低壓補償電容器柜控制電路（手動+自動方案）

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目 低壓補償電容器柜控制 電路（手動+自動方案） 專 業(yè) 電氣工程與自動化 i目 錄 摘要.abstract.前言.第1章 無功補償?shù)母拍?1 1.1 無功補償?shù)脑?1 1.2 無功補償?shù)淖饔?2 1.3 無功補償補償?shù)姆绞?3 1.4 功率因數(shù)指標(biāo).4第2章 電容器無功補償?shù)脑?5 2.1 電容器無功補償?shù)脑?5 2.2 補償容量的計算.5 2.3 電容器無功補償裝置的選擇應(yīng)注意的問題.6 2.3.1 控制器的選型.6 2.3.2 電容器投切開關(guān)的選型.7 2.3.3 電容器的選型.8第3章 低壓補償電容器柜控制電路的設(shè)計.10 3.1 問題提出.10 3.2 方案

2、分析.11 3.3 低壓無功補償裝置的原理.12 3.4 無功補償裝置的主要元件.12 3.4.1 控制器.12 3.4.2 交流接觸器.13 3.4.3 電容器.13 3.5 控制策略.14 3.6 裝置原理接線圖.14 3.7 無功補償裝置的運行維護(hù).15 3.7.1 電容器組的巡視檢查.16 3.7.2 運行注意事項.16 3.7.3 常見故障及處理.16結(jié)論.18致謝.19參考文獻(xiàn).20附圖：a-001,b-001摘 要電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動機、變壓器等，大部分屬于感性負(fù)荷，造成系統(tǒng)中大量無功負(fù)荷的存在，加上沖擊性負(fù)荷的影響，使得電能傳送過程出現(xiàn)較明顯的功率損耗和電壓損耗，這會對用戶端

3、的電能質(zhì)量造成嚴(yán)重的影響，于是實時快速的無功補償技術(shù)成為解決這個問題的關(guān)鍵。在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器等無功補償設(shè)備以后，可以補償感性負(fù)載所消耗的無功功率，減少了電網(wǎng)電源向感性負(fù)荷提供、由線路輸送的無功功率，由于減少了無功功率在電網(wǎng)中的流動，因此可以降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，無功補償是保持電力系統(tǒng)無功功率平衡、降低損耗、提高供電質(zhì)量的一種重要手段。無功功率補償裝置是電力供電系統(tǒng)中不可缺少的、非常重要的組成部分。合理的選擇補償裝置，可以做到最大限度的減少電網(wǎng)的損耗，提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量。本設(shè)計選用了wzk-a型無功功率自動補償器進(jìn)行無功功率的補償，可使功率因數(shù)提高，減小主變壓器的容

4、量及補償點以前供電系統(tǒng)中各原件上的功率損耗。 關(guān)鍵詞:低壓電容補償器，補償容量，功率因數(shù)，無功功率iiiabstractin the grid power load such as electric motors, transformers, most belong to the perceptual load, resulting in a large number of idle work load in the system, coupled with the impact load, the power loss and voltage loss is appeared in

5、 the transfer process, the customer power caused serious influence quality, so the real-time compensation of wattless power technology has become the key to solve this problem.in the power of installation parallel capacitor and reactive compensation equipment after, can provide the perceptual load c

6、onsumption in the reactive power, reduce the power grid to perceptual load by lines of conveying provide, reactive power, because the reduction in the grid power in reactive power flow, so can reduce the lines and transformer for conveying reactive power caused by electric power, this is the reactiv

7、e power compensation. the reactive power compensation is to keep the store system reactive power balance, reduce loss to the quality of power supply, one important method. reactive power compensation device is electric power supply system of indispensable, very important part. the choice of reasonab

8、le compensation device, can do minimize losses in the power grid, and improve the quality of power supply of power grid. this design choose the wzk-a type of reactive power compensation for automatic reactive power compensation, can make the power factor improvement reduce the capacity of the main t

9、ransformer and power supply system of compensatory point before the power loss of on the original.key words :low voltage capacitor compensator，compensation capacity，power factor ，wattless power前 言目前，我國的電網(wǎng)，特別是廣大的低壓電網(wǎng)，普遍存在功率因數(shù)較低、電網(wǎng)線損較大的情況。導(dǎo)致此現(xiàn)象的主要原因是眾多的感性負(fù)載用電設(shè)備設(shè)計落后，功率因數(shù)較低。比如我國的電動機消耗的電能占全部發(fā)電量的70%，

