15

2019-08

動态補償與靜态補償差别

節能(néng)，這是國(guó)家的重大決策。随着煤礦的發展，煤礦技(jì )術裝(zhuāng)備越來越大，運行狀況越來越複雜化，而功率因數一般都僅在0.8以下，達不到大于0.9以上的要求。沿革和套用(yòng)傳統的電(diàn)容補償方式、遇到了挑戰。本文(wén)對目前國(guó)内電(diàn)容補償的諸多(duō)技(jì )術方案進行比較分(fēn)析。提出了應用(yòng)于煤礦的電(diàn)容補償的關鍵問題是：電(diàn)容器的無功出力必須與負荷變化相匹配的觀點。　　一、概述　　煤礦工(gōng)業的電(diàn)氣負荷的特點是：　　1、随着采煤技(jì )術的發展，采掘設備配置的單機容量越來越大大，例如：大功率的采掘設備、提升運輸設備、排水設備、抽放設備、壓風設備，這類設備的啓動電(diàn)流很(hěn)大，啓動頻繁，啓動時間長(cháng)，沖擊負荷大，沖擊次數頻繁。特别是煤礦的通風等抽放設備，主、副井的鉸車(chē)采用(yòng)交-交變頻調速設備或直流調速設備。上述設備均屬重負載、高轉矩的直接啓動，無功沖擊較大，電(diàn)壓閃變嚴重，并伴随大量整數倍和非整數倍的諧波電(diàn)流産(chǎn)生，功率因數低。　　2、單機小(xiǎo)負荷機組群。例如：選煤廠，綜采、機采工(gōng)作(zuò)面。其特點是：非生産(chǎn)班次的負荷幾乎為(wèi)零，生産(chǎn)班次的負荷，在1～3分(fēn)鍾内就要求達到最大負荷，特别是選煤廠類。因此煤礦的電(diàn)氣負荷變化很(hěn)大，平均負荷/最大負荷僅為(wèi)0.3～0.7，最大負荷/最低負荷為(wèi)3～8倍。短路(容量)電(diàn)流大，是工(gōng)作(zuò)負荷(容量)電(diàn)流的7.8～18倍左右。運行環境惡劣，停電(diàn)時間受到《煤礦安(ān)全規程》的嚴格限制。給電(diàn)網的供用(yòng)電(diàn)造成如下問題：　　1.1無功沖擊産(chǎn)生的不良影響　　1)使供電(diàn)母線(xiàn)的電(diàn)壓産(chǎn)生波動，降低機電(diàn)設備的運行效率。供電(diàn)母線(xiàn)電(diàn)壓産(chǎn)生波動時，将使用(yòng)戶的異步電(diàn)機類負荷轉矩随之變化，輸入負荷的有(yǒu)功功率下降，影響生産(chǎn)和設備的出力。　　2)特别是變蘋設備的率與電(diàn)壓平方成正比，當電(diàn)壓降低時，大大降低了設備的效率，生産(chǎn)效率下降，同時增加成本。　　3)快速無功沖擊引起母線(xiàn)電(diàn)壓劇烈波動，嚴重時影響自動化裝(zhuāng)置的正常工(gōng)作(zuò)，閃變将造成設備的二次啓動，産(chǎn)生比正常運行大十幾倍的電(diàn)流，危及人身及設備安(ān)全。　　1.2低功率因數将導緻如下不良影響　　1)根據《電(diàn)力系統電(diàn)壓和無功電(diàn)力技(jì )術導則》的規定，高壓供電(diàn)的工(gōng)業用(yòng)戶和高壓供電(diàn)裝(zhuāng)有(yǒu)帶負荷調整電(diàn)壓裝(zhuāng)置的電(diàn)力用(yòng)戶，功率因數應大于0.9以上，否則，用(yòng)戶将遭受低功率因數罰款，直接影響企業的經濟效益。　　2)低功率因數負載從系統吸收大量無功功率，增加了線(xiàn)損和變壓器的損耗。　　3)由于供電(diàn)變壓器同時通過有(yǒu)功功率和大量的無功功率，降低了變壓器的供電(diàn)能(néng)力。