安(ān)科(kē)瑞(ruì) 陳(chén)聰(cōng)

摘要(yào)：根據無功補(bǔ)償原(yuán)理，解(jiě)決功(gōng)率因數(shù)偏低的(dí)問題(tí)，結合該(gāi)環保能源公司用電(diàn)質量(liáng)的(dí)現狀，提出無(wú)功補償(cháng)解決(jué)方案，實際現場(cháng)考察負載用電(diàn)總(zǒng)結(jié)無(wú)功(gōng)補(bǔ)償(cháng)裝(zhuāng)置的設(shè)計(jì)選(xuǎn)型，安(ān)裝及注意事項。ANSVC無功補償裝置由自愈式(shì)並聯(lián)電容器(qì)，串聯電抗器(qì)，投(tóu)切(qiē)開關，低(dī)壓(yā)無功補償控製(zhì)器(qì)組成(chéng)，能實時(shí)檢測係(xì)統中的無(wú)功(gōng)需量，進行無(wú)功(gōng)補償，從而(ér)提高功(gōng)率(shuài)因數，減(jiǎn)少(shǎo)電費支出。

1，原理分(fēn)析(xī)

1.1在(zài)交(jiāo)流電路中(zhōng)，由電(diàn)源供(gōng)給(gěi)負(fù)載(zǎi)的電功(gōng)率有(yǒu)兩(liǎng)種；一種是(shì)有(yǒu)功(gōng)功率，一種是(shì)無功功率。

有(yǒu)功(gōng)功率：正(zhèng)常運行(háng)所需的電(diàn)功(gōng)率，也就是將電(diàn)能(néng)轉換為(wéi)其他形(xíng)式能(néng)量(liáng)(機械能(néng)，光(guāng)能(néng)，熱(rè)能(néng))的(dí)電功(gōng)率(shuài)。

無(wú)功功率：比較抽(chōu)象(xiàng)，它(tā)是用於電路內電(diàn)場(cháng)與(yǔ)磁(cí)場的交換，並(bìng)用來(lái)在(zài)電(diàn)氣(qì)設備中建(jiàn)立(lì)和維(wéi)持(chí)磁場(cháng)的電功(gōng)率。它不(bù)對外作(zuò)功(gōng)，而(ér)是轉變為(wéi)其(qí)他形(xíng)式的(dí)能量。凡(fán)是(shì)有電(diàn)磁(cí)綫圈的(dí)電(diàn)氣(qì)設備，要建立(lì)磁場(cháng)，就(jiù)要消(xiāo)耗(hào)無功(gōng)功(gōng)率(shuài)。比如40瓦的日(rì)光燈，除需40多瓦有(yǒu)功功(gōng)率(鎮流器(qì)也需消耗(hào)一部分有(yǒu)功(gōng)功率(shuài))來(lái)發(fā)光外，還需80乏左(zuǒ)右的(dí)無(wú)功功率(shuài)供(gōng)鎮流器(qì)的綫圈建(jiàn)立交變磁場用。由(yóu)於它(tā)不對外(wài)做(zuò)功(gōng)，才(cái)被(bèi)稱之(zhī)為(wéi)“無功"。   

Q:無功功率(shuài)（Kvar），S:視(shì)在功率(shuài)（KVA），P:有(yǒu)功功率(shuài)（Kw），PF:功率因數(shù)

1.2無(wú)功功率(shuài)偏低(dī)的不良影響：

1， 降低發(fā)電機有功功(gōng)率的輸出

2， 降低輸(shū)電，變(biàn)電設(shè)備的供電(diàn)能力(lì)

3， 綫路損失加(jiā)大(dà)和電能損耗增加

4， 功率因(yīn)數(shù)下降(jiàng)，電(diàn)費增收(shōu)，成本增加(jiā)

5， 使電氣設(shè)備得不到充分(fēn)發(fā)揮(huī)

