电工技师容伟强的技术论文

1、无功补偿在电力线路中的应用广东高新凯特精密机械股份有限公司 容伟强【摘要】：随着电力电子器件及微电子技术的迅速发展，大量非线性用电设备的广泛投入工业生产，从而导致电力系统严重的谐波污染。由于非线性负荷只有其电流不随着电压同步变化的非线性电压、电流特性，即使给这些负荷供给是正弦波形的电压，但流过电网的电流是非正弦波形的，这种电流波形是由基波和与基波频率成整数倍的谐波组成，使电网电压严重失真，此外电网还必须向这类负荷产生的谐波提供额外的电能。电力系统中的负载类型大部分属于感性负载，加上用电企业普遍广泛地使用电力电子设备，使电网功率因数较低。较低的功率因数降低了设备利用率，增加了供电投资，损害了电压

2、质量，降低了设备使用寿命，大大增加了线路损耗。为了改善电网功率因数低下带来的能源浪费和这些不利供电生产的因素，必须使电网功率因数得到有效的提高。显然这些无功功率如果都要由发电机提供并远距离传送是不合理的，通常也是不可能的。合理的办法就是在需要无功功率的地方产生无功功率，即增加无功功率补偿设备与装置。本文通过对公司配电房的无功功率补偿设备失控的故障进行检测与诊断，最后找出故障部件在无功功率补偿控制器，然后分析导致故障原因所在，并提出正确的维修方案，解决了该公司因为无功功率补偿设备失控导致功率因数偏低的故障，并恢复无功功率补偿设备的性能。【关键词】： 功率因数 补偿设备 检修 【正文】随着电力电子

3、器件及微电子技术的迅速发展，大量非线性用电设备的广泛投入工业生产，从而导致电力系统严重的谐波污染。由于非线性负荷只有其电流不随着电压同步变化的非线性电压、电流特性，即使给这些负荷供给是正弦波形的电压，但流过电网的电流是非正弦波形的，这种电流波形是由基波和与基波频率成整数倍的谐波组成，使电网电压严重失真，此外电网还必须向这类负荷产生的谐波提供额外的电能。电力系统中的负载类型大部分属于感性负载，加上用电企业普遍广泛地使用电力电子设备，使电网功率因数较低。较低的功率因数降低了设备利用率，增加了供电投资，损害了电压质量，降低了设备使用寿命，大大增加了线路损耗。为了改善电网功率因数低下带来的能源浪费和这

4、些不利供电生产的因素，必须使电网功率因数得到有效的提高。显然这些无功功率如果都要由发电机提供并远距离传送是不合理的，通常也是不可能的。合理的办法就是在需要无功功率的地方产生无功功率，即增加无功功率补偿设备与装置。一、 无功补偿的基本原理以下图1-1为无功补偿的基本原理图。图1-11无功补偿的基本原理：电网输出的功率包括两部分;一是有功功率;二是无功功率.直接消耗电能,把电能转变为机械能,热能,化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率称为有功功率;不消耗电能;只是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且,这种能是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无功功率,

5、如电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所占的电能.电流在电感元件中作功时,电流滞后于电压90°.而电流在电容元件中作功时,电流超前电压90°.在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互差180°.如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小,2无功补偿的具体实现方式：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，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。3无功补偿的意义：补偿无功功率，可以增加电网中有功功率的比例常数。减少发、供电设备的设计容量

6、，减少投资，例如当功率因数cos=0.8增加到cos=0.95时，装1Kvar电容器可节省设备容量0.52KW；反之，增加0.52KW对原有设备而言，相当于增大了发、供电设备容量。因此，对新建、改建工程，应充分考虑无功补偿，便可以减少设计容量，从而减少投资。降低线损，由公式%=（1-cos/cos）×100%得出其中cos为补偿后的功率因数，cos为补偿前的功率因数则：cos>cos，所以提高功率因数后，线损率也下降了，减少设计容量、减少投资，增加电网中有功功率的输送比例，以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益。所以，功率因数是考核经济效益的重要指标，规划、实施无功补

