全电容补偿

全电容补偿（精选七篇）

全电容补偿 篇1

三相不平衡作为电能质量的重要指标之一, 其影响因素很多, 常规的不平衡情况通常是由于三相云件、线路参数或负荷不对称造成的。由于三相负荷容易导致供电点三相电压与电流出现不平衡, 损耗线路, 危害电动机的正常运行, 因此, 必须针对三相不平衡问题及时采取措施, 调整电力系统的安全运行。

2 配电网三相不平衡概述

就理论上来说, 多相系统一般可以分为对称和不对称两类。电网中的三相平衡, 则主要指的是三相的电压相量的大小相等, 而且如果按照A、B、C的顺序进行排列, 两两之间构成的角度都为2π/3而三相不平衡就是指相量大小、角度的不一致。

根据对某电业局城区供电所的623台配电变压器监测仪采集的数据显示, 具体的三相不平衡度分布情况如表1所示, 据统计有近63, 83%的公用配电变压器不平衡度超过了20%。这不仅造成低压配电网功率因数低下, 而且带来了损耗的增大。

2.1 配电网三相不平衡的原因

(1) 三相负荷分配不合理。有些装表接电工作人员缺乏专业三相负荷平衡知识, 在接电时为重视控制三相负荷平衡, 只是盲目和随意的进行电路的接电荷装表, 造成了三相负荷的不平衡。此外, 我国的大多数电路都是动力和照明混为一体, 在使用单相用电设备时, 会降低用电效率, 进一步加剧了配电变压器三相负荷不平衡。

(2) 用电负荷的变化, 导致用电负荷不稳定, 其原因包括拆迁、移表或者用电用户的增加;临时用电和季节性用电的不稳定性, 在总量上、时间上均存在不确定、不集中性, 导致用电负荷也不得不随实际情况而改变。

(3) 忽略了配变负荷的监视, 对于三相负荷分配缺少必要的管理措施和检测工作, 配电变压器三相负荷也没有进行定期的检测和调整。线路故障也会导致三相负荷矩不相等问题。

2.2 配电网三相不平衡影响分析

2.2.1 配电网经济运行影响

网损最小是电网经济运行控制的重要指标。对十平衡电源及平衡网络结构的供电系统, 若三相负荷不平衡, 那么电网中三相电流也是不平衡的, 且不平衡度越大损耗越大。在基波负荷大小相同的情况下, 分析平衡负荷与不平衡负荷对网损的影响。三相不平衡时, 网损不仅有正序损耗, 负序、零序电流也会在各自的网络中产生损耗。

由三相负荷不平衡导致的网损是比较大的, 往往是三相负荷平衡时一的数倍关系, 且三相不平衡度越大损耗越大。若配网长期处十三相不平衡运行状态, 将极大地影响配电网的经济运行。

2.2.2 对配电网安全运行的影响

三相不平衡对配电网安全运行的影响主要体现在因中性点电压漂移引起的三相电压不平衡 (见图1) 。当配电网三相负载不对称运行时, 由十三相负荷电流的不对称, 导致中性线出现零序电流。零序电流产生的零序磁通叠加在变压器二次侧主磁通上, 感应出零序电动势, 造成变压器中性点电压飘移, 负荷重的相电压会降低, 而负荷轻的相电压将上升, 最终导致三相电压不平衡。

若在三相电压不平衡状况下供电, 将对配电网和用户安全运行造成一系列的危害, 如引起旋转电机的附加发热和振动, 并影响其有功出力, 使其效率降低;引起变压器温度升高、出力降低;引起以负序分量和零序分量为启动量的继电保护或自动装置发生误动作;对通信系统产生干扰, 影响正常通信质量等, 这些都将给配电网的安全稳定运行带来负面影响。

3 改进配电网三相不平衡的措施

3.1 重视三相负荷合理分配

对于三相负荷的分配, 电力工作人员应当在实际的工作中将相关的数据进行认真的采集和记录, 达到能够在一定程度上预测用电负荷的状态。以通过装设平衡装置的方式, 来达到更好三相平衡的分配;采用低压三相四线制的地区, 以增设调整不平衡电流无功补偿装置, 来解决电网中的不平衡电流现象, 此类装置不仅可以补偿系统无功, 而且也可以调整不平衡有功电流。根据实际隋况中负荷矩的不同情况, 调整接线方式对于合理分配三相负荷也存在一定影响。

3.2 治理三相负荷不平衡电流的方法

根据不平衡电流电纳的补偿原理, 在任何一个可以确定的时刻, 主要出现了三相不接地的不平衡负载, 则其中任何一个相负载都可以同一个电阻和电容形成并联的形式。因此, 在不平衡电流治理电纳补偿理论的指导下, 可以将不同性质符合的等效进行分析, 确定相间和相对地的无功补偿量。

配电变压器不平衡电流的补偿应该满足以下原则: (1) 需要注意到电流的治理应当有两个内容, 一个是补偿功率因数, 一个是调节三相电流不平衡, 这两者共同确定了补偿所需要的无功功率; (2) 在实际的工程施工时, 应当采用个容性的治理方式, 与电感补偿相区分, 避免出现严重过补偿的情况; (3) 是需要考虑到负荷是会随着时间的变化而变化的, 基于这种特性, 补偿量也应该根据负荷的变化进行适当的调整; (4) 表现在装置开关和补偿设备的投切次数的限制, 要在设计时将个天的优化方案进行策略的管理。

