零過渡過程動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置研究應(yīng)用

一、零過渡過程動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償研究背景

目前，電力網(wǎng)中無功補(bǔ)償技術(shù)可以采用并聯(lián)電容器裝置、靜止無功補(bǔ)償裝置、同期調(diào)相機(jī)等設(shè)備，另外還可以采用同步電動(dòng)機(jī)相運(yùn)行和異步電動(dòng)機(jī)同步化運(yùn)行等無功補(bǔ)償方式。我國電力電容器行業(yè)引進(jìn)了先進(jìn)國家的高壓全膜電容器和低壓自愈式電容器的制造技術(shù)，經(jīng)過消化、吸收、國產(chǎn)化，已形成穩(wěn)定的生產(chǎn)能力。目前國內(nèi)裝置的成套技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)水平較低，還不能適應(yīng)我國電網(wǎng)的實(shí)際情況，致使電網(wǎng)既缺無功但并聯(lián)電容器又投不上，無功補(bǔ)償裝置浪費(fèi)嚴(yán)重。在嚴(yán)重沖擊負(fù)荷和諧波惡劣環(huán)境下，補(bǔ)償裝置能改善電壓質(zhì)量，長期、穩(wěn)定運(yùn)行；提高無功補(bǔ)償效率，防止欠補(bǔ)償和過補(bǔ)償造成的無功功率大量缺額和向電網(wǎng)倒送。

二、零過渡過程動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)內(nèi)容

研究采用零過渡過程檢測和觸發(fā)技術(shù)，以大功率電力電子器件以及二控三主電路結(jié)構(gòu)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，單片機(jī)系統(tǒng)為控制單元，通過檢測系統(tǒng)電物理量和零過渡過程條件，自動(dòng)跟蹤和分析電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)電網(wǎng)的無功功率變化確定投切電容器組的組數(shù)，根據(jù)電磁能量守恒原理，選擇在系統(tǒng)零過渡過程時(shí)刻投切電容器組，使動(dòng)態(tài)電流和電壓的非周期衰減分量接近零，從而實(shí)現(xiàn)零過渡過程動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償。既具有提高電壓質(zhì)量、避免投切沖擊電網(wǎng)的技術(shù)效果，又具有高效降損節(jié)能，提高輸變電設(shè)備出力的經(jīng)濟(jì)效益。

采用晶閘管為控制元件，以晶閘管控制電力電容器的投切功能，控制方面以32位微處理器為核心，采用國家發(fā)明專利：零過渡過程投切控制原理，保證了電容器的投入和切除時(shí)不產(chǎn)生過電壓及過電流。具體方案如下所示：

（一）系統(tǒng)硬件原理

該系統(tǒng)控制方式采用二控三方式，投切方式采用編碼投切，可根據(jù)容量的不同分為7級。

（二）系統(tǒng)采用戶外型的安裝方式

（三）技術(shù)指標(biāo)

1.電容接線方式：▽型 、Y型 、Y/▽結(jié)合型；2.投切級數(shù)： 2 ～ 7級；3.取樣方式：無功功率/無功電流；4.補(bǔ)償方式：可控硅零壓差投切電容無功自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償，采用零過渡過程投切控制專利新技術(shù)，無浪涌電流產(chǎn)生；5.保護(hù)功能：缺相、短路、過電壓、欠壓、過流、過熱、避雷措施等；6.響應(yīng)時(shí)間：0.02S；7.自動(dòng)運(yùn)行方式：停電退出，送電后自動(dòng)恢復(fù)；8.工作電壓允許偏移：–20% ～ +20%（出廠過電壓整定值400V）；9.運(yùn)行噪音：小于45dB；10.絕緣電阻：≥4MΩ；11.介電強(qiáng)度：主回路相間及相對地2.5千伏，歷時(shí)1分鐘；輔助回路對地2.0千伏，歷時(shí)1分鐘；12.防護(hù)等級：IP33；13.整機(jī)運(yùn)行環(huán)境：海拔高度≤2000m；環(huán)境溫度 -40℃～+55℃

（四）性能特點(diǎn)

