隨著國家十二五規劃的確立,節能減排將會做為一個長期項目來做。無功補償在電力節能中將承擔非常重要的角色。無功功率補償,簡稱無功補償,在電子供電系統中起提高電網的功率因數的作用,降低供電變壓器及輸送線路的損耗,提高供電效率,改善供電環境。
一般在系統中所說的無功負載大部是感性無功負載,把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷并聯接在同一電路,當感性無功負載吸收能量時,容性負載釋放能量,而感性負載釋放能量時,容性負荷卻在吸收能量,能量在容性負載和感性負載之間交換,這樣容性負載所吸收的無功功率可以從容性負荷裝置輸出的無功功率中得到補償,無功功率就地平衡掉,以降低線路損失,提高帶載能力,降低電壓損失及緩解發電廠的供電壓力,這就是無功補償的基本原理。
功率因數分類:
1)瞬時功率因數
瞬時功率因數是指在某一瞬間由功率因數表讀出的功率因數。瞬時功率因數是隨著用電設備的類型、負荷的大小和電壓的高低而時刻在變化。
2)加權平均功率因數
加權平均功率因數是指在一定時間段內功率因數的平均值。
3)自然功率因數
自然功率因數是指用電設備沒有安裝無功補償設備時的功率因數,或者說用電設備本身所具有的功率因數。自然功率因數的高低主要取決于用電設備的負荷性質,電阻性負荷(白熾燈、電阻爐)的功率因數較高,等于1,而電感性負荷(電動機、電焊機)的功率因數比較低,都小于1。
按投切方式劃分無功補償分類
1. 延時投切方式
延時投切方式即俗稱的"靜態"補償方式。延時投切的目的在于防止過于頻繁的動作使電容器造成損壞,更重要的是防備電容不停的投切導致供電系統振蕩,這是很危險的。
延時投切方式用于控制電容器投切的器件可以是投切電容器專用接觸器、復合開關或者同步開關。
投切電容器專用接觸器有一組輔助接點串聯電阻后與主接點并聯。在投入過程中輔助接點先閉合,與輔助接點串聯的電阻使電容器預充電,然后主接點再閉合,于是就限制了電容器投入時的涌流。
復合開關就是將晶閘管與繼電器接點并聯使用,由晶閘管實現電壓過零投入與電流過零切除,由繼電器接點來通過連續電流,這樣就避免了晶閘管的導通損耗問題,也避免了電容器投入時的涌流。但是復合開關既使用晶閘管又使用繼電器,于是結構就變得比較復雜,成本也比較高,并且由于晶閘管對過流、過壓及對dv/dt的敏感性也比較容易損壞。在實際應用中,復合開關故障多半是由晶閘管損壞所引起的
同步開關是近年來最新發展的技術,顧名思義,就是使機械開關的接點準確地在需要的時刻閉合或斷開。對于控制電容器的同步開關,就是要在接點兩端電壓為零的時刻閉合,從而實現電容器的無涌流投入,在電流為零的時刻斷開,從而實現開關接點的無電弧分斷。由于同步開關省略了晶閘管,因此不僅成本降低,而且可靠性提高。同步開關是傳統機械開關與現代電子技術完美結合的產物,使機械開關在具有獨特技術性能的同時,其高可靠性以及低損耗的特點得以充分顯示出來。 當電網的負荷呈感性時,如電動機、電焊機等負載,這時電網的電流滯帶后電壓一個角度,當負荷呈容性時,如過補償狀態,這時電網的電流超前于電壓的一個角度,功率因數超前或滯后是指電流與電壓的相位關系。通過補償裝置的控制器檢測供電系統的物理量,來決定電容器的投切,這個物理量可以是功率因數或無功電流或無功功率。
無功補償的投切器件
1.1,晶閘管控制投入型補償裝置。這類補償裝置就是SVC分類中的TSC子類。由于晶閘管很容易受涌流的沖擊而損壞,因此晶閘管必須過零觸發,就是當晶閘管兩端電壓為零的瞬間發出觸發信號。過零觸發技術可以實現無涌流投入電容器,另外由于晶閘管的觸發次數沒有限制,可以實現準動態補償(響應時間在毫秒級),因此適用于電容器的頻繁投切,非常適用于頻繁變化的負荷情況。晶閘管導通電壓降約為1V左右,損耗很大(以額定容量100Kvar的補償裝置為例,每相額定電流約為145A,則晶閘管額定導通損耗為145×1×3=435W),必須使用大面積的散熱片并使用通風扇。晶閘管對電壓變化率(dv/dt)非常敏感,遇到操作過電壓及雷擊等電壓突變的情況很容易誤導通而被涌流損壞,即使安裝避雷器也無濟于事,因為避雷器只能限制電壓的峰值,并不能降低電壓變化率。 此類補償裝置結構復雜,價格高,可靠性差,損耗大,除了負荷頻繁變化的場合,在其余場合幾乎沒有使用價值。
1.2,交流接觸器控制投入型補償裝置。由于電容器是電壓不能瞬變的器件,因此電容器投入時會形成很大的涌流,涌流最大時可能超過100倍電容器額定電流。涌流會對電網產生不利的干擾,也會降低電容器的使用壽命。為了降低涌流,現在大部分補償裝置使用電容器投切專用接觸器,這種接觸器有1組串聯限流電阻與主觸頭并聯的輔助觸頭,在接觸器吸合的過程中,輔助觸頭首先接通,使電容器通過限流電阻接入電路進行預充電,然后主觸頭接通將電容器正常接入電路,通過這種方式可以將涌流限制在電容器額定電流的20倍以下。
此類補償裝置價格低廉,可靠性較高,應用最為普遍。由于交流接觸器的觸頭壽命有限,不適合頻繁投切,因此這類補償裝置不適用頻繁變化的負荷情況。
1.3,同步開關投入型補償裝置。同步開關技術是近年來最新發展的技術,顧名思義,就是使機械開關的接點準確地在需要的時刻閉合或斷開。對于控制電容器的同步開關,就是要在開關接點兩端電壓為零的時刻閉合,從而實現電容器的無涌流投入,在電流為零的時刻斷開,從而實現開關接點的無電弧分斷。 同步開關技術中拒絕使用可控硅,因此仍然不適用于頻繁投切。可以預見:使用磁保持繼電器的同步開關必將替代復合開關和交流接觸器。
1.4,復合開關控制投入型補償裝置。復合開關技術就是將晶閘管與繼電器接點并聯使用,由晶閘管實現電壓過零投入與電流過零切除,由繼電器接點來通過連續電流,這樣就避免了晶閘管的導通損耗問題,也避免了電容器投入時的涌流。但是復合開關技術既使用晶閘管又使用繼電器,于是結構就變得相當復雜,并且由于晶閘管對dv/dt的敏感性也比較容易損壞。
2. 瞬時投切方式
瞬時投切方式即人們熟稱的"動態"補償方式,應該說它是半導體電力器件與數字技術綜合的技術結晶,實際就是一套快速隨動系統,控制器一般能在半個周波至1個周波內完成采樣、計算,在2個周期到來時,控制器已經發出控制信號了。通過脈沖信號使晶閘管導通,投切電容器組大約20-30毫秒內就完成一個全部動作,這種控制方式是機械動作的接觸器類無法實現的。動態補償方式作為新一代的補償裝置有著廣泛的應用前景?,F在很多開關行業廠都試圖生產、制造這類裝置且有的生產廠已經生產出很不錯的裝置。當然與國外同類產品相比從性能上、元器件的質量、產品結構上還有一定的差距。