7、偿势在必行。4电网中常用的无功补偿方式包括： 集中补偿：在高低压配电线路中安装并联电容器组； 分组补偿：在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器； 单台电动机就地补偿：在单台电动机处安装并联电容器等。加装无功补偿设备，不仅可使功率消耗小，功率因数提高，还可以充分挖掘设备输送功率的潜力。确定无功补偿容量时，应注意以下两点： 在轻负荷时要避免过补偿，倒送无功造成功率损耗增加，也是不经济的。 功率因数越高，每千伏补偿容量减少损耗的作用将变小，通常情况下，将功率因数提高到0.95就是合理补偿就三种补偿方式而言，无功就地补偿克服了集中补偿和分组补偿的缺点，是一种较为完善的补偿方式：因电容器与

8、电动机直接并联，同时投入或停用，可使无功不倒流，保证用户功率因数始终处于滞后状态，既有利于用户，也有利于电网。有利于降低电动机起动电流，减少接触器的火花，提高控制电器工作的可靠性，延长电动机与控制设备的使用寿命。无功就地补偿容量可以根据以下经验公式确定：QU0式中：Q-无功补偿容量（kvar）；U-电动机的额定电压（V）；0-电动机空载电流（A）；但是无功就地补偿也有其缺点：不能全面取代高压集中补偿和低压分组补偿；众所周之，无功补偿按其安装位置和接线方法可分为：高压集中补偿、低压分组补偿和低压就地补偿。其中就地补偿区域最大，效果也好。但它总的电容器安装容量比其它两种方式要大，电容器利用率也低。

9、高压集中补偿和低压分组补偿的电容器容量相对较小，利用率也高，且能补偿变压器自身的无功损耗。为此，这三种补偿方式各有应用范围，应结合实际确定使用场合，各司其职。二 故障现象：由于我们公司配置了自己的配电房，拥有独立的变压器与配电设备，每月需要接受供电局的监管，计算变压器二次线路侧每月产生的无功损耗情况而进行奖罚收费。2002年7月份，由于公司的人事变动，公司安排我为动力班班长，接管公司动力房与配电房的日常管理工作，上任首月，在计算电费的过程中我发现供电局提供的电费单上有一项收费项目是功率因数的奖惩收费，显示结果是功率因数为0.84，需要罚款，根据供电局提供的正常标准是0.9的功率因数，要超过此标

10、准才能得到奖励电费，否则就要罚款，而且功率因数越低，罚款金额越高。我通过翻查以前的电费单，发现由2001年5月份开始都有罚款的情况出现，下图2-1是一年以来功率因数的曲线分析图： 图2-1根据以上的功率因数的曲线分析图可以看出在冬季的时候功率因数就回复正常奖励电费，究竟是什么原因造成的？出于对自己的工作职责所在，我对配电系统进行了全面的检查,重点对无功补偿装置进行了细查，最终发现是无功补偿控制器的电路板有严重的虚焊故障，造成无功补偿电路工作不正常而引起某些月份的功率因数不能达到供电部门的要求而产生无功罚款。下面我为大家慢慢分析维修检查的过程与分析思路：本公司的补偿方式采用集中式补偿，在配电变压

11、器低压侧配电柜安装并联补偿电容器，一共有20组补偿电容，每组电容器的无功补偿容量为16Kva，串接XD-1型限流电抗器组成LC电路并接于供电线路中，通过JKG-10型无功功率自动补偿控制器实时监测电路中的无功功率从而及时控制补偿电容器组进行投切，达到调整无功功率的目的。三 导致本次故障的主要原因根据以上基本结构和补偿原理分析，导致本次故障的主要原因可以从以下两方面去分析和检测：1，本公司的无功补偿装置的补偿容量不够，不能满足某些月份的用电需求而造成的原因。2，无功补偿装置出现故障，导致无功补偿不足，功率因数不能达到要求而造成的原因。主要包括以下几方面：（1）补偿电容组容量降低或损坏；（2）供电

12、保险烧断；（3）投切控制接触器损坏不工作；（4）热继电器损坏不工作或过流动作而断开供电；（5）限流电抗器损坏；（6）补偿采样线圈出现故障（7）无功功率自动补偿控制器出现故障；四故障的检查与排除：1、 对上述几点故障原因，首先从简单做起，由浅入深逐部排查：检查前首先把电容屏供电切断，在做好安全防护的情况下进行测量检查，要做到一看二嗅三测量。先目测电容补偿电柜内各电器零件都没有烧焦的痕迹再用鼻子去感觉也没有电器烧焦的异味，再进行下一步的使用测量仪器检查。（1）检查补偿电容组容量：测量补偿电容器组的容量前先要断电，再用耐压380V的负载在电容器的两端接上人为进行放电，以免储存在电容器上的电压损坏测量

