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抑制諧波串聯(lián)電抗器的選用情況和TSC動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償解析

日期:2025-03-15 08:46
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摘要:

摘要:為進(jìn)一步搞好設(shè)備的配套改造,加強(qiáng)設(shè)備管理,實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,減少整個(gè)供電系統(tǒng)設(shè)備的損耗,獲得*佳經(jīng)濟(jì)效益的設(shè)備運(yùn)行方式,對(duì)抑制諧波串聯(lián)電抗器的選用進(jìn)行了較為詳細(xì)的闡述。本文主要對(duì)具體抑制諧波串聯(lián)電抗器的選用情況和TSC動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償進(jìn)行了解析。

關(guān)鍵詞:電網(wǎng) 功率因數(shù) 節(jié)能降耗 科學(xué) 諧波治理設(shè)備 TSC和TSF動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償

 

補(bǔ)償用并聯(lián)電容器對(duì)諧波電壓*為敏感,諧波電壓加速電容器老化,縮短使用壽命。諧波電流將使電容器過(guò)負(fù)荷、出現(xiàn)不允許的溫升,特別嚴(yán)重的是當(dāng)電容器組與系統(tǒng)產(chǎn)生并聯(lián)諧振時(shí)電流急速增加,開(kāi)關(guān)跳閘、熔斷器熔斷、電容器無(wú)法運(yùn)行。為避免并聯(lián)諧振的發(fā)生,電容器串聯(lián)電抗器。它的電抗率按背景諧波次數(shù)選取。電網(wǎng)的背景諧波為5次及以上時(shí),宜選取4.5% ~ 6%電網(wǎng)的背景諧波為3次及以上時(shí),宜選取12%

一、 電抗率K值的確定

1. 系統(tǒng)中諧波很少,只是限制合閘涌流時(shí)則選K=0.5~1%即可滿(mǎn)足要求。它對(duì)5次諧波電流放大嚴(yán)重,對(duì)3次諧波放大輕微。

2. 系統(tǒng)中諧波不可忽視時(shí),應(yīng)查明供電系統(tǒng)的背景諧波含量,在合理確定K值。電抗率的配置應(yīng)使電容器接入處諧波阻抗呈感性。電網(wǎng)背景諧波為5次及以上時(shí),應(yīng)配置K=4.5~6%。通常5次諧波*大,7次諧波次之,3次較小。國(guó)內(nèi)外通常采用K=4.5~6%。配置K=6%的電抗器抑制5次諧波效果好,但明顯的放大3次諧波及諧振點(diǎn)為204Hz,與5次諧波的頻率250Hz,裕量大。配置4.5%的電抗器對(duì)3次諧波輕微放大,因此在抑制5次及以上諧波,同時(shí)又要兼顧減小對(duì)3次諧波的放大是適宜的。它的諧振點(diǎn)235Hz5次諧波間距較小。電網(wǎng)背景諧波為3次及以上時(shí)應(yīng)串聯(lián)K=12%的電抗器。在電抗器電容器串聯(lián)回路中,電抗器的感抗XLN與諧波次數(shù)虛正比;電容器容抗XCN與諧波次數(shù)成反比。為了抑制5次及以上諧波。則要使5次及以上諧波器串聯(lián)回路的諧振次數(shù)小于5次。這樣,對(duì)于5次及以上諧波,電杭器電容器串聯(lián)回路呈感性,消除了并聯(lián)諧振的產(chǎn)生條件;對(duì)于基波,電抗器電容器串聯(lián)回路呈容性,保持無(wú)功補(bǔ)償作用。如電抗器電容器串聯(lián)回路在n次諧波下諧振,則:

  

式中XCN/XLN為電抗率的倒數(shù),不同的電抗率對(duì)應(yīng)不同的諧振次數(shù)或不同的諧振頻率,如表1所示。電抗器的電抗率以取6%為宜,可避免因電抗器、電容器的制造誤差或運(yùn)行中參數(shù)變化而造成對(duì)5次諧波的諧振。若電容器接入處,電網(wǎng)被污染嚴(yán)重,電抗率要另行計(jì)算。

  Hz

如:K=4.5%;K=5%

K=6%;K=7%

K=12%

1 電抗率對(duì)應(yīng)的諧振次數(shù)或諧波頻率

電抗率

諧波次數(shù)

