低压就地动态无功补偿

1、公司公司徽标徽标2005.07.141 中冶南方工程技术有限公司自动化室齐春玲2005.07.142005.07.142低压就地动态无功补偿低压就地动态无功补偿在吊车群供电中的应用探讨在吊车群供电中的应用探讨 摘要摘要对某钢厂扩建改造工程有关吊车供 电系统改造方 案展开讨论，为使改造工程量降到最小，节省投资，供电变压器满足增容需要，提高电网功率因素，提出在滑触线供电处采用就地动态无功补偿装置，TSC的设计方案。 关键词关键词TSC就地就地动态无功补偿2005.07.143 1.问题的提出问题的提出 某工程吊车供电系统改造中，因后续吊车负荷增加较大，且不可能增加变压器容量和台数，就必然面临变压器

2、供电能力不足的问题。因此，采用了增加就地动态无功补偿装置，提高功率因素的方案，以扩大变压器供电的能力。 改造前吊车供电系统负荷计算，见表一:一期工程吊车负荷计算 Pjs (kW) Qjs (kvar) Sjs (kVA) Cos Ijs (A) 总负荷计算 2612 452052200.57941钢水接收跨 1193206423830.53626加料跨 784135615660.52382表一2005.07.144 由上表负荷计算结果和负荷性质，考虑到主厂房吊车供电要求的高可靠性，采用了变压器相互备用的方案，具体见下图一。吊车供配电图 图一2005.07.145 新建的二期工程，引起加料跨及钢

3、水接收跨吊车台数和容量增加很多,根据厂家提供的参考资料,我们对吊车供电系统进行了计算：见表二:二期工程负荷计算 Pjs (kW) Qjs (kvar) Sjs (kVA) Cos Ijs (A) 总负荷计算 3853 666476970.511709钢水接收跨 1497258929900.54549加料跨 1722297934410.55233表二 2005.07.146 根据表二可知 ，原供电方案已完全不能满足要求。主要存在的问题为：由于扩容，变压器容量不够；由于变压器供电线路电流增大，引起有功和无功损耗增加。 由上述数据可知，扩容后原供电变压器3X2500kVA及配电开关及下级配电开关和滑

4、触线均不能满足扩容后供电要求。 照此，原供电变压器及低压配电柜及滑触线全部要改造，重新设计，而且变压器容量要加大到4000kVA以上，这样，开关的短路容量要求更高，供电电缆更多，滑触线全部更换，施工难度更大，从而改造费用巨大，停产时间长。 根据负荷计算结果，也曾考虑过在电气室采用低压侧无功补偿方案，由于电气室空间限制和投资的限制，也曾考虑加大变压器容量的方案。但变压器容量已选最大，无法再扩容。 为了既保证变压器总输出容量不增加，又解决新增设备的供电需要，经过多方比较、论证，最后决定采用低压就地动态无功补偿方案。 2.2.无功补偿的作用及性能无功补偿的作用及性能 提高功率因素，减少供电线路的输入

5、的无功功率，充分发挥现有变压器容量。 3.无功功率补偿技术的现状无功功率补偿技术的现状 目前，国内电网采用的电容补偿技术主要是集中补偿与就地补偿技术。下面是几种常用的补偿装置。2005.07.147 3.1同步调相机同步调相机 早期的无功功率补偿装置主要为同步调相机，多为高压侧集中补偿。它是专门用来产生无功功率的同步电机，在过励磁或欠励磁的情况下，能够分别发出不同大小的容性或感性无功功率。自20世纪2、30年代以来的几十年中，同步调相机在电力系统中作为有源的无功补偿曾一度发挥着主要作用，所以被称为传统的无功动态补偿装置。然而，由于它是旋转电机，运行中的损耗和噪声都比较大，运行维护复杂，而且响应

6、速度慢，难以满足快速动态补偿的要求。 3.2.静止补偿装置静止补偿装置 静止补偿器的基本作用是连续而迅速地控制无功功率，即以快速的响应，通过发出或吸收无功功率来控制它所连接的输电系统的节点电压。静止补偿器由于其价格较低、维护简单、工作可靠，在国内仍是主流补偿装置。静止补偿器(SVC)先后出现过不少类型，目前来看，有发展前途的主要有直流助磁饱和电抗器型、可控硅控制电抗器型和自饱和电抗器型3种。饱和电抗器比之同步调相机具有静止、响应速度快等优点；但其铁芯需磁化到饱和状态，因而损耗和噪声还是很大，而且存在非线性电路的一些特殊问题，又不能分相调节以补偿负荷的不平衡，所以未能占据主流。2005.07.1