低功率因數運行的電(diàn)網，增加了系統的有(yǒu)功功率、無功功率，增加了供用(yòng)電(diàn)成本。直接影響企業的經濟效益。　　1.3諧波電(diàn)流對電(diàn)氣設備的危害，　　1)諧波對旋轉電(diàn)機的影響諧波對旋轉電(diàn)機的主要影響是産(chǎn)生附加損耗，其次産(chǎn)生機械振動，噪聲和諧波過電(diàn)壓。　　2)諧波對供電(diàn)變壓器的影響諧波對供電(diàn)變壓器的影響主要是産(chǎn)生附加損耗，溫升增加，出力下降影響絕緣壽命。　　3)諧波對變流裝(zhuāng)置的影響交流電(diàn)壓畸變可(kě)能(néng)引起不可(kě)逆變流設備控制角的時間間隔不等，并通過正反饋而放大系統的電(diàn)壓畸變，使變流器工(gōng)作(zuò)不穩定，而對逆變器則可(kě)能(néng)發生換流失敗而無法工(gōng)作(zuò)，甚至損壞變流設備。　　4)諧波對電(diàn)纜及并聯電(diàn)容器的影響，當産(chǎn)生諧波放大時，并聯電(diàn)容器，将因過電(diàn)流及過電(diàn)壓而損壞，嚴重時将危及整個供電(diàn)系統的安(ān)全運行。　　5)諧波對通信産(chǎn)生幹擾，使電(diàn)度計量産(chǎn)生誤差。　　6)諧波對繼電(diàn)保護自動裝(zhuāng)置和計算機等也将産(chǎn)生不良影響。諧波及無功沖擊導緻的電(diàn)壓波動。嚴重影響用(yòng)戶本身及電(diàn)網用(yòng)電(diàn)設備的安(ān)全運行，降低了供電(diàn)電(diàn)網的電(diàn)能(néng)質(zhì)量。特别是電(diàn)壓波動超标，引起供電(diàn)系統電(diàn)能(néng)質(zhì)量的變化将會對其他(tā)動力負荷産(chǎn)生嚴重影響，甚至造成其不能(néng)正常工(gōng)作(zuò)。必須按電(diàn)能(néng)質(zhì)量有(yǒu)關标準的規定，應采取綜合治理(lǐ)措施。　　二、電(diàn)容補償原則及補償方式電(diàn)容補償原則　　1、減少無功功率的流動、返送，就地補償。　　2、分(fēn)級補償，就地補償與集中(zhōng)補償。　　3、防止低負荷時的過補償，(不允許)對電(diàn)網倒送無功功率。　　補償方式　　1、靜止無功電(diàn)容補償　　2、同步調相機補償　　3、并聯電(diàn)容器補償　　4、并聯電(diàn)抗器補償　　5、無功自動調節—分(fēn)組分(fēn)段可(kě)控自動調節方案及固定投入電(diàn)容器容量，自動調節電(diàn)容器兩端的電(diàn)壓以改變無功電(diàn)容電(diàn)流方案　　6、動态無功電(diàn)容補償　　三方案比較分(fēn)析及選擇　　過去的年代，應用(yòng)于煤礦的是并聯電(diàn)容器方式，不論是就地補償與集中(zhōng)補償，固定電(diàn)容器容量方式或是靜态自動、手動調節電(diàn)容器容量方式，都是通過改變電(diàn)容器容量(将電(diàn)容器分(fēn)組分(fēn)段分(fēn)相安(ān)裝(zhuāng)布置，運用(yòng)可(kě)控矽技(jì )術，自動調節改變電(diàn)容器投入的數量、容量)，或調節變壓器的電(diàn)壓分(fēn)接開關，來實現無功電(diàn)流量及電(diàn)壓調節的，其問題在于：負載調節特性較差，不能(néng)連續平滑調節，不能(néng)随負載變化而調節電(diàn)容器的無功電(diàn)流(出力)，特别是在煤礦，平均負荷/最大負荷為(wèi)0.3～0.75，最大負荷/最低負荷為(wèi)3～8倍的運行狀況下，欠補償和過補償現象都同時存在，特别是在低負荷時，過補償現象非常嚴重，由于過補償而造成過電(diàn)壓及對電(diàn)網倒送無功功率。