1.3並聯(lián)電容(róng)器(qì)無(wú)功(gōng)補償(cháng)原(yuán)理：

如圖1，將並聯電容器C與變壓器或負(fù)載並聯(lián)，則變壓器(qì)或負(fù)載所需要的(dí)無(wú)功功(gōng)率全(quán)部或部分由並聯電(diàn)容(róng)器供給(gěi)，即並聯(lián)電容器發(fā)出的容(róng)性無功可(kě)以(yǐ)補償(cháng)負載所消(xiāo)耗的(dí)無(wú)功。

如圖(tú)2，當(dāng)未(wèi)接電(diàn)容(róng)C時(shí)，流(liú)過(guò)電感(gǎn)L的電(diàn)流為IL,，流過電阻(zǔ)R的電(diàn)流為(wéi)IR,電源供給(gěi)的電(diàn)流為(wéi)I1,I1=IR+jIL,此(cǐ)時相位(wèi)角為(wéi)Φ1,功率因數(shù)為COSΦ1；並(bìng)聯(lián)接(jiē)入(rù)電容C後，由於電(diàn)容(róng)電(diàn)流IC與(yǔ)電感電流IL方向相(xiāng)反，使得電源供給電(diàn)流由I1減小為(wéi)I2，I2=IR+j（IL-IC），相角由Φ1減小到(dào)Φ2,功(gōng)率因數(shù)由(yóu)COSΦ1提(tí)高(gāo)到(dào)COSΦ2。

圖(tú)1

圖(tú)2

在(zài)純(chún)電容(róng)無功補(bǔ)償(cháng)中，電(diàn)容器(qì)本身阻抗是容性的(dí)，隨著諧(xié)波頻(pín)率的提高，電容器的容抗(kàng)會(huì)明(míng)顯減小，使(shǐ)得諧波被電(diàn)容器放大(dà)，從而疊(dié)加(jiā)在補償電流上，使電(diàn)流合(hé)理值顯著增(zēng)加，電容器由於諧(xié)波電(diàn)流的(dí)加大產生溫度(dù)過(guò)高(gāo)，絕緣老(lǎo)化，鼓包等(děng)問題。且諧波電(diàn)流放(fàng)大引(yǐn)發諧(xié)波電(diàn)壓加大，一(yī)旦疊(dié)加到電容(róng)器的電壓(yā)上，也會(huì)使(shǐ)電壓合(hé)理值增(zēng)加(jiā)，電(diàn)壓峰值增(zēng)加(jiā)，從(cóng)而(ér)引起電容器(qì)產生局(jú)部放(fàng)電且(qiě)不(bù)能(néng)熄滅，這(zhè)也是(shì)電容器鼓包損壞的(dí)一個重要(yào)因素。在(zài)大多數的低壓(yā)電力(lì)係統(tǒng)中，諧波(bō)會對電(diàn)容櫃(guì)產(chǎn)生較(jiào)大的影(yǐng)響。現(xiàn)場(cháng)應用總比(bǐ)較常見的(dí)有(yǒu)變頻設備數(shù)量較(jiào)多，容量(liáng)較大(dà)，變(biàn)頻(pín)器前端(duān)沒(méi)有進綫電抗器，相互(hù)之間(jiān)會產(chǎn)生諧振(zhèn)，從(cóng)而引(yǐn)起電(diàn)容(róng)器經常(cháng)出現鼓包發熱等(děng)情(qíng)況。

通過(guò)在低壓電力電容器(qì)中(zhōng)串(chuàn)聯合(hé)理(lǐ)配(pèi)置的電抗器(qì)，進行(háng)諧(xié)波控製。電(diàn)容器(qì)的容抗(kàng)值為1/ωC；在電(diàn)路中(zhōng)串(chuàn)聯對應(yīng)的(dí)電抗器，該電(diàn)抗(kàng)器感抗(kàng)為(wéi)ωL，則電容器與(yǔ)電(diàn)抗器會在某一頻率下(xià)具(jù)有確(què)定的(dí)阻(zǔ)抗(kàng)，從而實現在(zài)該(gāi)頻率(shuài)下諧波控製。