7、48 电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，将晶闸管的静止无功补偿装置推上了无功补偿的舞台。静止无功补偿装置(SVC)成了专指使用晶闸管的静止无功补偿装置，包括晶闸管控制电抗(Thyristor ontrolled Reactor-TCR)和晶闸管投切电容(Thyistor Switched Capactor-TSC)，以及这两者的混合装置(TCR+TSC)，或者TCR与固定电容器(Fixed Capacitor-FC)或机械投切电容(Mechanically Switched Capacitor-MSC)混合使用的装置(即TCR+FC、TCR+MS等。 TCR+FC型SVC全称如下： 2

8、005.07.149 SVC的调节器自动跟踪负荷（具有严重冲击无功功率）的工作状态，发出与冲击负荷相关的TCR晶闸阀的触发脉冲。不同的触发角，改变了TCR主抗器的电流量，从而改变了TCR回路的感性无功率量。通 过TCR回路的感性无功功率的跟随作用，使用户流入电网的无功功率趋于零（或一定值）由于晶闸管阀及电子设备的动态响应很快，即实现了动态补偿的功能。图1：TCR+FC型SVC主回路接线图 2005.07.1410 实际上，由断路器(电磁型交流接触器)操作的电容器和电抗器在电网中正在大量使用，可以说这种补偿技术是静态的，因为它不能及时响应无功功率的波动。这种装置以电磁型交流接触器为投切开关，由于

9、受电容器承受涌流能力、放电时间及电容器分级以及接触器操作频率、使用寿命等因素制约，因而无法避免以下不足： (1)补偿是有级的、定时的，因而补偿精度差，跟随性不强，不能适应负荷变化快的场合；受交流接触器操作频率及寿命的限制，静态补偿装置一般均设有投切延时功能，其延时时间一般为30s。对一般稳定负荷，即负荷变化周期大于30s的负荷，这类补偿装置是有效的，但对一些变化较快的负荷，如电梯、起重、电焊等，这类补偿装置就无法进行跟踪补偿。 (2)对波动负载不能及时响应，易产生过补和欠补，例如对大型电动机启动过程无法补偿，造成网压动态下降。 (3)不能做到无涌流投入电容器，对于接触器加电抗器方案，增加损耗较

10、大，对于容性接触器方案，事故率较大，对金属化电容器的使用寿命影响很大；目前，低压电力电容器以金属化自愈式电容器为主，这种电容器的引线喷金属端面对涌流承受能力有限，因此，涌流的大小及次数是影响电容器使用寿命的主要因素。 2005.07.1411 (4)运行噪声较大 (5)由于控制部分的负载是接触器的线圈，在投切过程中，造成火花干扰，影响补偿装置的可靠性和使用寿命。 (6)在产生过补偿时会造成网压升高损坏用电设备。 针对上述问题，基于智能控制策略的TSC补偿装置正在引起关注。 TSC的基本结构如图所示。事实上，如果能够进行动态无功功率补偿则能够克服以上不足。 将微处理器用于TSC，可以完成复杂的检

11、测和控制任务，从而使动态补偿无功功率成为可能。基于智能控制策略的TSC补偿装置的核心部件是控制器，由它完成无功功率(功率因数)的测量及分析，进而控制无触点开关的投切，同时还可完成过压、欠压、功率因数等参数的存贮和显示。 3.3 TSC补偿原理补偿原理 微机控制无功补偿装置主要由控制器、触发器和投切电容器电路组成(见控制原理图二)。微机控制器将电压、电流功率信号采集，并通过模数转换电路经微机接口输入，微机经过数据运算处理后输出驱动触发器。 补偿装置由若干路三角形连接的L-C串联谐波滤波器组成，谐波滤波器对50Hz基波呈容性，用来抵销负载产生的感性无功功率；谐波滤波器对要滤除的谐波呈很小的感抗(一

12、般为变压器谐波漏抗的10以下)，使负载产生的谐波90以上流入滤波器，而不通过变压器流入电网。反并联的两只晶闸管作为电子开关控制滤波器投入或退出电网。 2005.07.1412控制原理图二2005.07.1413 当负荷运行时，在电网和负荷之间就有无功电流流过，这时补偿装置的无功计算单元将电流互感器检测到的电网的感性无功电流进行计算，得到相间投入的单位电容数nab2005.07.1414 式中Uab、Ubc、Uca为电网线电压有效值；I”ab、I”bc、I”ca为三相补偿电流有效值；Xc为每个电容器50Hz时的容抗。 无功计算单元计算出需要投入的电容量后立即向微机控制单元发出相应补偿投入命令；微