10、而由于設(shè)計和使用等方面的原因我國電動機的功率因數(shù)往往較低，一般約為cos=0.70。在這種情況下，采用無功補償節(jié)能技術(shù)，對提高電能質(zhì)量和挖掘電網(wǎng)潛力是十分必要的，世界各國都把無功補償作為電網(wǎng)規(guī)劃的重要組成部分。從我國電網(wǎng)功率因數(shù)和補償深度來看，我國與世界發(fā)達(dá)國家有不小差距。因此大力推廣無功補償技術(shù)是非常必要的，并且從以下數(shù)據(jù)，我們也能看出發(fā)展無功補償所能帶來的巨大經(jīng)濟效益。2007年，我國年總發(fā)電量為32559億千瓦時，統(tǒng)計線損率為8.77%，但是這個數(shù)字沒有包含相當(dāng)大的110千伏、35千伏、10千伏的輸電線損及0.38千伏的低壓電網(wǎng)線損。據(jù)報道，估計實際的統(tǒng)計線損率約為15%，即2007年全

11、國年線損量約為4800億千瓦時。全國的理論線損與統(tǒng)計線損基本相一致，其中可變線損約占理論總線損的80%，則年可變線損電量約為3900億千瓦時。如果當(dāng)前全國電力網(wǎng)總負(fù)荷的當(dāng)前功率因數(shù)cos=0.85，采用無功功率補償后，把電力網(wǎng)總負(fù)荷的功率因數(shù)提高到cos=0.95，則每年可以降低線損約為390億千瓦時，按0.5元每千瓦時計，價值約為185億元。2007年全國電網(wǎng)的最大負(fù)荷利用小時數(shù)約為5000小時，則電網(wǎng)的最大負(fù)荷約為2億千瓦，當(dāng)用無功功率補償法把功率因數(shù)cos=0.85,提高到cos=0.95，全國電網(wǎng)需總補償容量約為0.58億千瓦。當(dāng)前無功功率補償裝置設(shè)備主要為電力電容器，假如無功補償設(shè)備

12、每千瓦的平均綜合造價為50元，則全國無功補償裝置的總投資約為29億元。應(yīng)當(dāng)指出，節(jié)省240億千瓦時約相當(dāng)于一座400萬千瓦火電廠的年發(fā)電量，而建一座400萬千瓦的火電廠需綜合費用約為300億元，同時每年需燃燒煤約為1200萬噸，每年產(chǎn)生有害物質(zhì)約為600萬噸。由此可見，產(chǎn)生相同的電力，無功補償?shù)馁M用約為新建電廠費用10%，而且無功補償設(shè)備的費用僅需兩個月的無功功率補償?shù)膶p節(jié)電費用即可全部收回。近20年來，世界各地（包括美國、法國、意大利、英國、俄羅斯、日本等國）發(fā)生的由電壓穩(wěn)定和電壓崩潰引發(fā)的大面積停電事故引起了各國的高度重視。持續(xù)了短短72 小時的8.14 美加大停電給

13、美國造成了巨大的經(jīng)濟損失和社會影響，這次事故提醒人們，電網(wǎng)運行要有足夠的無功備用容量，無功不能靠遠(yuǎn)距離傳輸，在電力市場環(huán)境下，必須制定統(tǒng)一的法規(guī)以激勵獨立發(fā)電商和運營商從維護(hù)整個系統(tǒng)安全性的角度提供充足的無功備用。在我國也曾多次發(fā)生電壓崩潰事故，如1993 年和1996 年南方電網(wǎng)的幾次事故，這些事故都促使人們采取各種措施以維持電網(wǎng)穩(wěn)定。隨著近代電力電子技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，無功補償技術(shù)也隨之發(fā)展。在第一個工業(yè)用晶閘管出現(xiàn)之前，電子半導(dǎo)體由于功率過小，在直流傳動，交流傳動，電磁合閘，交流不間斷電源和無功補償?shù)阮I(lǐng)域內(nèi)一直沒有得到應(yīng)有的推廣使用。晶閘管的出現(xiàn)標(biāo)志著電力電子技術(shù)的誕生