3.3 增设对三相负荷的检测调整

在对三相符合的合理分配以及控制后, 相关部门应当开设检测工作。电力的平衡不能是绝对的, 只能是尽力做到相对的平衡, 在实际的检测工作中, 各部门应当以国家和相关部门制定的平衡度的衡量指标作为一个标准, 将检测的结果进行专业的记录和分析, 对各相的负荷电流进行定期的检测, 以便于及时发现一此三相的不平衡状况当在检测过程中发现有安个隐患的部位, 要及时的进行调整和修改。对于检测过程中未发现问题的部位, 也应当提高警惕。在检测结束以后, 不仅需要进行数据的整理和分析, 还要进行及时的反馈这里的反馈主要是指根据检测结果推断出的三相需要进行的调整, 以及对于新技术在三相中运用的叮能性预测。通过合理的检测和对检测结果的深入分析, 我们叮以在最大程度上避免不平衡现象的出现, 减少用电事故的出现。

4 配电网三相不平衡的全电容补偿

4.1 全电容补偿

在知道系统处于有功负荷或无功负荷的情况下, 可确定补偿模型参数, 而在实际的工作中, 如果安装了大量的电感, 将会给工作带来许多麻烦, 且电感本身自重大、成本较高、损耗也较大。因此, 考虑到实际负荷大部分属于感性负荷, 可以假设, 如果可以将感性负荷用于补偿所需要的感性功率, 则可以不必安装电感。因此, 在此提出了三相不平衡补偿的全电容补偿方法, 该方法能够仅用电容而不采用电感补偿。

4.2 公式的推导

假设配电负荷三相的有功负荷、无功负荷, 分别是Ga、Gb、Gc和-j Ba、-j Bb、-j Bc, 由于Δ接线形式的负荷, 与Y接线形式的负荷彼此之间能够相互转化, 因而可认为配电的有功负荷、无功负荷均由Δ接线与Y接线两种形式组成, 但各自的实际比例不确定, 如图2所示。

现假定Δ接线部分为对称负荷, 其有功负荷、无功负荷为:

根据以上公式, 由于低压配电负荷通常为感性负荷, 所以无功负荷为负值。从而可知, Y接线部分的有功功率为:

无功功率为:

通过以上公式计算, 可获得Y接线部分负荷的Δ联结补偿模型。由于Δ接线部分是对称负荷, 因此, 其补偿仅需要在负载旁并联一个能够与其导纳相等、符号相反的电抗元件, 所需补偿是j Bx。将Y接线部分负荷的Δ联结补偿模型, 与Y联结补偿模型、Δ接线部分负荷的Δ联结补偿模型叠加起来, 从而得到最终的补偿模型:

Δ联结补偿模型为:

Y联结补偿模型为:

有公式可知, Δ接线部分有功负荷Gx, 对最终补偿模型并没有什么影响, 模型中仅包含了不确定参数Bx。可通过调节B取值, 使补偿效果和电容配置上达到最优。当Bx的取值使B Aab、BAbc、BAca、BaY、BbY、BcY均不小于零, 则能够实现全电容补偿。

如果Bx所取值能够使Y联结补偿模型中的BY偏小, 则补偿所需总电容也偏小;而Bx取值使Y联结补偿模型BY值为零, 则补偿参数变为5, 将更容易实现对补偿的控制。因此, 取Bx为BYa1、BYb1、BYc1中最小值计算如下:

Ba、Bb、Bc、Bx、Ga、Gb、Gc虽然是系统参数, 能够直接测量获得, 经计算得出, 简化之后计算如下。假设补偿前的三相电压分别是:Ua、Ub、Uc, 电流分别是:Ia、Ib、Ic;三相功率的因数分别是:cosθa、cosθb、cosθc。由于低压配电负荷是感性负荷, 则-j BФUФ=j IФsinθФ, 即:-BФ=IФ/UФsinθФ, -BФUФ2=UФIФsinθФ=-QФ。而对于补偿参数可知, j BU=j Isinθ, BU2=UIsinθ=-Q。因此, 当Q<0, 所需的补偿为容性功率, 即电容;当QФ>0时, 所需补偿为感性功率, 即电感。将上述参数代入公式, 加上U2a=U2b=U2c=U2, 从而得到:

以上公式为基于有功功率、无功功率表示的功率补偿模型。Qx取值可使QaY、QbY、QcY中一项为0, 补偿电容的控制量变为5个, 达到简化补偿电路设计、减少电容使用数量的目的。

5 结束语

从以上的配电网三相不平衡的全电容补偿实际效果可以发现, 该补偿方法的应用, 能够有效地完成对于三相不平衡度的调节以及无功的补偿, 且只有5个补偿参数。由于实验结果与理论相符合, 从而证明了理论推导的正确性和全电容补偿方法的可行性。

参考文献

[1]傅军栋, 喻勇, 刘晶.低压配电网三相不平衡节能算法研究[J].华东交通大学学报, 2014 (3) :110~114.

[2]孟晓丽, 唐巍, 刘永梅, 等.大规模复杂配电网三相不平衡潮流并行计算方法[J].电力系统保护与控制, 2015 (13) :45~51.

浅析电网无功电容补偿 篇2

关键词：电网,电压,无功电容补偿

1 无功补偿电容补偿的物理意义及影响功率因数的原因

1.1 无功补偿电容补偿的物理意义

1.1.1 电容性交流中的能量交换

当电容元件上电压增高的时候, 电厂的能量增大, 在这个过程中电容元件从电源取用能量;当电压变低的时候, 电厂能量也减小, 就是电容元件想电源放还能量。

1.1.2 电感性交流电路中的能量交换

当电感元件中电流增大的时候, 磁场的能量也相应增大, 在这个过程当中电能转换为磁能, 即电感原件从电源取用能量;同样当电流变小的时候, 磁场的能量也减小了, 磁能转换为电能, 即电感原件放还能量。