13、机控制单元根据投切管理单元发出的投入命令；在电压过零点时将相应补偿单元的晶闸管导通，投入相应的容性无功电流，抵销感性无功，减少感性无功对电网的占用，提高电网供电能力。同时，为了滤除谐波电流，补偿装置设计为滤波器电路。(即LC电路)，有针对性地消除各高次谐波。 TSCTSC装置主要特点装置主要特点: : 1)补偿装置动态响应时间为15ms，投切时间10ms。 2)TSC控制，电流过零点投切，补偿电容入网、退网时电流均为正弦变化，对电网无冲击。 3)可靠性提高。 TSC低压就地无功动态补偿装置的微机控制单元（结构如图四）采用按无功功率投切电容器组的补偿原理，只需一次到位，大大减少了开关动作次数。这

14、种控制克服了按功率因素投切电容器组所带来的不利因素。通常按功率因素投切电容器组需要多次投切才能找到合适的补偿容量，开关动作次数多，影响了电容器的使用寿命，同时还不能保证电压合格率。 2005.07.1415 该装置应用的补偿技术不需附加缓冲电感，可控硅以10ms速率直接将电容器投入电网，降低了补偿装置成本。而且，在电网电压高低不同时可采用不同的补偿算法，以确保不发生欠补偿和过补偿产生的电网电压升高。 因此，低压用户就地补偿从降低线路损耗和用户变压器增容方面来看，都比高压补偿效益明显。 2005.07.14164.无功补偿方案的选择无功补偿方案的选择由于主厂房吊车负载存在功率因素低的特点,主要按

15、以下几点确定选择方案：能采用就地补偿的地方尽量选用就地补偿方案、就地平衡负载无功功率，以消除无功功率对供电系统的影响，使整个供配电设施都以较小电流供电，从而损耗最小； 选用动态补偿方式补偿无功功率，动态跟随负载无功功率变化，不仅可以使供电电流减小，获得较大的经济效益，而且从根本上消除了静态滤波器补偿时网压过高和过低对设备损坏问题。 选用TSC(晶闸管投切电容器)补偿方式，吊车供电负载属于感性负载，采用可变的容性无功直接进行补偿。基于以上几点，具有谐波治理功能的TSC就地动态无功补偿方案是本工程无功补偿方案的理想选择。2005.07.1417 4.1无功补偿地点的确立无功补偿地点的确立 4.1.

16、1高压侧补偿高压侧补偿若采用高压侧补偿,则从10kV变电站到用户的电流不会大幅度降低，而这一部分恰好是大电流，其损耗占整体电网的绝大部分比例，因此，对于大多数用户仅采用这种补偿方式来节省线路有功损耗，其比例是十分有限的，仅从高压侧进行补偿只能减少从发电厂到10kV变电站之间的电流，而从10kV变电站到用户的电流则不会减少4.1.2低压侧补偿低压侧补偿 1 1）安装在电气室变压器二次侧水平母线上）安装在电气室变压器二次侧水平母线上 可减少动力变压器电力损耗，但配出线路及配出馈电开关及摩电道全部要改。改造范围大，投资多。 2 2）安装在吊车上直接与电动机并联）安装在吊车上直接与电动机并联 这种方式

17、补偿效果最佳，但投资最贵，而且现场环境恶劣，且安装、维修困难。 3 3）安装在现场滑触线摩电道电源供电处）安装在现场滑触线摩电道电源供电处 现场将按照滑触线电源供电点数量增加控制室以安装无功补偿柜，从而减少线路损耗。而且环境比较好，容易维护保养。改造范围较小，已实施就是此种方案。 无功补偿装置的位置布置示意图见图五。2005.07.14182005.07.1419 上述用户侧就地补偿方式可以使补偿在以前的整个线路的电流下降，补偿点越接近用电负载，其节电效果就越显著。 因此无功功率补偿不应仅仅局限于高压侧进行补偿，同时应在用户侧进行就地补偿。 4.2.4.2.吊车无功补偿量的计算吊车无功补偿量的

18、计算 补偿量的确定原则补偿量的确定原则 ： 功率因素达到0.92以上，装置运行中不会出现过补、欠补，且个别电容器损坏后仍能保证正常运行。 需补偿的无功功率补偿量为: Qc=P30qc Qc-需要补偿的无功容量 -平均负荷系数取0.70.8 P30-总计算负荷 kW qc-补偿率 kvar/kW根据以上公式可计算出需补偿的无功功率及所需补偿装置，将现供电的功率因数由0.5提高到0.92，计算结果见下表三： 2005.07.1420 5 .结论结论 根据表一表三及上述计算和分析，得出结论:增加TSC就地低压动态无功补偿后，利用TSC就地无功补偿装置产生的容性无功电流快速、准确地抵消电网中的感性无功电流，从而提高了功率因素，保证了供电质量，提高供电设备的供电能力。原供