投切電(diàn)容器的操作(zuò)過程會産(chǎn)生嚴重的操作(zuò)過電(diàn)壓和合閘湧流，對系統中(zhōng)的高次諧波有(yǒu)放大現象，在諧波電(diàn)流過大時可(kě)能(néng)引發電(diàn)容器爆炸事故。采用(yòng)串聯電(diàn)抗器的做法又(yòu)提高了電(diàn)容器的運行端電(diàn)壓，同時又(yòu)需要增加電(diàn)容器容量來直接補償串聯電(diàn)抗器的無功損耗。過電(diàn)壓和過電(diàn)流直接影響供電(diàn)安(ān)全及電(diàn)容器壽命。　　現代科(kē)學(xué)技(jì )術的發展，傳統的無功電(diàn)容補償方式已顯得落伍了。代之的是無功自動調節及動态無功電(diàn)容補償。按設計的電(diàn)容器容量，固定接入系統中(zhōng)，電(diàn)容器分(fēn)相，但不分(fēn)組、不分(fēn)段的技(jì )術方案—無功自動調節，動态無功電(diàn)容補償。　　無功自動調節為(wèi)固定投入電(diàn)容器容量，按設計容量固定接入系統中(zhōng)。其中(zhōng)無功自動調節，采用(yòng)自動調節電(diàn)容器兩端的電(diàn)壓以改變無功電(diàn)容電(diàn)流方式。動态無功電(diàn)容補償：動态無功電(diàn)容補償為(wèi)固定投入電(diàn)容器容量，按設計容量固定接入系統中(zhōng)。晶閘管相控電(diàn)抗器(TCR)型靜止型動态無功補償裝(zhuāng)置(SVC)方式由TCR(并聯可(kě)調電(diàn)抗器)+FC(補償電(diàn)容)兩部分(fēn)組成。其中(zhōng)TCR由DSP全數字控制系統、晶閘管功率閥組、相控電(diàn)抗器、BOD保護模塊等組成，通過晶閘管調整電(diàn)抗器的電(diàn)流，從而使TCR回路産(chǎn)生可(kě)變感性負載;FC回路由濾波電(diàn)容器和濾波電(diàn)抗器組成特定的濾波通道，向系統提供恒定容性無功功率，兼有(yǒu)濾除諧波的作(zuò)用(yòng)。　　1).固定電(diàn)容補償　　①固定無功補償方案是補償無功功率的常規方法。裝(zhuāng)置具(jù)有(yǒu)結構簡單、經濟方便等優點，其補償無功的容量是設計根據計算的平均負荷大小(xiǎo)而确定的，是一個不可(kě)調的固定量，通常由電(diàn)抗器和電(diàn)容器串聯組成，其功能(néng)主要是補償負荷産(chǎn)生的感性無功，并對三次諧波有(yǒu)一定的抑制作(zuò)用(yòng)。一般采用(yòng)機械開關控制電(diàn)容器的投切，投切時的沖擊電(diàn)流和操作(zuò)過電(diàn)壓大，易發生諧振，因此不能(néng)頻繁投切。由于固定補償裝(zhuāng)置的補償容量不能(néng)随負荷而變化，“欠補”和“過補”交替發生，計費方式又(yòu)為(wèi)“反轉正計”，使得變電(diàn)所平均功率因數達不到0.9的要求，造成力率罰款，并使供電(diàn)設備的能(néng)力不能(néng)充分(fēn)發揮。目前我國(guó)普遍采用(yòng)的方案是在變電(diàn)所設置固定電(diàn)容并聯補償。