電(diàn)抗(kàng)率(shuài)的定義為：LC串(chuàn)聯回路中，在(zài)基(jī)波頻率下感抗和(hé)容抗的比值(zhí)，即XL/XC,電(diàn)抗率(shuài)一般為(wéi)6%，7%，12.5%，14%，電抗(kàng)係數對(duì)應的諧(xié)振頻(pín)率(shuài)如(rú)下表1所(suǒ)示(shì)。若(ruò)使用6%電抗器(qì)，諧振點頻率為204Hz，遠(yuǎn)離5次諧波(bō)諧振(zhèn)點(diǎn)，但靠(kào)近4次諧(xié)波諧振點(diǎn)200Hz，例(lì)如(rú)，三相6脈(mài)衝的變(biàn)頻(pín)設(shè)備，如果其(qí)中(zhōng)有一隻(zhī)晶閘(zhá)管損(sǔn)壞，則會變成(chéng)相當於5脈衝(chōng)設備，因此將會產(chǎn)生4次諧波。 若使用(yòng)7%電抗(kàng)器(qì)，諧(xié)振點頻率(shuài)為(wéi)189Hz，遠(yuǎn)離5次(cì)諧波諧振(zhèn)點(diǎn)，則(zé)諧波分流(liú)流入的少，可更好(hǎo)的(dí)保(bǎo)護(hù)電容器(qì)，7%電抗是常(cháng)用(yòng)的安(ān)全補(bǔ)償方式(shì)。12.5%電(diàn)抗器諧(xié)振(zhèn)點頻(pín)率為141Hz，接近(jìn)3次(cì)諧振(zhèn)點150Hz，易(yì)產(chǎn)生(shēng)諧振(zhèn)，影響電(diàn)容(róng)器正(zhèng)常使用。14%電抗器諧(xié)振(zhèn)點頻率為(wéi)134Hz，遠(yuǎn)離(lí)3次諧(xié)振點(diǎn)150Hz，14%電(diàn)抗(kàng)相較於(yú)12.5%更(gēng)加(jiā)安(ān)全可靠。7%電(diàn)抗(kàng)控製(zhì)5，7次以上諧波(bō)，14%電抗控(kòng)製(zhì)3次以上諧(xié)波(bō)。

當無功(gōng)補(bǔ)償(cháng)中有電抗進行(háng)諧波控(kòng)製(zhì)，電(diàn)容器(qì)的容(róng)量不(bù)能按(àn)標(biāo)稱(chēng)值(zhí)進行(háng)補償，考(kǎo)慮到電容器的耐(nài)壓(yā)值，諧波控製式(shì)無功補償在(zài)應(yīng)用過程(chéng)中(zhōng)會(huì)出現電容(róng)器降容的問(wèn)題(tí)。由於(yú)電(diàn)網(wǎng)電壓本身的波動(dòng)及由於(yú)電抗(kàng)器(qì)和(hé)電(diàn)容器串聯後，電(diàn)容(róng)器(qì)端子間電壓(yā)被(bèi)抬(tái)高(gāo)，電抗(kàng)率7%的無功補(bǔ)償電(diàn)容(róng)器耐壓值(zhí)一般為480V；電抗(kàng)率(shuài)14的無功(gōng)補(bǔ)償電(diàn)容器(qì)耐壓(yā)值(zhí)為525V。以(yǐ)在400V係統中7%電抗(kàng)率電(diàn)容電抗額(é)定(dìng)電壓為480V,額定(dìng)補(bǔ)償容(róng)量為(wéi)50Kvar為例，額定(dìng)補償電(diàn)流為(wéi)60.1A，而(ér)實際補償(cháng)電(diàn)流計(jì)算(suàn)為(wéi)53.9A，電容會由於電壓(yā)差(chà)而降容，裝機容量(liáng)50Kvar，而實(shí)際(jì)容量隻(zhī)有37.5Kvar。

