償容量150 kvar。采用復(fù)合開(kāi)關(guān) YHLD-63-3/△,A相、B相、C相各用一只三角形復(fù)合開(kāi)關(guān)取代交流接觸器開(kāi)關(guān)投、切控制,電力電容器產(chǎn)品型號(hào):YKH -S450/30T,額定電壓:0.45 kV,額定輸出:30 kvar×3,額定電容:472 μf×3,接線方式:△型。復(fù)合開(kāi)關(guān)YKLD-40-1/Y,單相Y型投切復(fù)合開(kāi)關(guān),電力電容器產(chǎn)品型號(hào):YKH-S250/15S,額定電壓 0.25 kV,額定輸出 15 kvar×4,額定電容764 μf×3,接線方式:Y型。取代了傳統(tǒng)的交流接觸器控制,幾年來(lái)投運(yùn)情況很好。

        6.2 例二

        某單位35 kV變電所拆遷改造,新地址比原地址增加200 m,加上原來(lái)300 m,大約有500 m供電電纜,分別輸送到三個(gè)小配電房。小區(qū)有400多戶的家庭用電就出現(xiàn)了峰、平、谷時(shí)段不同程度的問(wèn)題。在2010年夏天住宅區(qū)多棟樓房用電高峰時(shí)段電壓嚴(yán)重低于-10%,后經(jīng)調(diào)整變壓器的有載調(diào)壓檔位,低電壓有些提高,但是非用電高峰時(shí)段電壓嚴(yán)重高于+10%,造成一些家用電器因電壓太高而損壞。糾查其原因是低壓無(wú)功功率補(bǔ)償嚴(yán)重不足,尤其是用戶終端的三個(gè)400~500 m的用電終端小配電房都沒(méi)有安裝低壓無(wú)功功率補(bǔ)償器。由于盛夏投用的空調(diào)、電風(fēng)扇、電冰箱感性負(fù)載估計(jì)2400 kW左右,其功率因數(shù)低于0.8。經(jīng)兩端電壓測(cè)量,500 m低壓主干線的線損壓降達(dá)45 V左右,后經(jīng)調(diào)整線路、恢復(fù)調(diào)壓檔位、加裝低壓智能無(wú)功功率補(bǔ)償裝置提高功率因數(shù)在0.92左右,電壓控制在220 V±10%的范圍,有效地改善了用戶的用電情況。

        6.3 例三

        江城機(jī)械有限公司有車(chē)床、銑床、大型龍門(mén)刨床、立式機(jī)床、磨床、電焊機(jī)數(shù)十臺(tái)。近年來(lái)設(shè)備不斷增加,并大多數(shù)處于輕載運(yùn)行狀態(tài)。公司車(chē)床間功率因數(shù)很低,供電主干線經(jīng)常處于超負(fù)荷運(yùn)行,線路壓降近35 V,機(jī)床前線電壓僅有352 V左右。補(bǔ)前測(cè)得有功功率表P=102 kW、電壓表U1=355 V、電流表I1=360 A。=221 kVA、cosφ1=P/S1=102/221=0.46,cosφ2取 =0.92,求得QC=149 kvar。實(shí)際選用了175 kvar。將原集中補(bǔ),增改分散就地補(bǔ),采用智能補(bǔ)償器和智能復(fù)合開(kāi)關(guān)HFS-60-3/Δ、電容型號(hào):BCMJ0.4 -25-3、5 ×25 kvar共補(bǔ),加 HSF-60-1×3/Y、電容型號(hào):BCMJ0.25-25-1Y、2×25 kvar分補(bǔ)投切。

        補(bǔ)后U2=379V,I2=176 A。由此可見(jiàn)不僅提高了供電電壓,還大幅度減少了線路損耗,其損耗可以計(jì)算得出:ΔP=3I2R×10-3kW。經(jīng)過(guò)查表計(jì)算得出電阻系數(shù)為0.36 Ω/km,主干線長(zhǎng)280 m,則線阻 R=0.36 ×0.28=0.1008(Ω)。節(jié)省損耗ΔP=P1-P2=3(I1-I2)2R×10-3=3(360-176)2×0.1008×10 - 3=10.238(kW),按年運(yùn)行2500 h,年節(jié)電10.238 ×2500=25595(kW·h),按企業(yè)0.87元/kW·h計(jì)算,可節(jié)約電費(fèi)0.87×25595=22267.65(元)。

        現(xiàn)場(chǎng)改造,利用舊柜,購(gòu)買(mǎi)智能補(bǔ)償控制器和智能型△/Y復(fù)合投切開(kāi)關(guān)、增補(bǔ)電容器等投資18950元,僅用10個(gè)月左右時(shí)間就可以收回成本。以后每年可節(jié)省電費(fèi)22267.65元,又不要更換主干線電纜,提高了機(jī)床效率,既能安全運(yùn)行又減少投資,同時(shí)還可以節(jié)省電費(fèi)開(kāi)支。過(guò)去誤認(rèn)為補(bǔ)償器沒(méi)有什么用,供電公司在cosφ<0.9時(shí)罰款也不知怎么回事,改造后功率因數(shù)0.9~0.97之間有時(shí)還有480元左右/月的獎(jiǎng)勵(lì)。

        7 結(jié)語(yǔ)

        通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)和現(xiàn)代智能型補(bǔ)償器控制器的分析與比較、投切方式的分析與比較,突出了復(fù)合開(kāi)關(guān)投切電容器,優(yōu)點(diǎn):實(shí)現(xiàn)了投入無(wú)涌流,運(yùn)行不發(fā)熱;電容器切除時(shí),觸頭動(dòng)作無(wú)火花、無(wú)拉弧,從而使得復(fù)合開(kāi)關(guān)在接通和斷開(kāi)的過(guò)程中,具有晶閘管過(guò)零投、切的優(yōu)點(diǎn)。而且在正常接通期間又具有接觸器無(wú)功耗的優(yōu)點(diǎn)。任何一個(gè)用戶用電時(shí)都存在著一個(gè)節(jié)能效益和電能質(zhì)量最佳、支付電費(fèi)最少的用電功率因數(shù),這個(gè)值稱(chēng)為經(jīng)濟(jì)功率因數(shù),一定會(huì)取得很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

        節(jié)能減排是一個(gè)長(zhǎng)期而復(fù)雜的系統(tǒng)工程。隨著電網(wǎng)中的電能質(zhì)量越來(lái)越被人們重視,配電變壓器低壓側(cè)無(wú)功補(bǔ)償裝置在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。淘汰功能不好的補(bǔ)償控制器,選擇適合自己?jiǎn)挝坏闹悄苎a(bǔ)償控制器優(yōu)化組合,這是一個(gè)利國(guó)利民的科技創(chuàng)新增效的陽(yáng)光工程。

        [1]杜治潮主編.同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁裝置應(yīng)用技術(shù)[M].南京:東南大學(xué)出版社,2001.

        [2]湯正軍主編.江都水利樞紐志[M].南京:河海大學(xué)出版社,2004.

        [3]金哲主編.節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程[M].北京:中國(guó)電力出版社,1999.

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