該方案主要問題是在無負荷和輕負荷的區(qū)段，過補償十分(fēn)突出，投入固定并聯補償電(diàn)容後，功率因數比不投時還低，無法達到經濟功率因數的要求，變電(diàn)所因功率因數大幅下降，而遭受巨額罰款，固定電(diàn)容器補償還會導緻空載時電(diàn)壓擡升，反而惡化電(diàn)壓質(zhì)量。　　②從以上分(fēn)析結論可(kě)知，變電(diàn)所采用(yòng)固定補償方案解決不了功率因數問題，不能(néng)随負荷的無功波動随機的調節補償的容性無功，所以不具(jù)備抑制諧波和電(diàn)壓波動。要解決功率因數問題，抑制諧波和電(diàn)壓波動，必須放棄固定補償方案，尋求新(xīn)的補償方案。　　2)靜态無功補償(FC)　　①靜态無功補償(FC)的功能(néng)是提高功率因數及濾除諧波，由于FC的補償容量是固定的，一般适合負荷相對比較穩定的場合，對于負荷波動比較大的場合，補償效果就很(hěn)不理(lǐ)想。由于其補償的無功容量設計是根據計算的平均負荷大小(xiǎo)而确定的，在負荷較小(xiǎo)時，造成過補，大量無功倒送，電(diàn)業部門對無功的計量是“反轉正計”，所以過補造成功率因數降低;在負荷較重時，補償容量又(yòu)不夠，功率因數同樣不能(néng)滿足要求。目前國(guó)内，由于FC的設計容量往往偏大，造成FC不能(néng)投運或隻部分(fēn)投運的情況不少。　　②由于FC的補償容量固定，當系統無功變化時，不能(néng)跟随調節，所以FC不能(néng)克服電(diàn)壓波動。　　③由于FC的濾波通道是按系統諧波電(diàn)流發生量設置的，當不能(néng)全部投入時，必然切去其中(zhōng)某次濾波通道，對于切去的濾波通道相對應的諧波電(diàn)流不能(néng)很(hěn)好的濾除，達不到諧波治理(lǐ)的要求，而且頻繁的投切濾波器容易形成系統振蕩。　　④投切濾波支路有(yǒu)一個暫态過程，會産(chǎn)生過電(diàn)流、過電(diàn)壓，影響電(diàn)容器及串聯電(diàn)抗器的可(kě)靠運行;切除濾波支路時，觸頭上恢複電(diàn)壓較高，有(yǒu)開關重燃的可(kě)能(néng)，多(duō)次重複擊穿時，電(diàn)容器上産(chǎn)生很(hěn)高的過電(diàn)壓，緻使設備損壞。對電(diàn)容器組的投切沖擊，IEC規定不超過1000次/年，加之開關壽命的限制，不能(néng)頻繁投切，從而影響動态補償效果。　　3)晶閘管分(fēn)級投切電(diàn)容器方案(TSC)晶閘管分(fēn)級投切電(diàn)容器方案這裏研究兩個，一是帶降壓變壓器的晶閘管投切電(diàn)容器方案，二是帶降壓變壓器及分(fēn)接開關的晶閘管投切電(diàn)容器方案。　　1)、帶降壓變壓器的晶閘管投切電(diàn)容器方案TSC分(fēn)組可(kě)調補償是根據負荷實際運行無功量，按照一定的投切策略跟蹤負荷變化進行投切動作(zuò)。該方案由若幹組并聯的晶閘管閥組控制，以實現快速無觸點的投切。顯然這種型式的補償裝(zhuāng)置隻能(néng)實現容性無功功率的階躍調節，其調節的精(jīng)度取決于電(diàn)容器的分(fēn)組數。為(wèi)了提高運行的可(kě)靠性，防止電(diàn)容器和晶閘管損傷，TSC均實現無過渡過程的操作(zuò)。TSC技(jì )術關鍵無過渡過程投切電(diàn)容器，理(lǐ)論上電(diàn)容器在峰值時導通，在峰值時關斷。晶閘管關斷後，電(diàn)容器保持峰值電(diàn)壓值，由于電(diàn)源電(diàn)壓随時變化，電(diàn)容器電(diàn)壓也在緩慢地放電(diàn)，要做到安(ān)全、無過渡投切比較困難。