综上所述, 随着正弦电流周期性的变化, 在电源与电容元件、电感原件之间都进行着能量交换, 着就说明将电动机、变压器或电容期间接到交流电源的时候, 除了电源向负载提供有功功率以外, 同时电源还和负载间交换一部分功率, 通称为无功功率。电容电路和电感电路都在和电源进行着能量的交换, 只是时间上差半个周期, 即当电感电路从电源吸取能量的半个周期, 正好为电容电路放电的半个周期, 另外半个周期就是当电感元件向电源送还能量的时候, 电容元件正好是充电过程。利用上述原理, 将电感与电容进行并联, 电源就可以用电容元件却带, 和电感元件进行一部分无功功率的交换, 这就实现了对无功功率的补偿。

1.2 影响功率因数的原因

目前, 无功率的主要消耗者是殿网络中所使用的大量电感性设备, 例如感应电炉、异步电动机等, 据有关的统计, 在工况企业所消耗的全部无功功率中, 异步电动机的无功消耗占了60%-70%。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动及的空载运行, 同时还要尽可能的提高负载率。

变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10%-15%, 它的空载无功功率约为满载时的1/3, 所以, 为了改善企业和电力系统的功率因素, 变压器不应该长时间处于低负载运行或者空载运行的状态。

当供电电压高于额定值的10%时, 因为受磁路饱和的影响, 无功功率会增长的很快, 具有关资统计, 当供电电压为额定值的110%时, 一般无功会增加到35%左右。因此, 应该采取相应的措施让电力系统的供电电压尽量保持稳定。

2 无功电容补偿的方法及电容的投切方式

2.1 无功电容补偿的方法

无功补偿一般采用的方法有:高压集中补偿、低压集中补偿、低压个别补偿。

2.1.1 高压集中补偿

高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的6-10k V高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端, 用户本身又有一定的高压负荷时, 可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用;补偿装置根据负荷的大小自动投切, 从而合理地提高了用户的功率因数, 避免功率因数降低导致电费的增加。同时便于运行维护, 补偿效益高。

2.1.2 低压个别补偿

低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接, 它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行 (如大中型异步电动机) 的无功消耗, 以补励磁无功为主。低压个别补偿的优点是:用电设备运行时, 无功补偿投入, 用电设备停运时, 补偿设备也退出, 因此不会造成无功倒送。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。

2.1.3 低压集中补偿

低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧, 以无功补偿投切装置作为控制保护装置, 根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。电容器的投切是整组进行, 做不到平滑的调节。

2.2 电容的投切方式

2.2.1 混合投切

实际上就是动态和静态补偿的混合, 一部分电容器组使用接触器投切, 而另一部分电容器组使用电力半导体器件, 这种方法在一定程度上可做到优势互补。

2.2.2 瞬时投切

瞬时投切方式又叫“动态”补偿方式, 一般情况下控制器能在半个周波至1个周波之内完成计算和采样, 在第二个周波到来的时候, 控制器一发出控制信号了。通过脉冲信号使晶闸管导通, 投切电容器组, 大约20-30毫秒内就完成一个全部动作。

2.2.3 延时投切

延时投切方式又称为“静态”补偿方式。这种投切方式使用专门的接触器进行电容器组投切, 防止接触器过于频繁动作时对电容器造成损坏, 更重要的是防备电容器短时间内重合闸产生的涌流烧坏设备或导致供电系统振荡。

3 无功电容补偿应注意的主要问题

随着无功补偿技术的不断发展, 无功补偿技术在配电系统中开始普及, 从静态补偿到动态补偿, 从有触点补偿到无触点补偿, 这些都己取得丰富的运行经验。但在实践过程中也暴露了一些问题, 必须引起重视。

虽然电容器具备一定的抗谐波能力, 但谐波含量过大时电容器容抗降低、电流增加会对电容器的寿命产生影响, 甚至造成电容器的过早损坏, 并且由于电容器对谐波有放人作用, 使得系统的谐波干扰更严重, 因而在有较大谐波干扰、需考虑补偿无功的地方, 同时也应考虑添加滤波装置, 进行谐波治理。

采用固定电容器补偿方式的用户, 在负荷低谷时, 也可能造成无功倒送。因此应充分考虑这一点, 设定自动控制电路, 当出现无功倒送时, 及时切断补偿电容。

有些无功补偿装置是功率因数型的, 仅以功率因数作为依据投切电力电容, 负荷高时会欠补偿, 负荷低时又容易过补偿, 在轻载时会出现电容反复投切致使设备寿命缩短。

有些无功补偿设备是依据电压来确定无功投切量的, 这有助于保证用户的电能质量, 但对电力系统而言却并不可取。因为虽然线路电压的波动主要由无功量变化引起, 但线路的电压水平是由系统情况而决定的, 当线路电压基准偏高或偏低时, 无功的投切量可能与实际需求相去甚远, 就会出现无功过补或欠补。

4 结语

本文首先对无功补偿电容补偿的物理意义进行了介绍, 在理论的基础上对影响功率因数的原因进行了分析, 然后介绍了无功电容补偿的方法及电容的投切方式, 无功补偿一般采用的方法有:高压集中补偿、低压集中补偿、低压个别补偿。电容的投切方式主要有:混合投切、瞬时投切、延时投切。文章的最后对无功电容补偿应注意的主要问题进行了分析研究, 对于目前存在的问题, 应在实际作业中引起重视。

参考文献

[1]李智, 杨洪耕.考虑边界母线电压无功特性的地区电网无功优化[J].电网技术.2012 (09) .[1]李智, 杨洪耕.考虑边界母线电压无功特性的地区电网无功优化[J].电网技术.2012 (09) .

[2]周立.电网经济运行降损节能研究[J].科技风.2012 (09) .[2]周立.电网经济运行降损节能研究[J].科技风.2012 (09) .