 ，

2，項(xiàng)目概述(shù)

江蘇某(mǒu)環保(bǎo)能源(yuán)公司，占地麵積(jī)約(yuē)16.6公頃(qǐng)，項(xiàng)目一(yī)期建設4條日處(chǔ)理(lǐ)500噸(dūn)的焚(fén)燒(shāo)綫(xiàn)，2台18MW的(dí)汽輪發(fā)電(diàn)機(jī)組(zǔ)，生活垃(lā)圾(jī)焚(fén)燒能(néng)力為2000噸(dūn)/天，年(nián)發電(diàn)量(liáng)2.72億千(qiān)瓦時以上。現有多套新建2000KVA變壓(yā)器需(xū)配(pèi)套(tào)兩電(diàn)容(róng)補(bǔ)償(cháng)櫃，櫃子(zǐ)尺寸(cùn)為寬(kuān)1000*深(shēn)1000*高2200，主要負載(zǎi)為電(diàn)動(dòng)機(jī)，辦(bàn)公用(yòng)電(diàn)，照(zhào)明等。

3，解(jiě)決(jué)方(fāng)案(àn)

變壓(yā)器容量為2000KVA，負荷率(shuài)為(wéi)0.8左(zuǒ)右，預(yù)估電容櫃裝機容量為兩(liǎng)套(tào)300Kvar，根(gēn)據(jù)現場(cháng)環境預估(gū)為3，5，7次諧波(bō)為(wéi)主，諧波主要(yào)影響電容(róng)正(zhèng)常(cháng)工作，容(róng)易(yì)發熱，鼓包等，需配(pèi)套14%電抗(kàng)率(shuài)的電(diàn)抗器(qì)使用，電(diàn)抗器主要功能為控製(zhì)諧波(bō)進(jìn)入電容(róng)器(qì)，從而保護電容，增加(jiā)電(diàn)容(róng)器使用(yòng)壽(shòu)命。根據(jù)櫃(guì)子尺(chǐ)寸及(jí)設備尺寸確(què)定電容配置方案(àn)為(wéi)每個(gè)櫃(guì)子安裝40Kvar*6路和(hé)30Kvar*2路(lù)。

4，ANSVC無(wú)功(gōng)補償裝(zhuāng)置

4.1 概(gài)述(shù)

    ANSVC無功(gōng)補(bǔ)償(cháng)裝(zhuāng)置(zhì)適用(yòng)於頻率50Hz電(diàn)壓(yā)0.4KV的(dí)係(xì)統(tǒng)中，ANSVC低壓(yā)無功功(gōng)率(shuài)補償裝(zhuāng)置並(bìng)聯(lián)在整個供電(diàn)係(xì)統中(zhōng)，能根據電網(wǎng)中(zhōng)負載功率因數的變化控(kòng)製(zhì)電力(lì)電容器投(tóu)切(qiē)進行補償。其原理(lǐ)為(wéi)：ANSVC低壓無(wú)功(gōng)功率補償裝置通過(guò)CT采集電(diàn)流(liú)，電(diàn)壓信(xìn)號，由(yóu)無功(gōng)補(bǔ)償(cháng)控製器計算(suàn)，計算出投(tóu)切(qiē)電容器的方案(àn)，通(tōng)過(guò)投切開關控製各(gè)組電(diàn)力(lì)電(diàn)容器(qì)投(tóu)切。

圖3  ANSVC無(wú)功(gōng)補(bǔ)償裝(zhuāng)置(zhì)