具(jù)體(tǐ)控制有(yǒu)二種方法：　　其一：在需要投入電(diàn)容器時，必須檢測電(diàn)容器的兩端電(diàn)壓及電(diàn)網電(diàn)壓。在電(diàn)網電(diàn)壓與電(diàn)容器兩端電(diàn)壓相等瞬時，發出觸發脈沖;當電(diàn)容器接成星形時，這時必須有(yǒu)二個晶閘管導通才能(néng)構成通路。這種控制方式的難度很(hěn)大，且電(diàn)容器兩端電(diàn)壓為(wèi)直流，在高壓環境下，檢測困難，經常産(chǎn)生過渡過程過電(diàn)壓。嚴重的過度過程産(chǎn)生的振蕩過電(diàn)壓，将達到電(diàn)源峰值電(diàn)壓的兩倍以上，如在低壓側整流變副邊進行補償，過渡過程過電(diàn)壓必然影響調速系統的安(ān)全運行。　　其二：晶閘管關斷後，電(diàn)容器兩端電(diàn)壓從峰值電(diàn)壓，緩慢放電(diàn)。等電(diàn)容器兩端電(diàn)壓放到小(xiǎo)于50V時投入電(diàn)容器，這時是比較安(ān)全的，但根據<<高压并联电容器放电线圈标准jb t8980-1999>>規定放電(diàn)時間為(wèi)5s，電(diàn)容器投入時必須考慮其放電(diàn)情況，這樣由于受電(diàn)容器的放電(diàn)時間的限制，在工(gōng)程應用(yòng)中(zhōng)實際的響應時間一般在3-5分(fēn)鍾左右。對于無功快速變動的系統是不适用(yòng)的。　　其三：TSC投切的電(diàn)容器組分(fēn)組越多(duō)，補償效果越好，成本相對提高。且在頻繁投切電(diàn)容器時，由于阻抗曲線(xiàn)發生頻繁變化，很(hěn)有(yǒu)可(kě)能(néng)産(chǎn)生諧振，造成災害性事故。(如去年湖(hú)南漣鋼棒線(xiàn)廠軋鋼系統中(zhōng)采用(yòng)的TSC裝(zhuāng)置，由于産(chǎn)生諧振将TSC裝(zhuāng)置及傳動系統全部燒毀，直接經濟損失近3000萬元，間接損失近2億元。)該方案的特點：不産(chǎn)生諧波;理(lǐ)論上可(kě)以實現過零投切，不會産(chǎn)生像真空開關那樣産(chǎn)生嚴重的過電(diàn)壓;結構簡單。　　2)、帶降壓變壓器及分(fēn)接開關的晶閘管投切電(diàn)容器方案該方案通過降壓調壓變壓器，采用(yòng)分(fēn)接開關無載調壓和晶閘管開關的有(yǒu)載分(fēn)合直接調節無功元件(濾波器)的無功輸出。該方案的特點與帶降壓變壓器的晶閘管投切電(diàn)容器方案相似，但投資更少，隻需一組晶閘管開關，但其過分(fēn)依賴變壓器分(fēn)接開關，分(fēn)接開關每天頻繁調節，其壽命能(néng)否有(yǒu)保證還需進一步研究，另外目前國(guó)内尚無此類方案運行，需要研究開發。　　3)無功功率補償裝(zhuāng)置(SVC)晶閘管相控電(diàn)抗器(TCR)型靜止型動态無功補償裝(zhuāng)置(SVC)是目前最先進的一種補償技(jì )術，技(jì )術含量高，過去以進口産(chǎn)品居多(duō)，導緻設備造價昂貴，同時，由于普遍采用(yòng)的複雜的水冷系統，造成可(kě)靠性差以及日後的維護費用(yòng)增加。近年來，随着國(guó)内需求的高漲，在榮信公(gōng)司在國(guó)家發改委、國(guó)家計委、國(guó)家科(kē)技(jì )部的大力支持下，TCR型動補已逐步實現了國(guó)産(chǎn)化，極大地降低了TCR型動補的生産(chǎn)成本;同時，具(jù)有(yǒu)自主知識産(chǎn)權的熱管自冷技(jì )術已經成功

< 12 > 前往 頁(yè)