14、，并以此為起點，隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)和變流技術(shù)的發(fā)展，新型的電力電子器件不斷問世，由此引發(fā)了眾多行業(yè)的變革，如交流變頻調(diào)速技術(shù)的蓬勃發(fā)展。同樣電力電子技術(shù)對無功補償技術(shù)也帶來了新的發(fā)展鍥機。國家在大力倡導(dǎo)建立節(jié)約型社會，從國家到地方已明確的下達(dá)了各種節(jié)能指標(biāo)。節(jié)能、節(jié)電事業(yè)正在蓬勃的發(fā)展，這是一股強大的潮流。在所有電力節(jié)能產(chǎn)品中，首先要提到的就是無功補償裝置，這也是唯一在供電政策以及電力法中提到的節(jié)能措施。作為節(jié)能降耗的生力軍，無功補償裝置在我國有著巨大的潛在市場。2009年，一系列的經(jīng)濟振興計劃給電力電子行業(yè)帶來了很多機會，主要供方和用方兩方面。供方主要是對用戶的補貼上，另外，在這個政策的拉動

15、下，企業(yè)也降低了成本壓力。無功補償裝置在節(jié)能降耗領(lǐng)域，趨勢是一直向好的。首先是企業(yè)降低成本的需求，另一個是外部環(huán)境的壓力，地方政府的政績和節(jié)能降耗的水平已經(jīng)掛鉤，國家和地方政府補貼能達(dá)到30以上。近年來，國內(nèi)無功補償市場發(fā)展極其迅猛，產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量都有了大幅度的提升，相當(dāng)一部分優(yōu)勢企業(yè)已經(jīng)開始問鼎國際市場并取得了不俗的業(yè)績。隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，以及節(jié)能降損管理的加強等，引發(fā)了許多領(lǐng)域?qū)o功補償?shù)男枨?。綜上所述，無功補償不僅具有如上所述的節(jié)省投資、節(jié)省電力、節(jié)省燃煤及污染等作用，同時還可以提高電力系統(tǒng)設(shè)備的供電能力，改善電壓質(zhì)量，減少用戶電費開支，延緩用戶的增容改造等作用。i第1

16、章 無功補償?shù)母拍?.1 無功補償?shù)脑?、無功功率電網(wǎng)中電力設(shè)備大多是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，他們在能量轉(zhuǎn)換過程中建立交變的磁場，在一個周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相等。電源能量在通過純電感或純電容電路時并沒有能量消耗，但能量是在電源和電感或電容之間來回交換的，能量交換率的最大值叫做無功功率。由于這種交換功率不對外做功，因此稱為無功功率。2、功率因素實際供用電系統(tǒng)中的電力負(fù)荷并不是純感性或純?nèi)菪缘模羌扔须姼谢螂娙?、又有電阻的?fù)載。這種負(fù)載的電壓和電流的相量之間存在著一定的相位差，相位角的余弦cos稱為功率因數(shù)。它是有功功率與視在功率之比。三相功率因數(shù)的計算公式為： 式中：cos功率因數(shù) p

17、有功功率，kw q無功功率，kvar s視在功率，kva功率因數(shù)通常分為自然功率因數(shù)、瞬時功率因數(shù)和加權(quán)平均功率因數(shù)三種。在三相對稱電路中，各相電壓、電流為對稱，功率因數(shù)也相同。那么三相電路總的功率因數(shù)就等于各相的功率因數(shù)。3、 無功補償電力系統(tǒng)中，不但有功功率要平衡，無功功率也要平衡。有功功率、無功功率、視在功率之間的相量關(guān)系如圖1.1圖1.1- 1 -由式cos=p/s可知，在一定的有功功率下，功率因數(shù)cos越小，所需的無功功率越大。為滿足用電的要求，供電線路和變壓器的容量就需要增加。這樣，不僅要增加供電投資、降低設(shè)備利用率，也將增加線路損耗。為了提高電網(wǎng)的經(jīng)濟運行效率，根據(jù)電網(wǎng)中的無功類