[3]王豪杰.龙子湖泵站无功补偿容量与分组的设计[J].科技风.2012 (09) .[3]王豪杰.龙子湖泵站无功补偿容量与分组的设计[J].科技风.2012 (09) .

[4]杨凤英.浅析配电线路柱上补偿电容现存问题的分析与对策[J].科技风.2012 (10) .[4]杨凤英.浅析配电线路柱上补偿电容现存问题的分析与对策[J].科技风.2012 (10) .

泸湾江电容补偿整改方案 篇3

1 引言

泸湾江一级取水泵房4、5号机组运行的电机额定自然功率因数只有0.82, 这说明4、5号机组运行的有功功率过高了, 为解决这一问题, 必须对机组无功补偿进行调整。

2 无功补偿方式和功率因数的改善

由于电机的自然功率因数与电路负荷性质有关, 由设备负荷的性质决定, 不可改, 所以企业一般使用安装人工补偿装置来提高功率因数。移相电容补偿方式有:个别、分组和集中。泸湾江取水泵房就是采用个别补偿的方式。

2.1 补偿时出现震荡及自励磁现象分析

采用个别补偿时, 移相电容与电机一起并联在母线上, 切断电源后, 电机转速不能马上降为零。另外, 拉闸后, 如果立即合闸, 线路电压和自励磁产生的电压在相位上会有一个差角, 此外, 自励磁还有可能使电机产生瞬时扭矩, 瞬时扭矩与电机转动方向相反, 所以容易造成电机转轴和靠背轮的损坏。

2.2 避免出现震荡及自励磁现象产生的措施

(1) 出现自励磁现象原因是由于补偿的电容容量过大, 因此必须采用合适的电容容量进行补偿。

(2) 由于电容放电需要一个过程, 所以机组不能加入自动重合闸装置, 也不能在跳闸后马上合闸。

3 无功补偿的实施方案

3.1 电机补偿容量的计算

设P1、P2为补偿前后的有功, P3为损耗值, 则有P3=P1-P2

由于设备不变, 则P, U, R都不变, 电机的自然功率因数cos&也不变, 即P1=P2, 所以补偿前后有功功率不变。

设需要补偿Q2容量的无功, 可得Q=Pe*tan&Q1=Pe*tan&1

式中Pe为电机的额定功率, Q为电机运行在自然功率因数时的无功功率, Q1为加装人工补偿装置后的无功功率。假设加入Q2容量的电容, 可把电机功率因数从0.82提到0.99, 此时cos&=0.82, cos&1=0.99, 由公式 (2) 得到需补偿的容量Q2=Pe*0.56。查看电机铭牌, Pe1=Pe3=250kw, Pe4=Pe5=160kw, 由此得出1、3、4、5号机分别要补偿的容量为Q21=Q23=140Kvar, Q24=Q25=89.6Kvar由于电容柜接线方式是是三相并电容补偿, 所以四台机组每相补偿分别为46.7, 46.7, 29.9, 29.9。由于10kv电容容量都是整数级, 所以四台机组每相补偿的电容容量分别整定为50、50、30、30Kvar。

若把电机的功率因数从0.82提高到0.94, 同理由公式 (2) 可以计算出每相需补偿电容分别为30, 30, 20, 20Kvar。

3.2 无功就地补偿的实际应用

近期对泸湾江四台机组的运行数据进行采集如下:

综上所述, 加入电容补偿, 提高功率因数, 并不能使电动机做的有用功增大, 但能使无功、运行电流、和视在功率降低, 能提高发电机和变压器输出更多的有功。

电机在电容滞后补偿的范围内, 真正做的有用功P、额定功率Pe和自然功率因数cos&有如下关系

由公式 (3) 不难分析计算得出, 1、3号机组真正做有用功率P=Pe*0.82=205kw此数值和实际运行的有功功率值基本相等。对于4、5号机组来说, 真正做的有用功P=Pe*0.82=131kw, 但是实际运行的有功功率为155kw, 实际运行的有功功率比机组真正做的有用功多出24kw, 此结果说明4、5号机组的补偿电容容量过大了, 使得多出部分的容量在回路中呈电感性, 所以应该对4、5号机组电容容量进行调整, 由3.1的计算结果可得调整后的电容容量为30Kvar。

4 选定电容容量和整改后预计收益

4.1 选定补偿电容容量

整理3.1的计算结果生成如表2所示。

不难得出, 1、3号机组补偿的容量在合理范围内, 由于四台机组均采用的是单台、就地、静态补偿, 由表2可以得到:1、3号机组选择30Kvar, 4、5号机组选择20Kvar, 此时机组的运行功率因数均为0.94。

4.2 预计整改后的经济收益

井下低压电网电容电流的自动补偿 篇4

1 煤矿井下低压电容存在的危害及如何测量

人身触电电流受到很多方面因素的影响, 电容是一个重要的方面, 从形成人身触电电流的公式中可以看出绝缘电阻对操作安全的影响受到低压电缆电容大小的影响, 为了保证工作人员在安全的环境下工作, 电容几乎要为零, 可调感性支路的设置要注意位置, 选择在大地和人为中性点之间是和电感电流与电容电流的方向有关, 二者在并联电路中流动的方向相反, 因此在感性支路的作用下, 漏电电流会降低, 从而实现抵消的效果。测量电容电流有多种方法, 其中直接法需要采用单相金属接地法, 而中间法所涉及的方法则比较多, 有偏置电容法、中性点外加电容法等, 在这篇文章中, 选择偏置电容法, 因为在所有测量井下电缆电容电流中, 这个方法有很多独特的优势, 独立性强是一个重要的方面, 这种方法受干扰的可能性比较少, 电网不对称度几乎对其没有影响, 煤矿井下电网的中性点是不接地的, 因此是否有中性点也无关紧要, 这种方法可以使试验在多种环境下进行, 比如说变电所内和分支内都不会影响最终的结果, 接线在偏置电容法的情况下并不复杂, 而且还可以提高供电的安全性。偏置电容法的广泛运用离不开这种方法的工作原理, 三相电容的测量需要加上已知电容和电容前后的电压, 在相对地电容相等的情况下, 电压会呈现对称的现象, 因此在偏置电容的影响下, 偏移电压就会产生。

