安徽路港工程有限公司 港航设计院 , 安徽 合肥 230601
本文详细阐述了无功补偿对电网性能的改善,研究了相关电力行业标准及设计手册,对补偿装置容量的取值、电容器分组容量划分、配套电器的选择给出了经验值和计算公式。
该装置采用DSP处理器,结合高精度A/D芯片和GPRS、以太网等通讯技术,以定时的电网监测数据为依据,以低压网(660V、380V)的无功补偿为对象,跟踪电网无功功率的变化并自动补偿,实现了无功补偿装置的优化运行,具有体积小、原理简单、智能投切等优点。
关键词:无功补偿,功率因数,电压降,遥控
一 无功补偿的意义
补偿无功功率,就是提高微电网的功率因数,这等同于提高微电网的效率,降低变压器的负荷,减少变压器的损耗。通过无功补偿能降低电网中的功率损耗和电能损失;可以减少微电网的线路损耗,直接降低电能消耗,减少用电成本;能改善电能质量,提高用电设备的工作效率和降低故障率。减小变压器等设备的投入,节省投资。微电网的功率因数提高以后,微电网的负载就降低,同样的变压器,可以给更多的设备供电,这就减少变电设备的投入,间接提高经济效益。
二 无功优化和补偿的原则
无功功率补偿的设计,应全面规划、合理布局、分层分区补偿、就地平衡的原则确定最优补偿容量和分布方式。在110KV及以下用户中,人工补偿主要是装设并联电容器补偿装置。据调查,在变电站中,并联电容器安装容量占主变压器的比例,由于各地电网情况和无功补偿容量的差异而略有不同,一般不少于10%,不大于30%。或者按变压器最大负荷时,高压侧功率因数不低于0.95进行补偿。
三 此低压无功自动补偿装置设计原理
此低压无功自动补偿装置是并联电容器装置,适用于660V、380V电网的无功就地平衡。
并联电容器分组容量的确定按以下规定:分组原则主要是根据电压波动、负荷变化、电网背景谐波含量,以及设备技术条件等因素来确定。
无功补偿装置电容器容量的计算:
1、按最大负荷计算的补偿容量为
式中: ——补偿容量,kvar;
——最大负荷有功功率,kW;
——最大负荷功率因数角正切值;
——要达到的功率因数角正切值。
2、按提高电压要求计算的补偿容量为
式中: ——补偿容量,kvar;
——补偿后变电站母线电压升高值,kV;
——补偿前变电站母线电压,kV;
——该变电站送电线路的感抗值,
。
3、按平均负荷计算的补偿容量为
式中: ——补偿容量,kvar;
——最大负荷有功功率,kW;
——年平均有功负荷系数。
并联电容器无功补偿装置实际输出容量为
式中: ——并联电容器装置的实际输出容量,kvar;
——并联电容器装置的额定容量,kvar;
——并联电容器装置的平均运行电压,可取系统标称电压的1.05倍,KV;
——并联电容器装置的额定电压,KV;
——串联电抗器的电抗率。
并联电容器自动无功补偿装置系统框图
各功能块详解:
1、PT、CT——其选型应满足测量精度的要求,实际测试数据显示,同一台装置应选用同一生产批次的PT、CT。
2、采样及AD转换——把输入的交流电压电流信号进行处理,转为处理器可识别的数字信号。
3、DSP处理器——相当于整个装置的大脑,检测电网运行参数,计算安装处的功率因数和所需补偿的无功量,选择适宜电容器组,投切电容器,并控制投入电容器的间隔时间,设置必要的保护功能,如过电压快速切断功能;控制LCD显示电压电流功率因数等信息,并与上位机进行通讯,上报装置安装处的电网信息,并执行上位机的遥控命令。
4、控制输出——接于DSP的OD,并通过光耦和微型直流继电器输出控制信号给投切开关。
5、投切开关——适宜现场电网环境需求,与所连电容器组相匹配,可选用电容投切专用交流接触器、双向可控硅、复合开关等设备;根据电网谐波含量选配电抗器。
6、电容器组——选择适当分组容量,各分组容量可相等(是较通用做法,优点:各组电容器组和投切开关型号相同,利于降低生产成本,可通过程序控制电容器组依次循环间隔投切,利于切除的电容器组充分放电,各电容器组运行时间较平均,避免一组电容器频繁投切,而另一组电容器极少连网运行的情况,延长电容器使用寿命;缺点:只有一种容量等级。);分组容量也可成阶梯状分部(如15kvar、30kvar、45kvar、60kvar,优点:可组合的容量多,更能适应电网无功的变化需求;缺点:各电容器运行时间差别大,频繁投切的那组电容器使用寿命短,而极少连网运行的另一组电容器使用寿命长,增加了补偿装置的生产成本和维护成本。)带电运行的电容器组切除后,不能立即投入使用。低压并联电容器装置的放电器件应满足电容器断电后,在3min内将电容器的剩余电压降至50V以下;当电容器再次投入时,电容器端子上的剩余电压不应超过额定电压的0.1倍。通过软件设置电容器组的投切间隔时间,电容器投切延时至少10秒,同组电容器的投切间隔时间大于5分钟 。用于单台电容器保护的外熔断器选型时,应采用电容器专用熔断器,单台电容器的外熔断器熔丝的额定电流,可按电容器额定电流的1.37—1.50倍选择。
7、LCD显示——DSP处理器控制LCD显示电网运行参数,比如电压、电流、功率因数等信息。
8、通讯功能——选配RS232、RS485、以太网、GPRS通讯(可选4G或Wi-Fi),装置与上位机进行通讯,上报装置安装处的电网信息,并执行上位机的遥控命令。方便巡检人员现场或异地及时掌握装置运行状况,利于日常维护。
此低压无功自动补偿装置已批量生产并装设在各小区和工厂配电房,运行状况良好,对功率因素的改善效果显著,大大降低了电能消耗,改善了电能质量,节约了用电成本。
参考文献:
[1] 工业与民用供配电设计手册(第四版).中国电力出版社
[2] 并联电容器装置设计规范GB 50227-2017.中国计划出版社
[3] 20KV及以下变电所设计规范GB 50053-2013.中国计划出版社