论低压无功功率补偿柜节能选型设计

论低压无功功率补偿柜节能选型设计 【摘要】近年来，在我国政府的大力引导与扶持下, 三大产业均进入快速发展阶段，与此同时也提高了对我国电 力能源及设施的使用需求。在长期研究中发现，目前我国所 采用的供电设备已经无法满足三大产业正常生产的电力需 求，电力供应与需求之间的矛盾日益凸显。在本文中笔者将 着重探讨分析电力系统中安装无功补偿设备的必要性与重 要性，详细罗列了目前常用的无功补偿的种类及无功补偿方 式，并从无功功率补偿柜配置方案及元器件设计方面探讨如 何实现无功补偿，在实践中起到节能效果，最大限度缓解电 力的供需矛盾。 【关键词】低压；无功功率；补偿柜；节能设计选型 在我国社会主义现代化建设不断推进的今天，农业、工 业及服务业的电力负荷量呈现出明显的上升，大幅度增量电 源，这样不仅导致整个电力供应系统的网络结构出现改变， 同时也使得整个系统的电源分布产生改变，这样导致整个电 网系统的无功分布出现明显的不合理现象。如果在配电网中 出现明显的感性负荷时，则会降低电网的功率因数，其原因 在于感性负荷吸收了电网中的无功功率。在配电网的经济指 标中，功率因数作为一项重要的技术经济指标之一，如果能 够通过安装无功补偿装置来提高电网的功率因数，则可能极 大的改进电网的电能质量，降低配电网的线损值，最终起到 节能效果。 1概述 1.1系统中安装无功补偿装置的必要性 客观地讲，无功补偿可提高功率因数、增加用电设备的 出力，消除力率电费。减少线路及变压器的电能损耗，减少 相应电费。改善电压质量和电动机运行状况，降低动力设备 的使用电流。减轻电器、开关和供电线路负荷，减少维修量 延长使用寿命，提高电力系统的可靠性。降低变压器负荷， 释放变压器容量，使变频调速系统的节能效果提高。 1.2系统中安装无功补偿装置的作用 随着我国现代化建设进程的不断推进，居民、商业和工 业的用电量越来越大，由于线路的负荷功率因数较低以及无 功消耗较大，从而对整个配电网的供电质量与效益产生严重 影响。因此，在配电网中采取无功补偿，可有效提升配电网 系统运行的可靠性、安全性及经济性。在设置配电网无功补 偿时可以通过计算获取最佳方案，同时用户也可以自愿选择 使用无功补偿装置，这样不仅有利于改善整个配电网及用户 的电压质量，有效降低线路的损耗，减少配电网的运行成本, 提高配电网的经济效益，还为广大用户节约了大量的经济支 出。 2无功补偿的种类 静态补偿静止无功补偿器SVC Static Var Compensator是由晶闸管所控制投切电抗器和电容器组成, 由于晶闸管对于控制信号反应极为迅速，而且通断次数也可 以不受限制［2］。当电压变化时静止补偿器能快速、平滑地 调节，以满足动态无功补偿的需要，同时还能做到分相补偿; 对于三相不平衡负荷及冲击负荷有较强的适应性，该方法既 可补偿谐波，又可补偿无功功率。 动态补偿动态无功补偿是从补偿效果来进行描述定义 的，一般的补偿是有级的，也就是常用的补偿装置如电容， 是按组来进行投切的，也就用电系统里产生的无功不会是你 补偿的一样多，但是由于这种补偿已经将功率因数达到 0.95。用行业内的话就是动态补偿装置能够产生的无功是呈 线性的。总体来说，动态无功补偿就是能够根据实际的无功 需求快速进行补偿，也就是能够跟上网内需求的变化节奏， 所以称之为动态无功补偿。 3无功补偿方式选择 3. 1自动补偿 无功功率自动补偿控制器是低压配电系统补偿无功功 率的专用控制器，可以与多种等级电压在400V以下型号的 静电容屏配套使用。