解决低功率因数问题的方法初探与实践.doc

1、解决低功率因数问题的方法初探与实践前言：本公司仓库大院供电系统，是由一S7-250KVA专用变压器，10000V/400V供电，在变压器二次侧近端设立低压配电房，设有(PGJ系列)主开关柜、计量柜、配电开关柜（两个）、低压侧集中无功补偿柜等装置组成。由于长时间没进行维修,无功补偿已经失去应有的功能，出现欠补、低功率因数运行的情况。摘要:本人因工作的需要，参与了一项对公司仓库大院供电系统集中无功补偿装置进行维修工作，恢复了系统供电无功补偿装置的作用,从而达到减少输配电系统的电能损耗,减低用电费用。对广大厂矿企业来说，功率因数的高低是关系到电能质量和电网安全、经济运行的一个重要问题。本文集中讨论了

2、影响公司仓库大院供电系统功率因数的原因，并结合实际情况，对低压端集中利用并联移相电容无功补偿、提高电网的功率因数方法进行了探讨，并对上述系统的低压端集中无功补偿装置修复的工作作讨论总结。关键词:功率因数 并联移相电容 无功补偿 补偿控制器一、影响本系统功率因数的主要原因：本系统的动力负荷主要是异步电动机， 异步电动机转子与定子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素,而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。本公司仓库大院供电，主要有5吨天车（装卸货物的吊机,有11KW主钩电动机一台、7KW行车电机一台），3台

3、2吨的人/货电梯(11KW电动机),约20000m2仓库用电（有大量单相空调机）等负荷组成。本次检修前，本低压配房电供仪表显示，有功负荷最大达到200A(，取0.85），无功功率因数最低达到0.65，无功损耗已经超出供电系统最低要求,增加了用电费用.本系统是在低压端（配电母线上）集中设立无功补偿装置，利用并联移相电容进行无功补偿，主要针对低压配电网络进行无功补偿，补偿后整个电力系统功率因数可以达到0.85以上。二、解决方法初探1低压无功补偿的作用和原理电网中的许多用电设备是根据电磁感应原理工作的，它们在能量转换中建立交变磁场,在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率叫无功功率.当电网电

4、压为正弦波形，并且电压和电流同相位时,电阻性电气设备从电网吸收的功率P等于电压U和电流I的乘积，即；电阻性电气设备包括白炽灯电热器等。电动机和变压器运行时需要建立磁场，这一部分能量不能转化为有功功率，因此称之为无功率Q.此时电流滞后电压一个角度。在选择变配电设备时应按视在功率S，即有功功率和无功功率的几何和：。无功功率的传输加重电网的负担,使电网电能损耗增加，因此需要对其进行就近和就地补偿.并联电容器可以补偿或平衡电气设备的感性无功功率。当容性无功功率等于感性无功功率时，电网只传输有功功率。根据国家有关规定，高压用户功率因数应达到0.9以上，低压功率因数应达到0。85以上。功率因数为有功功率和

5、视在功率的比值：.无功补偿的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路,能量在两种负荷之间相互交换.这样，感性所需要的负荷无功功率可由容性负荷输出无功功率补偿。当前，国内外广泛采用并联电容器件作为无功补偿装置.这种方法安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小。2确定无功补偿电容器容量：目前常用的一种是经济功率因数法；另一种是陈德裕同志于1977年提出的经济传输无功负荷法。前者计算简单、结果明确；后者虽然计算繁琐,但配置合理.本文采取第一种计算方法.根据补偿前、补偿后，查中国水利水电出版社的电气设备选型施工安装设计应用手册表599得每千瓦负荷所需补偿电容器的

6、千乏数为0.71。则：补偿电容设有八组，总容量为。原设计还满足现在的要求.3无功功率补偿控制器的选择无功功率补偿控制器有三种采样方式,功率因数型、无功功率型、无功电流型。选择那一种物理控制方式实际上就是对无功功率补偿控制器的选择。控制器是无功补偿装置的指挥系统，采样、运算、发出投切信号，参数设定、测量、元件保护等功能均由补偿控制器完成。十几年来经历了由分立元件-集成线路-单片机-DSP芯片一个快速发展的过程，其功能也愈加完善。就国内的总体状况，由于市场的需求量很大，生产厂家也愈来愈多,其性能及内在质量差异很大.在选用时需要注意的另一个问题就是国内生产的控制器其名称均为“XXX无功功率补偿控制器