4.2 ANBSMJ自愈式並(bìng)聯(lián)電(diàn)容(róng)器(qì)

      ANCK係(xì)列(liè)串(chuàn)聯(lián)電抗器與ANBSMJ係列自(zì)愈(yù)式低(dī)壓並(bìng)聯(lián)電(diàn)容器(qì)配套使用，主要用於提高0.4KV電力(lì)係統的功(gōng)率因數，控製電(diàn)網的高(gāo)次(cì)諧波，減(jiǎn)輕電容(róng)器由(yóu)諧波(bō)引起的(dí)過載，防(fáng)止(zhǐ)諧(xié)波(bō)過(guò)大(dà)，對電容(róng)器(qì)的(dí)安(ān)全運行，改(gǎi)良網(wǎng)絡電壓波(bō)形，提(tí)高供電質(zhì)量和(hé)電網安全(quán)經濟(jì)運行(háng)起良好(hǎo)作用(yòng)，適用於3，5，7，9次(cì)諧波負載的無功(gōng)補(bǔ)償(cháng)。ANCK采用銅(tóng)或鋁(lǚ)繞(rào)組(zǔ)，電(diàn)抗分(fēn)為(wéi)共補電抗(kàng)（如(rú)圖(tú)7）和分補電抗(kàng)（圖8），共(gòng)補電抗器(qì)主要用於(yú)三(sān)相負載，分補(bǔ)電抗(kàng)器主要(yào)用於(yú)單(dān)相(xiāng)負載，電(diàn)抗率分(fēn)為7%或14%。ANBSMJ係列自愈(yù)式(shì)低(dī)壓並聯電(diàn)容器一般應用(yòng)於低(dī)壓(yā)交(jiāo)流電力(lì)係(xì)統中，對工頻低(dī)壓電(diàn)力(lì)係(xì)統設備的功率(shuài)因(yīn)數進(jìn)行校正，就地或者(zhě)集中補償(cháng)無(wú)功，電容器(qì)采用(yòng)自愈(yù)式(shì)並聯電容器，自愈式在(zài)擊穿(chuān)後(hòu)可以進行(háng)自我(wǒ)恢復(fù)，工作狀態(tài)下(xià)損耗小(xiǎo)，並聯(lián)式(shì)電(diàn)容器(qì)即(jí)使(shǐ)損(sǔn)壞也(yě)不(bù)會影響(xiǎng)電網(wǎng)的(dí)正(zhèng)常使用(yòng)。電(diàn)容器從外形上(shàng)分為圓(yuán)形（如圖4）和(hé)方形（如圖5），功能(néng)上分為共補電(diàn)容(róng)和(hé)分(fēn)補電(diàn)容（如圖(tú)6）。

圖4  圓(yuán)形(xíng)電(diàn)容

圖5  方(fāng)形電(diàn)容(róng)器

圖6  共補分補(bǔ)電容器(qì)上圖示例

4.3 ANCK串聯(lián)電(diàn)抗(kàng)器(qì)

圖8  分(fēn)補電抗

圖7  共補電抗(kàng)

4.4 AFK投切(qiē)開關(guān)

    AFK係列投(tóu)切開(kāi)關(guān)是低壓無功補償裝(zhuāng)置中(zhōng)，用於投(tóu)切電容(róng)器的產(chǎn)品(pǐn)。其基本(běn)工(gōng)作原(yuán)理是(shì)在(zài)控(kòng)製(zhì)器發出投入(rù)或(huò)切(qiē)除指(zhǐ)令後，投切(qiē)開關閉合(hé)或斷(duàn)開(kāi)，將(jiāng)無功補(bǔ)償支(zhī)路(lù)與係統連接或中(zhōng)斷，實(shí)現過(guò)零投(tóu)切(qiē)，投(tóu)切(qiē)過程(chéng)無過(guò)壓(yā)，電(diàn)弧等(děng)現象，響應(yīng)時(shí)間快，可頻繁投(tóu)切(qiē)。投(tóu)切開(kāi)關分為(wéi)復合開關(guān)（如(rú)圖9）和晶閘(zhá)管(guǎn)開關(guān)（如(rú)圖10）。