产品具备RS485通讯接口，其所采样得 到的电压、电流、频率、有功功率、无功功率、有功谐波百 分量、功率因数、温度可通过通讯接口传送到其它外部设备。 3.2分相补偿 分相补偿是在补偿装置中使用一定数量单相电力电容 器，通过检测三相电流来进行分别计算并控制各相电容器的 投入数量来达到补偿目的，因此可以使各相的无功电流均获 得良好的补偿。这种补偿方式适用于对办公楼、居民小区等 单相负荷为主的负荷进行补偿。单相电容器分相投切型补偿 装置只能补偿不平衡的无功电流，对不平衡有功电流没有调 整能力。 3.3混合补偿 所谓的混合补偿是针对三相还是单相补偿来说的。混合 补偿就是大部分补偿为共补，少部分采用分补。其补偿一般 分为低压侧，高压侧，集中补偿，分散补偿。其原理是通 过调节无功功率参数的信号取自三相中的每一相，根据每一 相感性负载的大小和功率因数的高低进行相应的平衡补齐， 然后再进行三相补偿。 4无功功率补偿柜配置方案及元器件设计选择 4. 1改进无功功率补偿柜设计的探讨 4. 1. 1电容器的选择 1 选择至少可以承受100/n的浪涌电流和电压高一 个等级的电容比如用440V电容取代400V电容，像 FRAKO电容，可以承受200-300/n的浪涌电流。较高的电压 等级和耐浪涌电流的能力，可以使电容在谐波存在的情况 下，寿命更长。 （2）选择节能（能耗在0. 2〜0. 5W/Kvar）环保型的干 式电容，由于采用了自愈式和分段薄膜技术，电容器带有预 充电电阻，内置保险，可以使把电容的灾难性的损坏变成渐 进式的或自愈式的。不能选择油浸式的电容，不利于环保并 有火灾的风险。 4. 1. 2电容器的保护 （1）检查供电侧的用电质量，确认是否在可接受的范 围之内（V-THD （3）无功功率补偿组应该留出30〜 40的余量，内部电缆应适当放大，并且必须是A级阻燃电 缆，控制电线也必须是阻燃的。 （4）在控制线路设计中，应采用以单片机为基础的控 制器，按负荷侧有功、无功的值取样，进行分析计算，自动 识别工作电容器和备用电容器，发出指令，自动循环选择不 同的电容器进行投切，使每个电容的运行时间大致相同，延 长电容器的使用寿命。控制器同时还具有电容回路过压，过 流等保护功能。 4. 2无功功率补偿柜柜体的设计 （1）电容器要与电抗器要相互隔离，两者都要与接触 器，熔断器隔离开关，电缆，母排等隔离，同时每个柜之间 也要隔离，把故障限制在每个柜子里。下图1是一个很好的 例子（其中的进线开关不建议安装，应由电缆供电） 2 使用强制通风系统 根据电容器的经验法则，电容器的工作温度，每降低 10C,寿命会增加一倍。一般电容器规定的最高工作温度为 55C,所以期望电容器工作温度在40〜45C左右。 目前很多PFC柜都是自然通风方式，强烈建议安装强 制通风系统。PFC柜前后都有进风口，顶部安装至少两个抽 风扇下面装有防止风扇意外跌落下来的装置，带自动恒 温调节器和超温报警装置，如果PFC柜的通风系统出现风 机跳闸或进风口堵死等情况，可以立即知道。 3 电容器的装配方法对于通风和散热也起到很重要 的作用，电容器不应该安装在水平封闭的底板上，底板板上 应该有通风孔。 4 柜子的设计还要体现安全的原则，不允许有裸露 的母排和手指可能触摸到的带电体。若有，必须用阻燃隔板 加以隔离，并贴有“当心触电”的标识。PFC柜的顶部应该 安装防护板，距离柜顶约200mm,防止垂直滴下来的液体直 接进入配电盘，也利于散热；防护板的尺寸应略大于电