7、"，名称里出现的“无功功率"的含义不是这台控制器的采样物理量.采样物理量取决于产品的型号,而不是产品的名称。（1）。功率因数型控制器功率因数用表示，它表示有功功率在线路中所占的比例.当时，线路中没有无功损耗。提高功率因数以减少无功损耗是这类控制器的最终目标。这种控制方式也是很传统的方式，采样、控制也都较容易实现。 这种采样方式在运行中既要保证线路系统稳定、无振荡现象出现，又要兼顾补偿效果,这是一对矛盾,只能在现场视具体情况将参数整定在较好的状态下工作。即使调整的较好，也无法祢补这种方式本身的缺陷，尤其是在线路重负荷时.举例说明：设定投入门限;(滞后）此时线路重载荷

8、，即使此时的无功损耗已很大，再投电容器组也不会出现过补偿，但只要不小于0。95,控制器就不会再有补偿指令,也就不会有电容器组投入,所以这种控制方式建议不做为推荐的方式。(2）。 无功功率（无功电流）型控制器无功功率（无功电流）型的控制器较完善的解决了功率因数型的缺陷。一个设计良好的无功型控制器是智能化的，有很强的适应能力，能兼顾线路的稳定性及检测及补偿效果,并能对补偿装置进行完善的保护及检测，这类控制器一般都具有以下功能：四象限操作、自动、手动切换、自识别各路电容器组的功率、根据负载自动调节切换时间、谐波过压报警及保护、线路谐振报警、过电压保护、线路低电流报警、电压、电流畸变率测量、显示电容器

9、功率、显示、U、I、S、P、Q及频率。由以上功能就可以看出其控制功能的完备，由于是无功型的控制器，也就将补偿装置的效果发挥得淋漓尽致。如线路在重负荷时，那怕已达到0.99(滞后)，只要再投一组电容器不发生过补,也还会再投入一组电容器,使补偿效果达到最佳的状态。采用DSP芯片的控制器，运算速度大幅度提高,使得富里叶变换得到实现。当然，不是所有的无功型控制器都有这么完备的功能。国内的产品相对于国外的产品还存在一定的差距。（3）. 用于动态补偿的控制器对于这种控制器要求就更高了,一般是与触发脉冲形成电路一并考虑的,要求控制器抗干扰能力强,运算速度快，更重要的是有很好的完成动态补偿功能.由于这类控制器

10、也都基于无功型，所以它具备静态无功型的特点。目前,国内用于动态补偿的控制器，与国外同类产品相比有较大的差距，一是在动态响应时间上较慢，动态响应时间重复性不好。二是补偿功率不能一步到位，这些应是生产厂家要重点解决的问题。另外，相应的国家标准也尚未见到，这方面落后于发展。 （4）. 本系统补偿装置选择本系统补偿装置采用PGJ12型安装屏，补偿的控制器采用ZKW无功功率自动补偿控制器,根据电网中无功功率的大小及性质来控制适量的电容投入或退出电网,使电网的无功功率消耗降到最低.该控制器采用COS集成电路元件组成，具有工作稳定，性能可靠，灵敏度高、抗干扰能力强、体积小、消耗功率低等优点。控制器的输出为8

11、路。工作方式采用循环投切，可保证接触器、电容器操作次数相同，延长电容器、接触器的使用寿命。4滤波补偿由于现代半导体器件应用愈来愈普遍,功率也更大，但它的负面影响就是产生很大的非正弦电流。使电网的谐波电压升高，畸变率增大，电网供电质量变坏。如果供电线路上有较大的谐波电压，尤其5次以上，这些谐波将被补偿装置放大。电容器组与线路串联谐振，使线路上的电压、电流畸变率增大，还有可能造成设备损坏，再这种情况下补偿装置是不可使用的.最好的解决方法就是在电容器组串接电抗器来组成谐波滤波器。滤波器的设计要使在工频情况下呈容性，以对线路进行无功补偿,对于谐波则为感性负载，以吸收部分谐波电流，改善线路的畸变率.增加