諧波頻率Hz

4.5%

4.71

235.5

5%

4.47

223

5.5%

4.26

213

6%

4.08

204

電容器串聯(lián)電抗器后,電容器端電壓會(huì)升高。為了便于分析。畫(huà)出電流、電壓向量圖,如圖表示。

 電抗器的設(shè)置、電流、電壓向量

以電流I為基準(zhǔn),電抗器上壓降ULN超前電流90°,系統(tǒng)電壓UXN為兩者向量和:UXN=UCN-ULN。如電抗器電抗率為6%,則:

ULN=0.06UCN

UXN=(1-0.06)UCN

UCN=UCN/(1-0.06)=1.064UXN

電容器串聯(lián)電抗率為6%電抗器后,電容器端電壓為電網(wǎng)電壓的1.064

電容器允許產(chǎn)期運(yùn)行在1.1倍額定電壓下。因此,電容器端電壓升高6.4%是可以承受的。如電抗器電抗率為12%,電容器端電壓升高13.6%,應(yīng)當(dāng)選用額定電壓440V電容器。

串聯(lián)電抗器后回來(lái)電流也將增大,電抗率K=6%,電容器端電壓為電網(wǎng)電壓的1.064倍電流也增加到相同倍數(shù)。無(wú)功功率補(bǔ)償容量是增加還是減少?電容器端電壓升高無(wú)疑會(huì)增加無(wú)功功率補(bǔ)償容量。

1)電容器無(wú)功功率補(bǔ)償容量Q’C

Q’C=UCN/ UXN2QC=(1.064UXN/UXN)2

Q’C=1.13QC

2)電抗器消耗容性無(wú)功功率QL

QL=3I2XLN=3(1.064 UXN/UXN)2(0.06 XCN)

=1.0642×0.06×(3U2XN/XCN)=0.068QC

3)實(shí)際無(wú)功功率補(bǔ)償容量:

Q’C QL=(1.13-0.068) QC=1.062 QC

從上式看出,電容器串聯(lián)電抗器后,無(wú)功功率補(bǔ)償不但沒(méi)有減少,反而增加6.2%

二、電抗器的安裝位置

串聯(lián)電抗器無(wú)論裝在電源側(cè)或中性點(diǎn)側(cè),從限制合閘涌流和抑制諧波來(lái)說(shuō)都是一樣的。

電抗器裝在電源側(cè)時(shí)運(yùn)行條件苛刻,因它承受短路電流的沖擊,對(duì)地電壓也高(相對(duì)于中性點(diǎn)),因而對(duì)動(dòng)、熱穩(wěn)定要就高,鐵心電抗器有鐵心飽和之慮。

電抗器裝在中性點(diǎn)側(cè)時(shí)對(duì)電抗器要求相對(duì)低,一般不受短路電流的沖擊,動(dòng)、熱穩(wěn)定沒(méi)有特殊要,就承受的對(duì)地電壓低。可見(jiàn)它比安裝在電源側(cè)缺少了電抗器的抗短路電流沖擊的能力。

三、電抗器的結(jié)構(gòu)

電抗器的結(jié)構(gòu)形式主要有空芯和鐵芯兩種結(jié)構(gòu)。

鐵芯結(jié)構(gòu)的電抗器主要優(yōu)點(diǎn)是:損耗小,電磁兼容性叫好,體積小。缺點(diǎn)是:有噪音并在事故電流較大時(shí)鐵芯飽和失去了限流能力。當(dāng)干式鐵芯且采用氧樹(shù)脂鑄線(xiàn)圈的電抗器,其動(dòng)、熱穩(wěn)定性均很好,適合裝在柜中。油浸式鐵芯電抗器雖然體積大些,但噪音較小,散熱較好,安裝方便,適用于戶(hù)外使用。