2 低压电容电流补偿器的硬件设计

现场低压电缆的电容情况对继电器的投切有很大的影响, 而电容情况的获得需要采集电压数据, 而且只有对这些数据进行合理分析后才能够对电容电流进行补偿。电容电流补偿器需要相关的硬件电路才能使整个的设计顺利地完成, 比如说复位电路、液晶显示功能和采样电路都是重要的硬件电路, 在设计的过程中要特别关注。

2. 1 选择处理器

DSP芯片对于低压电容电流的补偿有很大的影响, 因此在选择的时候要严格考查其性能的优劣程度, 美国的TMS32LF2407 型DSP芯片在功能上的优势使其成为一个好的选择, 这种芯片既有控制器外设功能, 同时又能够处理实时信号, 在供电的时候不需要很高的电压使其能够产生很高的工作效益, 控制器的能耗也会因此受到影响; 该芯片的最小转换时间比较短, 因为这种芯片在工作的时候最多可以提供16 路模拟输入的A/D, 而且这种处理器的输入/输出引脚可以单独编程, 而且在数量方面也有很大的优势。除了这些优点外, 其高性能处理能力也对用户有很大的吸引, 而且高速运算能力在一定程度上增加了人们选择这种处理器的可能。电容电流补偿器的硬件结构的组成部分之间是相互影响的, DSP处理器的信息输出主要依靠显示器, 并且需要操作键盘才能读取这些信息, 而电压转换之前的各个环节要注意顺序, 这种独特的结构对该处理器的性能有很大的影响。

2. 2 采样电路

TMS32LF2407 芯片对于送来的电压信号的大小是有要求的, 为了使电压信号能够控制在AD采样的最大限度内, 电压互感器的使用有很大的必要, 因为并不满足条件的电压信号在经过这种处理后才能够满足要求, 但是并不是每一种互感器都是可以用来转换的, 因为外界的干扰会对这种信号产生很大的影响, 除此之外, 还要调理电路也需要加以考虑, 因为它的抗干扰会影响转换的质量。采样电路对电压有严格的要求, 而转换电路则会改变电压, 二者只有在符合条件的前提下才能够继续运行, 在送入A/D转换器之前还需要对信号进行低通信号滤波。这个过程中的每个环节都要重视, 因为它们之间的影响是相互的, 都会对低压电容电流的补偿造成很大的影响。

2. 3 执行单元

光耦器件817 的隔离功能能够控制信号的电压, 这是继电器在工作过程中所要采用的技术, 这对保证DSP的完整无损有很大的作用, 由于继电器的供电电源和DSP的存在很大的差异, 所以, 在引入电压的时候很容易会受到高电压的影响而影响DSP的功能。井下低压电网电容电流的补偿状态需要密切关注, 因为外部环境的变化会对其造成很大的影响, 电缆长度的变化影响电感, 因此在整个过程中要做好检测工作, 这有利于补偿处于最佳的状态, 如果电感出现问题而没有得到及时的处理, 那么补偿不足或者过度补偿的现象就会发生。线圈匝数的变化会受到零序电抗线圈的抽头的影响, 而其与D的接通会受到继电器的控制, 所以电感电抗值也会受到影响。

执行电路中电压接通后能够测量出偏置电容前后的电压和电容电流, 这主要和其中的控制补偿器和电网中的某一相的电压接通有很大的关系。继电器的开关特性能够对很多系统产生影响, 这使得其有很广的运用范围。电子电路的使用对于继电器的接口作用有直接的影响, 因为在整个过程中需要和一些机械设备发生关系, 所以这就使继电器有更多的用途。光耦合器有很强的隔离作用, 这主要是针对输入和输出的电信号而言的, 因此人们也称之为光电隔离器, 它的这种功能使其拓宽了运用范围, 比如说各种电路中也能运用光耦。

3 电容电流补偿器的软件设计

3. 1 总体思路

补偿器自身的功能需要采集和执行环节来实现, 信号的采集需要通过采集电路来实现, 而执行需要执行电路来实现, 但是在执行之前还要对收集来的信号进行处理, 这个处理是通过DSP来完成, 模拟写号要通过很多的环节才能完成处理, 在进入A/D转换器时需要经过模拟输入通道才能实现, 在完成输入后, 还要借助DSP来计算三相电容, 之后才能得到合适的电感, 在这个过程中还要对继电器进行严格的控制。这种设计思想需要发挥一些程序的作用, 比如说A/D采样程序设计, 在对DSP程序进行设计时要根据总的设计思想进行, 这样才能使补偿方法更具合理性。

3. 2 DSP程序设计

分析电压信号中的数据量是一个很重要的设计环节, 这对整个软件的设计起着关键的作用, 信号数据量的准确性受到傅立叶变换这个环节的影响, 因为这个环节的运算需要采样点的信息, 电容的计算也受到傅立叶变换的影响, 因此在这个环节运算的时候要特别注意, 而电容的结果又是投切滤波器的重要依据。在整个DSP设计图中, 电压信号是在初始化之后获得的, 而初始化之后的环节会对执行机构投切继电器造成影响。