13、仪器，经过对比测量，20组电容容量基本相同一致，说明电容器组没有问题。（2）检查供电保险管：测量各供电保险管在路电阻为零欧正常导通。（3）检查投切控制接触器：检查各接触器线圈基本正常，阻值基本相同一致。（4）检查热继电器损坏：测量热继电器各输入与输出接头基本正常，检查各常开与常闭接头也正常，调节指示都是一致。（5）检查限流电抗器：测量各限流电抗器的电阻基本相同一致，。（6）检查补偿采样线圈：拆下补偿采样线圈到无功功率自动补偿控制器的接线端头测量补偿采样线圈的阻值基本正常，外观检查也没有问题。（7）通电检查无功功率自动补偿控制器，也能正常的进行投入动作，基本也没有发现问题。2、 上面各电器元件测

14、量基本正常，我只有进行下一步分析检查：由于本公司的设备数控化普及率比较高，基本上所使用的设备功率因数都比较高，耗电量比较大的热处理车间的设备就是电阻炉，基本上不会产生无功损耗，主要产生无功损耗的设备就是各车间的行车与电梯，机加工车间的普通机床以及用电量比较大的恒温车间的空调设备，变频设备功率因数基本都比较高，不会产生多少的无功损耗，再回头看一年以来的无功损耗对比曲线图（图2-1），可以看出在天气比较热的月份，无功损耗的情况都比较严重，天气热的时候空调的使用量比较大，因而产生的无功损耗比较多，难道本厂的无功补偿设备不能满足需求？我通过深入了解近几年的电费单，发现以前的功率因数基本上都是在0.93

15、以上，但从2001年开始才出现罚款的现象，但本公司的设备近几年基本上没有新增的情况，所以综合以上因素，本公司的无功补偿装置基本上是可以满足补偿的需要，问题应该出现在无功补偿装置的本身，未能及时对线路产生的无功损耗进行无功功率补偿.。而无功补偿装置的各电器元件基本上已经检查过，剩下的最大怀疑对象就是无功功率自动补偿控制器，因为无功功率自动补偿控制器主要起到采样监测与补偿控制的作用。3、对无功功率自动补偿控制器的检查。无功功率自动补偿控制器的工作原理是根据采样线圈对流过母排的总电流进行采样，再通过无功功率自动补偿控制器内部进行分析计算从而控制各投切控制接触器动作进行投切，达到调整电容器组的投切使用

16、，从而改变线路中的功率因数。通过现场检查，发现实时的无功功率因素为0.82，但20组电容器只有14组投入工作，从下午2点跟踪观察了1个小时，基本上实时功率因数和无功功率自动补偿控制器没有什么变化，当时天气温度比较高，达到32摄氏度，恒温车间的空调都已经全开了，用电负荷比较高，所以无功损耗相对比较大，功率因数为0.82应该正常，但无功功率自动补偿控制器却没有正常运作，还有6组的电容器组没有投入使用，肯定是不正常运作，检查无功功率自动补偿控制器到各投切继电器的控制端，确定无功功率自动补偿控制器只有14路输出控制信号，还有6路没有信号输出。切断无功补偿装置的电源，把无功功率自动补偿控制器拆下来检查，

17、发现输出电路板虚焊严重，很多焊点已经是脱离了电路板，还有打火的现象，这些点就是没有输出的那6路控制信号电路，把虚焊的地方重新焊接好，装机通电，经过十五分钟后全部的电容器组都投入运作，功率因数显示为0.94，基本上符合要求，到下午五点三十五分，大部分的机床停止运作后观察无功功率自动补偿控制器下降为投入12组，实时功率因数0.91，也符合要求。后来经过连续几天的跟踪观察都发现功率因数达标基本符合供电质量要求，经过此事后，我订立制度，要求值班电工要实时跟踪，查看功率因数的实时数值，如果发现不达标的情况要立即反映处理，经过这一次维修后，在8月电费结算单上显示的功率因数为0.94，得到了供电部门的奖励，后来经过与同行业的技术人员沟通，知道无功功率自动补偿控制器的选择非常重要，好的品牌功率因数可以达到0.96以上。五 总结：造成本次故障的原因归根到底就是无功功率自动补偿控制器使用年限较久，长期工作在封闭状态，电子零件因为日久的热胀冷缩，焊锡被膨胀的引脚顶