低壓配電系統(tǒng)純電容器組無(wú)功補(bǔ)償裝置的改進(jìn)策略
梁有偉1, 莊志鴻2 (1.深圳市水務(wù)(集團(tuán))有限公司,廣東深圳518031 ; 2.諾企電容器(上海)有限公司 ,上海200050)
摘 要:針對(duì)低壓配電系統(tǒng)中純電容器組無(wú)功補(bǔ)償存在的并聯(lián)諧振與諧波放大問(wèn)題 ,本文選用并
聯(lián)電容器串聯(lián)電抗器的改進(jìn)方案,并給出有關(guān)元器件和輔材選型策略。通過(guò)某城市污水處理廠無(wú) 功補(bǔ)償改造案例的實(shí)施 ,結(jié)果表明 ,所采取的措施是行之有效的。
關(guān)鍵詞:并聯(lián)電容器 ;并聯(lián)諧振 ;串聯(lián)電抗器;諧波
0 引言
并聯(lián)電容器是配電網(wǎng)中重要的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備,其具有提高電網(wǎng)功率因數(shù) ,減少線路損耗,提高電壓質(zhì)量 ,提升電網(wǎng)設(shè)備效率等優(yōu)點(diǎn),在配電網(wǎng)中得 到廣泛應(yīng)用。
然而 ,在工礦企業(yè)低壓配電系統(tǒng)中,采用純電容器組進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償時(shí),時(shí)常發(fā)生電容器過(guò)熱、過(guò)電壓、局部放電等現(xiàn)象,從而降低電容器使用壽命 或使電容器損壞,如爆炸、鼓肚等。甚至有些并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置因不能消除系統(tǒng)諧波的干擾,出現(xiàn)諧波電流放大、并串聯(lián)諧振等現(xiàn)象,導(dǎo)致補(bǔ)償裝置無(wú)法正常投入運(yùn)行、系統(tǒng)電能質(zhì)量不佳、功率因數(shù)不達(dá)標(biāo)等問(wèn)題。1 純電容器組補(bǔ)償面臨的風(fēng)險(xiǎn) 電力系統(tǒng)中的主要諧波源為電流源。圖1為0.4 kV配電系統(tǒng)簡(jiǎn)化電路圖及其諧波等效電路圖 。
圖1 簡(jiǎn)化電路及其諧波等效電路圖
通常系統(tǒng)電阻遠(yuǎn)小于電抗 ,為方便分析與計(jì)算,忽略系統(tǒng)電阻 。圖中In為n次恒流諧波源 ;Isn為注人系統(tǒng)的諧波電流;Icn為注人并聯(lián)電容器的諧波電流 ;xs為系統(tǒng)等效電抗 ;nxs為n次諧波電抗;xc為并聯(lián)電容器基波容抗 ;為xc/n次諧波容抗 ,則
由式(1)、(2)可知
純電容器組補(bǔ)償存在的風(fēng)險(xiǎn),其改進(jìn)措施諸多文獻(xiàn)進(jìn)行了研究
并聯(lián)電容器串接電抗器后
圖2 串接電抗器的諧波等效電路
在某次諧波電流的情況下
顯然,補(bǔ)償支路與系統(tǒng)并聯(lián)諧振發(fā)生在nxs+(nx-xc/n)=0時(shí)
電抗率K是串聯(lián)電抗器的感抗與電容器容抗的比值
由電路原理可知
式中:Usys為系統(tǒng)母線運(yùn)行電壓
串聯(lián)電抗器后
電容器銘牌標(biāo)識(shí)的是額定容量QN
由式(6)可知,確定單臺(tái)電容器的容量時(shí)
一般設(shè)計(jì)時(shí)
無(wú)功補(bǔ)償裝置投切開(kāi)關(guān)主要有專用接觸器、晶閘管開(kāi)關(guān)
表1 投切器件特點(diǎn)比較表
4種投切開(kāi)關(guān)在應(yīng)用上各有優(yōu)劣
電容器允許持續(xù)過(guò)電流能力為額定電流的1.3倍
某城市污水處理廠鼓風(fēng)機(jī)房低壓配電系統(tǒng)主要負(fù)載為風(fēng)機(jī)(含變頻器)
圖3 某污水廠低壓配電系統(tǒng)圖
系統(tǒng)裝設(shè)有純電容器組無(wú)功補(bǔ)償裝置,單臺(tái)并聯(lián)電容器額定電壓480V
分析表2數(shù)據(jù)可知:
1) 系統(tǒng)以5次諧波電流為主:
2) 純電容器組補(bǔ)償投入后,母線電流中7次
3) 補(bǔ)償后系統(tǒng)功率因數(shù)為0.74,未能達(dá)到0.90以上的考核標(biāo)準(zhǔn)要求
顯然
表2 母線諧波電流
3.2 改造方案與結(jié)果
針對(duì)上述的情況,并結(jié)合前文提出的策略
1)補(bǔ)償支路選用電容器串聯(lián)電抗器的方法
2)原補(bǔ)償總?cè)萘繜o(wú)法滿足系統(tǒng)的無(wú)功需求,需重新配置合理的補(bǔ)償容量
3)配置全范圍分?jǐn)嗄芰Φ膅G型熔絲開(kāi)關(guān)
4)考慮到在原有配電柜內(nèi)進(jìn)行改造
改造后,在系統(tǒng)負(fù)載率為80%工況下
分析表3的數(shù)據(jù)可知:
1) 諧波電壓總畸變率(VTHD)由1.39%降低到 0.85%
2) 系統(tǒng)功率因數(shù)由原未達(dá)標(biāo)的0.74提高至0.97,滿足了系統(tǒng)無(wú)功需求
3) 5次諧波電壓下降
4) 7
5) 采用電容器串聯(lián)電抗器的無(wú)功補(bǔ)償方案,達(dá)到了良好的效果
表3 改造前
低壓配電系統(tǒng)中,采用純電容器組進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償
|