空芯電抗器的主要優(yōu)點(diǎn)是:線(xiàn)性度好,具有很強(qiáng)的限制短路電流的能力而且噪音小。缺點(diǎn)是:損耗大,體積大。這種電抗器戶(hù)內(nèi),戶(hù)外都適合,但不適合裝在柜中。在戶(hù)外安裝容易解決防止電磁感應(yīng)問(wèn)題。*好采用分相布置字形或字形。這樣相間拉開(kāi)了距離,有利于防止相間短路和縮小事故范圍。所以這種布置方式為優(yōu)選。當(dāng)場(chǎng)地受到限制不能分相布置時(shí),可采用互相疊裝式產(chǎn)品。三相疊裝式產(chǎn)品的B相線(xiàn)圈繞線(xiàn)制方向?yàn)榉捶较蚴怪е^緣承受壓力,因此在安裝時(shí)一定按生產(chǎn)廠(chǎng)家的規(guī)定。

四、TSC動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償,它采用晶閘管開(kāi)關(guān)(過(guò)零觸發(fā)),投切電力電容組,實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償。有效改善用電負(fù)荷的功率因數(shù),具有顯著的節(jié)能效果。在TSC系統(tǒng)中采用串聯(lián)電抗器,可有效地防止諧波放大,有效的吸收大部分諧波電流,新鄉(xiāng)逐鹿協(xié)力電力設(shè)備有限公司是國(guó)際上**進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償和濾波的公司。主要市場(chǎng)遍布國(guó)內(nèi)。2005年以來(lái),已有數(shù)百套裝置在20于省市各行業(yè)中應(yīng)用。

所有的汽車(chē)廠(chǎng),點(diǎn)焊機(jī)負(fù)荷變化極為快速,并且引發(fā)大量的無(wú)功功率,這種負(fù)荷經(jīng)常產(chǎn)生較大的電壓波動(dòng)、電壓閃變,導(dǎo)致電焊質(zhì)量差并影響焊接的生產(chǎn)效率,過(guò)電流會(huì)損壞電極及被焊接材料、而欠電流也會(huì)嚴(yán)重地影響焊接質(zhì)量。采用新鄉(xiāng)逐鹿協(xié)力電力設(shè)備有限公司動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置能明顯地提高焊接質(zhì)量及生產(chǎn)效率,穩(wěn)定電壓、消除閃變并能充分地利用現(xiàn)有的設(shè)備,減少基本費(fèi)用開(kāi)支。

核心部件是控制器。由信號(hào)處理器DSPVLSI電路為基礎(chǔ),在每一個(gè)電網(wǎng)周期對(duì)所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析1ms內(nèi)據(jù)算出所需無(wú)功補(bǔ)償?shù)募夹g(shù),所有相的諧波分量同時(shí)都被計(jì)算出來(lái),發(fā)出觸發(fā)信號(hào)確保5~20ms投切電容器組,AR型串7%的電抗器(平衡補(bǔ)償系統(tǒng)),或14%的電抗器(不平衡補(bǔ)償系統(tǒng)),以防止電容器組與電網(wǎng)發(fā)生5次、3次諧波并聯(lián)諧振。

汽車(chē)工業(yè)點(diǎn)焊設(shè)備絕大多數(shù)是用380V電源,由二相供電(L1—L2、L2—L3L3—L1,通常三相負(fù)載的平衡問(wèn)題在工廠(chǎng)供電設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)考慮,把點(diǎn)焊機(jī)的供電布局接**衡,避免因三相不平衡而出現(xiàn)零序電流,所以在這種情況下通常采用三相平衡就可以了。參看歐美幾個(gè)大汽車(chē)公司的有關(guān)資料,點(diǎn)焊機(jī)的供電不平衡度為20%以下時(shí),對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)采用無(wú)功功率平衡補(bǔ)償無(wú)大礙,在不平衡度超過(guò)20%時(shí),就應(yīng)該考慮選用不平衡補(bǔ)償。

新鄉(xiāng)逐鹿協(xié)力電力設(shè)備有限公司的三相不平衡補(bǔ)償系統(tǒng),補(bǔ)償電容器組額定電壓為480V,且電容器分為三組,為三角形接法,每組分別連接L1-L2、L2-L3、L3-L1。當(dāng)點(diǎn)焊機(jī)一旦工作,控制器同步進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)分析,分別確定連接L1-L2L2-L3、L3-L1電源上的點(diǎn)焊機(jī)所需的無(wú)功功率,并與設(shè)定的目標(biāo)值比較,在小于20ms內(nèi)投切對(duì)應(yīng)在L1-L2、L2-L3、L3-L1上的不同容量的電容器組,從而及時(shí)補(bǔ)償無(wú)功功率。