18、型，人為的補償容性無功或感性無功來抵消線路的無功功率。無功補償?shù)淖饔煤驮砜捎脠D2.1來解釋：圖2.1設(shè)電感性負(fù)荷需要從電源吸取的無功功率為q，裝設(shè)無功補償裝置后，補償無功功率為qc，使電源輸出的無功功率減少為q=q - qc，功率因數(shù)由cos提高到cos，視在功率s減少到s。1.2 無功補償?shù)淖饔镁€損是電流在輸變電設(shè)備和線路中流動產(chǎn)生的，因而它由線路損耗和變壓器損耗兩部分組成。按損耗的變化情況可劃分為可變損耗和固定損耗。前者指當(dāng)電流通過導(dǎo)體和變壓器所產(chǎn)生的損耗，包括變壓器的銅損和電力線路上的銅損，它與負(fù)荷率、電網(wǎng)電壓等因素有關(guān)，約占電網(wǎng)總損耗的80%85% 。后者指只要接通電源電力

19、網(wǎng)就存在的損耗，包括變壓器的鐵損，電纜線路、電容器及其他電器上的介質(zhì)損耗及各種計量儀表、互感器線圈上的鐵損，它與電網(wǎng)運行電壓和頻率有關(guān)，占總損耗15%20%。 我國與發(fā)達(dá)國家相比，線損較大。發(fā)達(dá)國家的線損約為2%3%，而我國在2006年的線損統(tǒng)計為7.1%，所以線損的解決顯得越來越重要。在用戶或靠近用戶的變電站裝設(shè)自動投入的并聯(lián)電容器，以平衡無功功率，限制無功功率在電網(wǎng)中傳送，可減少電網(wǎng)的無功損耗，同時還可提高有功功率的輸送量。      無功補償?shù)闹饕饔镁褪翘岣吖β室驍?shù)以減少設(shè)備容量和功率損耗、穩(wěn)定電壓和提高供電質(zhì)量，在

20、長距離輸電中提高輸電穩(wěn)定性和輸電能力以及平衡三相負(fù)載的有功和無功功率。安裝并聯(lián)電容器進(jìn)行無功補償，可限制無功功率在電網(wǎng)中的傳輸，相應(yīng)減少了線路的電壓損耗，提高了配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量。分析如下：1、提高電壓質(zhì)量 把線路中電流分為有功電流ia和無功電流ir，則線路中的電壓損失: 式中： p有功功率，kw q無功功率，kva u額定電壓，kv r線路總電阻， x1線路感抗， 因此，提高功率因數(shù)后可減少線路上傳輸?shù)臒o功功率q，若保持有功功率不變，而r、x1均為定值，無功功率q越小，電壓損失越小，從而提高了電壓質(zhì)量。2、提高變壓器的利用率，減少投資 功率因數(shù)由cos1提高到cos2提高變壓器利用率為： 由此

21、可見，補償后變壓器的利用率比補償前提高s%，可以帶更多的負(fù)荷，減少了輸變電設(shè)備的投資。3、減少用戶電費支出 （1）可避免因功率因數(shù)低于規(guī)定值而受罰。 （2）可減少用戶內(nèi)部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率損耗，電費可相應(yīng)降低。4、提高電力網(wǎng)傳輸能力有功功率與視在功率的關(guān)系式為：p=scos，可見，在傳輸一定有功功率的條件下，功率因數(shù)越高，需要電網(wǎng)傳輸?shù)墓β试叫　?.3 無功補償?shù)难a償方式無功補償?shù)难a償通常有如下三種方式：1、集中補償：裝設(shè)在企業(yè)或地方總變電所635kv母線上，可減少高壓線路的無功損耗，而且能提高本變電所的供電電壓質(zhì)量。2、分散補償：裝設(shè)在功率因數(shù)較低的車間或村鎮(zhèn)終端變、配電所的

