一、零過渡過程動態(tài)無功補償研究背景
目前,電力網(wǎng)中無功補償技術可以采用并聯(lián)電容器裝置、靜止無功補償裝置、同期調相機等設備,另外還可以采用同步電動機相運行和異步電動機同步化運行等無功補償方式。我國電力電容器行業(yè)引進了先進國家的高壓全膜電容器和低壓自愈式電容器的制造技術,經過消化、吸收、國產化,已形成穩(wěn)定的生產能力。目前國內裝置的成套技術和機電一體化技術水平較低,還不能適應我國電網(wǎng)的實際情況,致使電網(wǎng)既缺無功但并聯(lián)電容器又投不上,無功補償裝置浪費嚴重。在嚴重沖擊負荷和諧波惡劣環(huán)境下,補償裝置能改善電壓質量,長期、穩(wěn)定運行;提高無功補償效率,防止欠補償和過補償造成的無功功率大量缺額和向電網(wǎng)倒送。
二、零過渡過程動態(tài)無功補償技術內容
研究采用零過渡過程檢測和觸發(fā)技術,以大功率電力電子器件以及二控三主電路結構作為執(zhí)行機構,單片機系統(tǒng)為控制單元,通過檢測系統(tǒng)電物理量和零過渡過程條件,自動跟蹤和分析電力系統(tǒng)運行狀態(tài),根據(jù)電網(wǎng)的無功功率變化確定投切電容器組的組數(shù),根據(jù)電磁能量守恒原理,選擇在系統(tǒng)零過渡過程時刻投切電容器組,使動態(tài)電流和電壓的非周期衰減分量接近零,從而實現(xiàn)零過渡過程動態(tài)無功補償。既具有提高電壓質量、避免投切沖擊電網(wǎng)的技術效果,又具有高效降損節(jié)能,提高輸變電設備出力的經濟效益。
采用晶閘管為控制元件,以晶閘管控制電力電容器的投切功能,控制方面以32位微處理器為核心,采用國家發(fā)明專利:零過渡過程投切控制原理,保證了電容器的投入和切除時不產生過電壓及過電流。具體方案如下所示:
(一)系統(tǒng)硬件原理
該系統(tǒng)控制方式采用二控三方式,投切方式采用編碼投切,可根據(jù)容量的不同分為7級。
(二)系統(tǒng)采用戶外型的安裝方式
(三)技術指標
1.電容接線方式:▽型 、Y型 、Y/▽結合型;2.投切級數(shù): 2 ~ 7級;3.取樣方式:無功功率/無功電流;4.補償方式:可控硅零壓差投切電容無功自動跟蹤補償,采用零過渡過程投切控制專利新技術,無浪涌電流產生;5.保護功能:缺相、短路、過電壓、欠壓、過流、過熱、避雷措施等;6.響應時間:0.02S;7.自動運行方式:停電退出,送電后自動恢復;8.工作電壓允許偏移:–20% ~ +20%(出廠過電壓整定值400V);9.運行噪音:小于45dB;10.絕緣電阻:≥4MΩ;11.介電強度:主回路相間及相對地2.5千伏,歷時1分鐘;輔助回路對地2.0千伏,歷時1分鐘;12.防護等級:IP33;13.整機運行環(huán)境:海拔高度≤2000m;環(huán)境溫度 -40℃~+55℃
(四)性能特點
GX-LDB2通過電壓、電流采樣、自動實現(xiàn)無功補償;對有在線監(jiān)控功能(TTU)的產品提供RS-232/RS-485通道接口或無線接口,可通過與控制網(wǎng)絡相連,具有控制、保護、顯示、遙測、通訊等功能。該裝置實時跟蹤低壓電網(wǎng)運行的實際情況,自動選擇最佳模式進行編碼投切補償,使電網(wǎng)功率因素保持為最佳狀態(tài)。具有完美的越限報警和過壓、欠壓、缺相、諧波數(shù)據(jù)??蓭в兄C波分析,測量總的失真(THD)以及1-31次諧波電流,為用戶提供諧波數(shù)據(jù)??商峁┚C合配電監(jiān)測功能。補償設備選用自愈式金屬膜電容器,可采用三相共補,分相補償或三相共補加分相補償方式,具有補償精度高,補償效果好等優(yōu)點。補償裝置柜體選用不銹鋼材料,表面經噴涂處理能防蝕、防腐:內裝自動溫控系統(tǒng),散熱性能好,確保裝置長期正常工作。GX-LDB2智能型低壓元功補償裝置,具有技術先進、功能完善、實用性強、可靠性高,安裝方便等優(yōu)點。裝置容量具有10kvar-90kvar等數(shù)種規(guī)格,可根據(jù)用戶實際需求安裝調整。
(五)系統(tǒng)測試
測試對象: GX-LDB2-90/0.4WK;測試條件: 設備照常運行;檢測儀器: 日置(HIOKI)3196電能質量分析儀;變壓器參數(shù)(銘牌):315KVA。
1.—電壓波動變化2.—電流波動變化:設備正常運行階段3.—功率因數(shù)波動曲線
(六)測試結果
無功補償裝置正常運行時,系統(tǒng)功率因數(shù)保持在0.95以上。從測試數(shù)據(jù)來看,GX-LDB2系列無功補償裝置較好的實現(xiàn)了動態(tài)無功補償,達到了節(jié)電效果。
(七)經濟效益分析
改善電壓質量、提高設備出力
電動機負荷的力矩正比于電壓的平方。
典型數(shù)據(jù):補償前電壓為:V=0.03V,V=0.97VN,補償后的電壓為V+V=VN(額定電壓)。
即:M=V(2V+V)=0.03×(2×0.97+0.03)VN=0.0519VN2。
即:若無功補償將電壓提高3%,則設備的出力將增加5.19%。
改善功率因數(shù),提高設備出力
改造后功率因數(shù)最大可以提高:0.95-0.75=0.20提高系統(tǒng)有功出力20%。
三、結束語
通過采用零過渡過程動態(tài)無功補償,從根本上解決傳統(tǒng)的無功補償方法安全性、實時性差,使用壽命短,補償效果不好,直接影響電網(wǎng)的安全、經濟運行的問題。同時,實現(xiàn)技術標準創(chuàng)新:最大過電壓從300%降至5%以下(正常工作電壓范圍);最大過電流倍數(shù)從大于1000%降至10%以下(正常工作電流壓范圍) ;電容器組投切間隔從180秒降至0.02秒。
研究使功率因數(shù)可以達到0.98以上,大幅度減少線損及銅鐵損,節(jié)約10-30%的電能;由于解決了過電流、過電壓的問題,本設備壽命可以延長3-5倍,用電設備壽命也可以相應延長;可以增加變壓器出力30%以上,可以減少無功電流對電纜有效截面積的占用,從而減少變壓器增容及更換電纜的投資;可以有效提高電網(wǎng)的末端電壓,提高用電設備的生產效率。