GX-LDB2通過電壓、電流采樣、自動(dòng)實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償；對有在線監(jiān)控功能（TTU）的產(chǎn)品提供RS-232/RS-485通道接口或無線接口，可通過與控制網(wǎng)絡(luò)相連，具有控制、保護(hù)、顯示、遙測、通訊等功能。該裝置實(shí)時(shí)跟蹤低壓電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)際情況，自動(dòng)選擇最佳模式進(jìn)行編碼投切補(bǔ)償，使電網(wǎng)功率因素保持為最佳狀態(tài)。具有完美的越限報(bào)警和過壓、欠壓、缺相、諧波數(shù)據(jù)?？蓭в兄C波分析，測量總的失真（THD）以及1-31次諧波電流，為用戶提供諧波數(shù)據(jù)?？商峁┚C合配電監(jiān)測功能。補(bǔ)償設(shè)備選用自愈式金屬膜電容器，可采用三相共補(bǔ)，分相補(bǔ)償或三相共補(bǔ)加分相補(bǔ)償方式，具有補(bǔ)償精度高，補(bǔ)償效果好等優(yōu)點(diǎn)。補(bǔ)償裝置柜體選用不銹鋼材料，表面經(jīng)噴涂處理能防蝕、防腐：內(nèi)裝自動(dòng)溫控系統(tǒng)，散熱性能好，確保裝置長期正常工作。GX-LDB2智能型低壓元功補(bǔ)償裝置，具有技術(shù)先進(jìn)、功能完善、實(shí)用性強(qiáng)、可靠性高，安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。裝置容量具有10kvar-90kvar等數(shù)種規(guī)格，可根據(jù)用戶實(shí)際需求安裝調(diào)整。

（五）系統(tǒng)測試

測試對象： GX-LDB2-90/0.4WK；測試條件： 設(shè)備照常運(yùn)行；檢測儀器： 日置（HIOKI）3196電能質(zhì)量分析儀；變壓器參數(shù)（銘牌）：315KVA。

1.—電壓波動(dòng)變化2.—電流波動(dòng)變化：設(shè)備正常運(yùn)行階段3.—功率因數(shù)波動(dòng)曲線

（六）測試結(jié)果

無功補(bǔ)償裝置正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)功率因數(shù)保持在0.95以上。從測試數(shù)據(jù)來看，GX-LDB2系列無功補(bǔ)償裝置較好的實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償，達(dá)到了節(jié)電效果。

（七）經(jīng)濟(jì)效益分析

改善電壓質(zhì)量、提高設(shè)備出力

電動(dòng)機(jī)負(fù)荷的力矩正比于電壓的平方。

典型數(shù)據(jù)：補(bǔ)償前電壓為：V=0.03V，V=0.97VN，補(bǔ)償后的電壓為V+V=VN（額定電壓）。

即：M=V（2V+V）=0.03×（2×0.97+0.03）VN=0.0519VN2。

即：若無功補(bǔ)償將電壓提高3%，則設(shè)備的出力將增加5.19%。

改善功率因數(shù)，提高設(shè)備出力

改造后功率因數(shù)最大可以提高：0.95-0.75=0.20提高系統(tǒng)有功出力20%。

三、結(jié)束語

通過采用零過渡過程動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償，從根本上解決傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償方法安全性、實(shí)時(shí)性差，使用壽命短，補(bǔ)償效果不好，直接影響電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的問題。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新：最大過電壓從300%降至5%以下（正常工作電壓范圍）；最大過電流倍數(shù)從大于1000%降至10%以下（正常工作電流壓范圍） ；電容器組投切間隔從180秒降至0.02秒。

研究使功率因數(shù)可以達(dá)到0.98以上，大幅度減少線損及銅鐵損，節(jié)約10-30%的電能；由于解決了過電流、過電壓的問題，本設(shè)備壽命可以延長3-5倍，用電設(shè)備壽命也可以相應(yīng)延長；可以增加變壓器出力30%以上，可以減少無功電流對電纜有效截面積的占用，從而減少變壓器增容及更換電纜的投資；可以有效提高電網(wǎng)的末端電壓，提高用電設(shè)備的生產(chǎn)效率。