圖(tú)9  復(fù)合開關圖

圖10  晶(jīng)閘管(guǎn)開關

4.5 ARC控(kòng)製器

ARC功率因數補償(cháng)控製(zhì)器(qì)采用高(gāo)性(xìng)能(néng)MCU為(wéi)核心，配(pèi)以高(gāo)精度的(dí)電(diàn)量(liáng)專(zhuān)用芯(xīn)片(piàn)，是(shì)以功率因數(shù)為(wéi)取樣物理(lǐ)量(liáng)的補(bǔ)償器(qì)，改控(kòng)製器(qì)能可(kě)靠地運行(háng)在(zài)大諧波，非正(zhèng)弦電流，強幹擾等(děng)任何惡(è)劣(liè)電網環(huán)境下(xià)。自(zì)適應功(gōng)能保(bǎo)證(zhèng)了(liǎo)電力電容(róng)的使(shǐ)用安(ān)全(quán)，實現(xiàn)了(liǎo)電容補償櫃(guì)的自(zì)動(dòng)穩定(dìng)投切，合(hé)理改(gǎi)良(liáng)電(diàn)網(wǎng)的功(gōng)率因數，是低(dī)壓配電係(xì)統補償(cháng)無功功率(shuài)的較(jiào)理(lǐ)想控製(zhì)器。

產(chǎn)品的(dí)主(zhǔ)要特(tè)點：缺相(xiāng)保護(hù)，過溫(wēn)保(bǎo)護(hù)，過(guò)壓(yā)欠壓(yā)保護，電壓電流諧(xié)波保(bǎo)護，多(duō)種(zhǒng)編碼投切，補償方式多(duō)樣化。

     ARC控製器(qì)外形尺(chǐ)寸(cùn)（mm）：144*144，開(kāi)孔(kǒng)尺寸(cùn)（mm）：138*138

圖(tú)11  控(kòng)製器外形

圖(tú)12控(kòng)製(zhì)器(qì)尺寸

4.6 技術參數(shù)

4.7 接(jiē)綫方式(shì)

5 結(jié)語

ANSVC無功(gōng)補償(cháng)裝置(zhì)可(kě)滿足該(gāi)環保能(néng)源項目中無(wú)功(gōng)補(bǔ)償的(dí)需求，提高(gāo)電(diàn)能(néng)質(zhì)量，可以降(jiàng)低(dī)電(diàn)網(wǎng)損耗(hào)和用電(diàn)成(chéng)本(běn)，能保障(zhàng)電(diàn)力(lì)係統(tǒng)的安全用電，連續供(gōng)電和經(jīng)濟(jì)運行(háng)。ANSVC無功補(bǔ)償裝置在運(yùn)行中(zhōng)安(ān)全(quán)可(kě)靠，保(bǎo)護功(gōng)能(néng)齊全(quán)，通過RS485與後台配(pèi)合(hé)使用(yòng)，能(néng)夠更加(jiā)方便(biàn)快(kuài)捷地檢測電(diàn)網係(xì)統，減(jiǎn)少人力(lì)資(zī)源的(dí)投(tóu)入。

6 參(cān)考(kǎo)文獻(xiàn)

[1]企業微電(diàn)網(wǎng)設(shè)計與(yǔ)應(yīng)用(yòng)手冊(cè).2020.6

[2]李(lǐ)林(lín)川(chuān)，電力係統基礎 [M]．北(běi)京(jīng)：科學(xué)出(chū)版社(shè)，2009.

[3]李(lǐ)燕(yàn)，賈(gǔ)新(xīn)立，江洪(hóng)，等(děng)，無(wú)功補(bǔ)償在配電(diàn)網(wǎng)中(zhōng)應用的試驗與分(fēn)析[J].電(diàn)力電(diàn)容器(qì)與無(wú)功(gōng)補(bǔ)償(cháng)，2012，33（6）；53-58.