3. 3 软件抗干扰

补偿器的状态很容易出现不稳定, 这和所受的干扰有很大的关系, 因此为了使软件有更强的抗干扰性能, 监控措施的采用很有必要, 特别是程序出现死机的时候, 这些措施能够通过死锁检测来保证程序的正常运行, 比如说看门狗就会经常用来增加软件的抗干扰力; 如果程序出现严重的干扰, 而监控措施难以修复的时候, 这就需要通过自动复位来解决这种问题。程序在受到外来的干扰后很容易出现跑飞的情况, 扭转这种局面需要设置相关的陷阱, 而这些软件陷阱的设置也有具体的位置要求, 未使用的中断向量区就能够满足设置的要求, 除此之外, 空白程序区也能够实现程序的正常运行; 程序在一些情况下会出现混乱, 有效解决这种混乱需要改变指令的长度, 冗余的指令的输入能够强化程序的功能。

4 结论

低压电网电容电流自动补偿器的功能是多方面的, 其中保证矿工的人身安全是主要的方面, 这种功能的实现需要发挥DSP的作用, DSP能够实时检测低压电缆的电容, 而感性电流和电容电流相关抵消还需要电感, 对监测的数据进行计算是这种方法形成的一个重要环节。井下低压电网电容电流的自动补偿需要在规定的条件下进行, 其中低压电网的电容的下降幅度是一个方面, 只有在0. 1μF以下才能够保证触电电流对员工的生命安全没有威胁。

摘要：井下供电在传统的方式下很容易产生一些问题, 大电容值对井下工作人员的生命安全会造成很大的威胁, 因此, 煤矿行业需要改变低压电缆的供电装置, 要利用电容电流自动补偿器来降低电容值, 这样才能够使供电更加安全, 这种方法有自己的技术核心, 在具体的设计方面也有独特的特点, 因此要深入分析这种方法, 从而为实际运用做好各方面的准备。

关键词：低压电缆电容,电抗,DSP,自动补偿

参考文献

[1]赖昌干, 等.矿山电工学[M].煤炭工业出版社, 2002.

[2]张雄伟, 等.DSP原理与应用[M].北京:机械工业出版社, 2005.

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[4]潘贞存, 等.分级调节式消弧线圈自动跟踪补偿的综合调节判据[J].天津大学学报, 2008, 41 (3) :326-330.

[5]张云星.煤矿井下低压电网对地绝缘电阻及分布电容的测量方法分析[J].工矿自动化, 2011, 6:93-97.

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[7]原志坤, 李顺明.附加电源直流检测式漏电保护在矿井中的应用及配合[J].煤矿现代化, 2006, 5:78.

[8]杨东坤.浅谈井下低压电网电容电流的自动补偿[J].山东煤炭科技, 2013, 08.

高压分压器分布电容补偿的研究 篇5

EAST超导托卡马克核聚变实验装置是中科院等离子体物理研究所承担的国家大科研工程项目, 承担着人类未来能源的探索研究任务, 它于2007年成功建立并投入运行。为了达到更好的实验结果, 需要配备强大的加热系统。EAST二次加热的配套装置低杂波电流驱动系统 (LHCD) 需要一套参数60 kV/100 A直流高压电源[1]。该电源的反馈调节要求电压测量具有高的精度和较快的响应速度 (电压幅值误差≤1%, 相角误差≤5°) 为此, 选择无感电阻组成的电阻分压器[2,3,4,5]作为电压传感器, 如图1所示。高压臂电阻20 MΩ, 低压臂电阻2 kΩ, 分压器比10 000∶1。

为了提高分压器绝缘性能, 防止高压电晕放电, 分压器整体浸入变压器油中。并在高压臂两端串联110 kV均压环。使得分压器在变压器油中的电场分布得到有效改善[6,7,8,9,10]。均压环均衡了分压器高压侧电场分布, 如图2所示。提高了分压器的测量精度。

试验中, 发现均压环间分布电容对测量精度带来了不可忽略的影响。通过对分压器传递函数的频率特性分析, 提出在低压臂电阻并联电容的办法进行补偿, 取得令人满意的结果。

2 分压器频率特性[11,12,13,14]

分压器低压电阻并联电容补偿均压环分布电容对测量精度的影响, 其等效电路如图3所示。

从图3可以知道该电阻分压器分压比为:

undefined

令:

undefined

undefined

则:

k (jω) =A-jωB (1)

从式 (1) 可以知道, 当正确选择补偿电容C2使得R1C1-R2C2=0时, 电阻分压器变比为undefined, 是一个理想的电阻分压器, 其幅值误差和相角误差为零。但是由于电容C1为分压器高压臂均压环间分布电容的等效值, 使得等式R1C1=R2C2很难成立, 分压器存在相角和幅值误差不可避免。当补偿电容C2不能满足R1C1=R2C2条件时, 分压器的传递函数为:

undefined

当分压器输入端施加一个正弦信号:

r (t) =Amsin ωt

其拉普拉斯变换为:

undefined

所以分压器输出为:

undefined

由式 (2) 可以看出U2 (s) 共有三个极点, 一个零点, 所以式 (2) 可以改写为:

undefined

式中:undefined——常数, 对式 (3) 进行拉普拉斯反变换可以得到:

undefined

式中:undefined为常有理数。如果系统是稳定的, 那么V2 (s) 的极点全部位于S的左半平面上, 这样当t→∞时候, 系统响应的瞬态分量等于零, 稳态响应为:

undefined

系数:

undefined

undefined

其中

undefined

将undefined代入式 (4) 可以得到:

undefined

undefined

又因为:

undefined

代入式 (5) , 所以:

undefined

由于G (jω) 和G (-jω) 为共轭函数, 于是:

undefined

undefined

其中:

undefined

undefined

所以分压器稳态响应改写为:

undefined

由式 (6) 知, 对于一个确定参数分压器系统加入一个正弦信号, 它的稳态响应也是一个同频率的正弦信号, 其幅值和相移只和分压器的自身参数有关。输出幅值是输入正弦信号的undefined倍, 而其相移φ=∠G (jω) , 也就是说, 分压器的幅值和相移误差由分压器自身的结构特点决定。对同一个分压器来说, 优化设计分压器的结构, 合理选择补偿电容C2是提高分压器测量精度的重要方法。