12、电抗器后，要考虑电容端电压升高的问题.滤波补偿装置即补偿了无功损耗又改善了线路质量，虽然成本提高较多，但对于谐波成分较大的线路还是应尽量考虑采用，不能认为装置一时不出问题就认为没有问题存在。很多情况下，采用五次、七次、十一次或高通滤波器可以在补偿无功功率的同时，对系统中的谐波进行消除。三、检查修理：A. 带电检测1 自动补偿控制器:显示不正常，投入指示不正常2 手动投入补偿控制：动作不正常B. 停电检测修理1 自动补偿控制器：外观未发现机械损坏。因带电检测动作不正常,应已损坏，予以更换新件;2 一次回路：a. 测量互感器、避雷器：清理积尘，用摇表摇测绝缘正常，不作更换；b. 熔断器：用万用表电

13、阻档测量大部分开路，更换新件恢复正常；c. 电抗器件:用摇表摇测绝缘正常，用万用表电阻档测量通路正常,不作更换；d. 接触器：清理积尘,检查接触器动作正常、电气正常,不作更换;e. 热继电器件：清理积尘，检查继电器机械动作正常、电气连接正常,不作更换.3 电容器：a. 外观检查,发现漏油痕迹的电容有3个，更换；b. 用摇表摇测绝缘不正常的电容有2个，更换；4 放电灯：用万用表电阻档测量，阻值正常,不予更换。C. 通电测试：（一）解除检修保护接地装置，合上刀开关，自动补偿控制器显示正常。1 手动投入：分组投入补偿电容，观察自动补偿控制器功率因素显示有变化,投入正常；2 自动投入：补偿控制器动作随

14、功率因数变化而跳动，动作正常，显示正常。试验完毕;3 电容退出，放电灯闪亮正常,放电灯工作正常；4 退出所有补偿电容器，切断刀开关，无功补偿装置退出运行,检查装置各部件外观及电气性能，发现有一组熔断器烧断，检查发现对应连接为一组未更换电容，估计是电容损坏引起熔断器烧断,予以换新件。（二）重复13步骤，装置运行正常;经一月的运行，功率因数从0.75提高到0。85,系统有效减少电压损失，降低电压波动,有效改善供电质量。四、结束语文中根据本企业供电系统的特点，从实际应用出发，介绍了无功功率的定义及无功补偿的意义、影响功率因数的主要因素、并联移相电容容量的确定方法、无功功率补偿控制器的选择及检修工具使

15、用等,提出了维修检测并联移相电容无功补偿装置的方法步骤，及维修方法进行了探讨及实践.五、鸣谢在论文撰写过程中，对给予本人直接、间接给予指导帮助的指导教师、带教老师、答疑教师及其他人员、同学，在此一一表示自己的谢意。老师多次询问研究进程，为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度,踏踏实实的精神,不仅授我以文,而且教我做人，虽历时月余,却给以终生受益无穷之道.  感谢老师、感谢给予我帮助的同行前辈及同学等对我的教育培养。他们细心指导我的学习与研究，在此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬,道一声谢谢.参考文献1电气设备选型施工安装设计应

16、用手册 中国水利水电出版社2如何选择低压无功功率补偿装置 杂志电子制作技术3并联电容器无功功率补偿的配置方法 杂志中国电能质量4提高电网功率因数 杂志电力系统自动化5浅谈提高农村电网的功率因数 杂志广东电子商贸6电容的用途及作用工作业绩总结：1986.7-8月.参与“备用电源自动投入”及“中央音响信号装置”控制盘的安装图设计与安装、调试工作：“备用电源自动投入”装置是一个发电厂（站）备用电源（厂用电)在系统掉电时,在设定的时间内，自动投入备用电源的控制装置；“中央音响信号装置”是在控制系统(被控对象）发生故障时,根据故障类别分别发出不同警告信号的装置。本项目主要工作是，根据原理图，设计安装图（

17、元件布置、编号,接线端子编号等);安装盘选型、制造,元件的购买，出蓝图；接线、安装调试等。整个项目三人同时工作大概花了两个月时间。1987。1. 参与水利部珠江委科研所河工大型试验场集中控制系统安装与调试工作：本项目的特点是被控对象多，有多台电动机（不同流量、不同扬程的水泵）、闸门启闭机、信号测量仪、控制阀、远动控制自耦变压器调压等,被控对象分散、分布广距离大，集中控制室控制线多的特点，接线对线困难（当时的条件没有对讲机)，调试工作量大。1992.10。广州电脑城自备电源（发电机组)供电线路安装设计工作：本人的主要工作是根据发电机的容量，计算线路负荷,选择线路材料、开关选型及线路走向布置。带徒三人，带教主要内容是导线驳接、开关安装；19996广东省水电物资总公司仓库供电