新鄉(xiāng)逐鹿協(xié)力電力設(shè)備有限公司動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)勢(shì),*重要的是補(bǔ)償響應(yīng)時(shí)間和補(bǔ)償電容器的接線(xiàn)方式。在國(guó)外公開(kāi)資料中,只有新鄉(xiāng)逐鹿協(xié)力電力設(shè)備有限公司等少數(shù)公司能做到5-20ms投切全部電容器組,世界上其他有名廠(chǎng)家只能做到80ms100ms投切一步電容器組。對(duì)于跨接在二相供電上的焊接系統(tǒng)的補(bǔ)償,*先進(jìn)、**的技術(shù)是新鄉(xiāng)逐鹿協(xié)力電力設(shè)備有限公司的三角形接法的三相不平衡補(bǔ)償系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

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河南逐鹿電力設(shè)備(集團(tuán))公司是專(zhuān)業(yè)從事電力變壓器、斷路器、箱式變電站、高低壓無(wú)功補(bǔ)償成套裝置、有源無(wú)源電力濾波補(bǔ)償裝置、專(zhuān)用諧波治理補(bǔ)償成套裝置等輸配電設(shè)備和電網(wǎng)電能諧波治理成套裝置研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售的大型企業(yè)。集團(tuán)由中外合資河南逐鹿變壓器有限公司、中外合資新鄉(xiāng)逐鹿協(xié)力電力設(shè)備有限公司、河南逐鹿電器有限公司、新鄉(xiāng)中原變壓器有限責(zé)任公司和新鄉(xiāng)逐鹿變壓器波紋油箱廠(chǎng)五家控股(獨(dú)資)企業(yè)組成。集團(tuán)產(chǎn)品暢銷(xiāo)20多各省、市、自治區(qū),先后服務(wù)于國(guó)家重點(diǎn)工程格爾木—拉薩鐵路和黃河二橋、深圳地鐵等重大項(xiàng)目,并遠(yuǎn)銷(xiāo)東南亞、蒙古國(guó)等多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。集團(tuán)堅(jiān)持長(zhǎng)期引進(jìn)國(guó)外技術(shù),聘請(qǐng)多名國(guó)外專(zhuān)家到公司工作,與國(guó)內(nèi)清華大學(xué)、沈陽(yáng)變壓器研究所等建立了長(zhǎng)期的人才培養(yǎng)和技術(shù)合作關(guān)系,不斷壯大自身產(chǎn)品研發(fā)實(shí)力;建立了省級(jí)企業(yè)技術(shù)中心,擁有一支強(qiáng)大的科研人才隊(duì)伍,取得了多項(xiàng)國(guó)家**,產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、質(zhì)量、性能均達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

新鄉(xiāng)逐鹿協(xié)力電力設(shè)備有限公司是從事高低壓輸配電設(shè)備及其相關(guān)產(chǎn)品制造的中外合資企業(yè),公司的主要產(chǎn)品有組合式電力變電站、高低壓斷路器、高低壓開(kāi)關(guān)柜及其相關(guān)產(chǎn)品、高低壓無(wú)功補(bǔ)償成套裝置、有源無(wú)源電力濾波補(bǔ)償裝置、專(zhuān)用諧波治理補(bǔ)償成套裝置等輸配電設(shè)備和電網(wǎng)電能諧波治理成套裝置等。公司利用現(xiàn)代化的企業(yè)管理方式,建立了從設(shè)計(jì)、加工、裝配到出廠(chǎng)的一整套嚴(yán)格的質(zhì)量保證體系,并已通過(guò)ISO9000質(zhì)量體系認(rèn)證和“CCC”強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證,廣泛采用CAD參數(shù)化系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造,配置以高等級(jí)的凈化裝配車(chē)間、先進(jìn)的生產(chǎn)加工設(shè)備、完善的檢測(cè)設(shè)備和檢驗(yàn)手段、**的員工素質(zhì)等上等資源,建立了優(yōu)良的售后服務(wù)網(wǎng)絡(luò),確保了產(chǎn)品的先進(jìn)性和可靠性,使企業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益排名始終處于較好的名次,各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)在河南省均為前列。