根据式 (6) , 图4、图5分别是不同补偿电容下Matlab计算分压器的分压比和相角曲线。

从曲线中可以看出:

(1) 正确补偿时, 系统幅值及相角误差都为零。

(2) 欠补偿时, 分压器变比减小相位滞后, 且在低频处, 相角误差达到最大值, 变比误差较小;高频处相角误差较小, 变比误差达到最大值。

(3) 过补偿时, 分压器变比增大相位超前, 且在低频处, 相角误差达到最大值, 变比误差较小。高频处相角误差较小, 变比误差达到最大值。

3 试验结果分析

试验所用的工具有TekP6015A高压示波器探头, 分压比1 000∶1, Agilent示波器, 自主研制的电阻型分压器。

图6给出了分压器和TekP6015A高压探头对10 kV高压直流电源的测试结果, 图7是58 kV的测试结果。从图7中可以看出, 分压器波形跟踪性能好。

图8是在采用PSM (pulse step module) 技术的60 kV (空载) 高压电源下的测试结果。分别在相同电压等级下测试10组数据计算平均值与Tek高压探头相比较的结果。纵坐标是Tek高压探头测量结果, 横坐标是分压器测量值。

校准后的测试结果表明分压比与理论误差小于0.5%, 相角误差小于2°。其直流稳态测试时线性度较好, 精度高, 满足工程需求。

4 结 论

该分压器最主要的特点如下:

(1) 利用均压环间分布电容代替传统阻容分压器高压臂并联的电容。

(2) 均压环改善分压器高压臂附近电场分布, 避免电晕现象产生。

(3) 均压环间电场强度最大处小于变压器油击穿场强。

(4) 低压臂并联电容, 有效地补偿了由于均压环间分布电容对分压器分压比和相角造成的影响。

(5) 由于试验在开放状态下进行, 信号输入输出容易受到外界干扰。输出波形叠加许多高频干扰, 实际使用时, 分压器处于完全屏蔽环境中, 且负载阻抗是和测量引线波阻抗完全匹配的。高频干扰基本可以衰减。

可控串联电容补偿的发展现状研究 篇6

关键词：可控串连电容补偿,TCSC

1 引言

可控串联补偿 (TCSC, thyristor controlled series compensation) 技术是常规串补技术与电力电子技术的结合。其原理为利用串联电容的容抗补偿输电线路的感抗, 可控串补通过控制并联在电容两端的晶闸管触发角实现对串补等效阻抗的动态控制。解决问题:提高电力系统可靠性、安全性, 提高电能质量, 缩短发电机组间电气距离, 提高系统稳定性, 减少功率输送过程中引起的电压降和功角差, 增加线路输送容量。

2 国内外应用实例

可控串补是典型的FACTS技术, 是普通串联补偿技术与电力电子技术结合的产物。串联补偿始于1928年, 美国纽约电力照明公司在33kv系统中首先采用串补装置。此后, 苏联、瑞典、日本等国将串补技术应用于10—35kv系统中。到20世纪中期, 串补技术在输电系统中广泛应用。1950年瑞典在220kv输电线上建设了第一座220kv串补站。此后, 串补技术逐渐推广应用到400kv, 500kv, 750kv输电系统中。目前, 全世界已有8个可控串补工程投入运行, 电压等级从220k V到500k V。我国从1954年开始研究和采用串补技术。在20世纪60-70年代, 我国在6-35k V配电网和110-330k V系统中加装了串联补偿。2003年7月, 我国第一个可控串补工程应用于南方电网天生桥至平果500k V输电线平果变电站中。2006年7月, 第一套国产化串补装置应用于中国成碧可控串补工程。2007年10月, 我国自主研发的可控串补装置在东北伊敏至冯屯双回500k V线路上投入运行。截至于2007年底, 全国投入运行的串补容量达4213Mvar;其中可控串补工程有3个, 总容量达到849.8Mvar; (为TCSC额定容量) 。预计今后几年, 我国每年投产的串补容量将超过3000Mvar以上。

3 我国对可控串补技术的研究现状

我国对可控串补基础理论和关键技术的研究始于1995年由中国电科院、清华大学、东北电力公司等十多家单位共同参与, 历时4年多基本掌握了可控串补的核心技术。到2002年, 可控串补技术已经具备了工程应用的能力。2003年甘肃成碧可控串补工程被列为国网公司重大科技示范工程。2004年12月, 我国自主研发的可控串补装置投运成功, 标志着我国以TCSC为代表的FACTS技术进入工程实用化阶段。

4 TCSC技术特点

(1) 承受高电压:设备对地电压为所串联线路的对低电压, 增加了高电位与地电位通讯, 供能以及平台设计的难度。

(2) 耐受电流大:TCSC装置要耐受极高的系统短路电流, 因此为限制短路电流在电容器上形成的工频过电压, 要求MOV有极强的吸收能力。

(3) 运行范围大:可控串补在小电流下的运行能力, 晶闸管阀触发型间隙、平台二次系统供能等方面都存在许多技术难题。

(4) 保护控制复杂、响应速度快:要求强制触发型间隙在发生区外故障时不能动作, 在发生区内故障且MOV能量和电流达到启动值时, 1-2ms之内必须可靠动作;在线路故障时, 晶闸管阀要跨越谐振区使可控串补在10ms以内从容性区运行到感性区;为防止断路器恢复电压过高问题, 必须与线路保护配合将电容器旁路。因此可控串补的保护控制系统必须与其主设备及其参数选择, 以及线路和系统保护控制系统之间优化协调。

5 串补技术应用领域

5.1 辐射状补偿的应用

串联电容器用来解决辐射状线路的问题已有60多年。这段时间里, 通过将串补应用于辐射状线路, 方便地解决系统问题的各种实例, 人们由此积累了大量经验。

1) 电动机负荷:由于电动机频繁启动造成电压下降和灯光闪变问题是对供电系统的主要危害, 安装在适当位置的串联电容器正是解决这一问题的理想方法。

2) 电焊机:电焊机属于“有问题负荷”, 其负荷消耗很小, 但它的瞬时负荷却很高。对配电馈线上的孤立电焊机而言, 会产生严重的闪变。解决这一问题的有效方法是安装串联电容器。

3) 矿山负荷:矿山负荷也是电压严重波动的根源。其大型电铲和挖掘机的突加负荷与大型电动机带动负荷启动的负荷类型相似。它导致的电流冲击会影响整个供电线路的电压。由于矿山通常位置偏远, 供电线路长, 因此更加需要串联电容补偿。

4) 农村线路:对于远离人口高密度地区的偏远农村, 普遍存在长辐射线路向大负荷供电的情况, 并且配电设备落后。因此电能质量差、灯光闪变等问题更加严重。在这种情况下, 农村线路是串补大显身手的好地方。它不仅以较低代价解决了电压问题, 并且避免了线路改造导致的供电中断。

5) 其他应用情况:还有其他与前述类似的应用, 即负荷需求瞬时突增的情况, 也会影响整条供电线路的电压。如破碎机电动机、轧制机、锯木厂等。

5.2 TCSC的应用领域

(1) 稳态潮流控制:改善电压分布和潮流分配, 从而达到降低网络损耗、消除迂回供电、防止过线路负荷、提高电网输送能力的作用。

(2) 系统稳定控制:提高电力系统稳定性, 阻尼系统功率振荡, 增强系统动态稳定性;常用于抑制互联电网或地区电网的低频振荡。

(3) 抑制次同步谐振, 提高补偿度:TCSC可通过一定的触发控制策略抑制系统中的次同步分量, 从而提高串补度而无发生次同步谐振的风险。

6 可控串补以及FACTS技术的应用前景

(1) 随和我国经济的快速发展, 现代社会对电能可靠性要求越来越高, 电网运行安全问题日益突出。提高电能的可控性、增强驾驭电网动态行为能力是提高安全稳定运行水平的重要手段。FACTS技术是提高电网可控性的重要技术措施。

(2) 输电走廊是各国家电网发展面临的共同问题, 而FACTS技术是提高单位走廊的输电能力的重要途径。

(3) 提高电网经济运行水平, 降低网络损耗, 均衡线路潮流以提高电网送电能力。

(4) 提高供电可靠性和电能质量。

论电容补偿在大型电厂中的应用 篇7

1 提高功率因数的方法

提高功率因数有两种方法, 分别为提高电机的自然功率因数和安装人工补偿装置, 即电容补偿装置。

移相电容补偿方式主要有三种, 即个别补偿、分组补偿和集中补偿。这三种补偿方式的优、缺点如表1所示。

1.1 问题现象及原因分析

采用个别补偿方式时, 移相电容与电机一起并联在母线上, 切断电源后, 电机转速不能马上降为零, 且因电容组对电机放电, 使电机得到励磁。如果电容容量过大, 就很有可能产生幅值很大的过电压, 该电压要经过相当长的一段时间才能降下来, 这就是励磁现象。拉闸后, 如果立即合闸, 线路电压和自励磁产生的电压在相位上会有一个差角。此外, 自励磁还有可能使电机产生瞬时扭矩, 瞬时扭矩与电机转动方向相反, 所以容易造成电机转轴和靠背轮的损坏。

1.2 解决措施

出现自励磁现象的原因是补偿的电容容量过大, 因此, 必须采用合适的电容容量进行补偿。由于电容放电需要一个过程, 所以, 机组不能加入自动重合闸装置, 也不能在跳闸后马上合闸。

2 无功就地补偿的实际应用

近期对电厂4台机组的运行数据进行了采集, 如表2所示。

无功功率用途很大, 电动机需要建立和维持旋转磁场, 使转子转动, 从而带动机械运动。同样, 变压器也需要无功在一次线圈产生磁场、二次线圈感应出电压, 因此, 没有无功, 电动机就无法转动, 变压器二次侧也无法感应出电压。然而, 无功功率同样对供、用电产生一定的不良影响, 主要表现为以下四点: (1) 降低发电机的有功输出; (2) 降低输、配电设备的供电能力; (3) 造成线路电压损失增大和电能损耗的增加; (4) 造成低功率因数运行和电压下降, 使电气设备容量得不到充分发挥。

3 选择补偿电容容量的方法

通过对表2分析、计算和整理可以看出, 1#、3#机组补偿的容量在合理范围内, 但4#、5#机组补偿的容量明显过大。由于4台机组均采用的是单台、就地、静态补偿, 此补偿的特点是出力固定, 所以补偿的容量既不能过大——过大会使电机在停机瞬间产生自励磁现象, 但又要保证机组的功率因数在0.9以上。由此可得出, 1#、3#机组选择30 k VA, 4#、5#机组选择20 k VA, 此时机组的运行功率因数均为0.94.

4 结束语

随着我国经济的高速发展, 各行各业对电力的需求不断增大, 扩大电厂电容补偿的应用越来越受重视。因此, 对于电力技术人员来说, 应该充分发挥专业优势, 提高电容补偿的利用率, 以满足社会生产和居民生活的实际需要。

参考文献

[1]方承远.工厂电气控制技术[M].第2版.北京:机械工业出版社, 2000.