22、高壓或低壓母線上。這種方式與集中補償有相同的優(yōu)點，但無功容量較小，效果較明顯。3、就地補償：裝設(shè)在異步電動機或電感性用電設(shè)備附近，就地進(jìn)行補償。這種方式既能提高用電設(shè)備供電回路的功率因數(shù)，又能改變用電設(shè)備的電壓質(zhì)量。無功補償?shù)墓?jié)能只是降低了補償點至發(fā)電機之間的供電損耗，所以高壓側(cè)的無功補償不能減少低壓網(wǎng)側(cè)的損耗，也不能使低壓供電變壓器的利用率提高。根據(jù)最佳補償理論，就地補償?shù)墓?jié)能效果最為顯著。補償方式的選擇為：集中補償與分散補償相結(jié)合，以分散補償為主；調(diào)節(jié)補償與固定補償相結(jié)合，以固定補償為主；高壓補償與低壓補償相結(jié)合，以低壓補償為主。1.4 功率因數(shù)指標(biāo)我國對功率因數(shù)的要求：對供電公司的要求：

23、110kv站，功率因數(shù)在0.950.98之間。220kv站，功率因數(shù)在0.95以上。對用戶的要求：100kva以上的變壓器，功率因數(shù)大于0.9。對農(nóng)灌的要求：100kva以上的變壓器，功率因數(shù)大于0.8。第2章 電容器無功補償?shù)脑?.1 電容器無功補償?shù)脑黼娏ο到y(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)元件的阻抗主要是感性的，需要容性無功來補償感性無功。 (a) (b) (c)將電容并入rl電路之后，電路如圖（a）所示。該電路電流方程為:由圖（b）的向量圖可知，并聯(lián)電容后u與i的相位差變小了，即供電回路的功率因數(shù)提高了。此時供電電流的相位滯后于電壓，這種情況稱為欠補償。若電容c的容量過大，使得供電電流的相位超前于電壓，這種

24、情況稱為過補償。其向量圖如（c）所示。通常不希望出現(xiàn)過補償?shù)那闆r，因為這樣會：（1）引起變壓器二次側(cè)電壓的升高。（2）容性無功功率在電力線路上傳輸同樣會增加電能損耗。（3）如果供電線路電壓因而升高，還會增大電容器本身的功率損耗，使溫升增大，影響電容器使用壽命。2.2 補償容量的計算確定無功補償容量時，應(yīng)注意以下兩點： 1、在輕負(fù)荷時要避免過補償，倒送無功造成功率損耗增加，也是不經(jīng)濟的。2、功率因數(shù)越高，每千伏補償容量減少損耗的作用將變小，通常情況下，將功率因數(shù)提高到0.95就是合理補償。無功功率的傳輸加重了電網(wǎng)負(fù)荷，使電網(wǎng)損耗增加，系統(tǒng)電壓下降。故需對其進(jìn)行就近和就地補償。并聯(lián)電容器可補償或平

25、衡電氣設(shè)備的感性無功功率。當(dāng)容性無功功率qc等于感性無功功率ql時，電網(wǎng)只傳輸有功功率p。根據(jù)國家有關(guān)規(guī)定，高壓用戶的功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到0.9以上，低壓用戶的功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到0.85以上。 電容器的補償容量與采用的補償方式、未補償時的負(fù)載情況、電容器的接法有關(guān)。1集中補償和分組補償電容器容量計算 qc=pav(tg1- tg2) 或 qc=pav×qc 式中：pav最大負(fù)荷的日平均功率 1補償前的功率因數(shù)角，可取最大負(fù)載時的值 2補償后的功率因數(shù)角，一般取0.900.95 qc電容器補償率，qc=tg1 - tg2，查表可知(1) 電容器組為星形接法時 式中：ul裝設(shè)地點的電網(wǎng)線

26、電壓v ic電容器組的線電流a c電容器組每相的電容量 (2) 電容器組為三角形接法時2就地補償電容器容量計算 其中 電動機空載電流 式中 電動機的額定電流a 電動機的自然功率因數(shù) 2.3 電容器無功補償裝置的選擇應(yīng)注意的問題2.3.1 控制器的選型無功功率補償控制器，即無功補償裝置的指揮系統(tǒng)，它首先要對電網(wǎng)的電壓、電流量進(jìn)行采集，通過中央處理器的快速運算，得到電網(wǎng)的有功功率、無功功率、無功電流、功率因數(shù)等參數(shù)，經(jīng)計算再根據(jù)參數(shù)設(shè)定值發(fā)出投切指令，控制投切開關(guān)的動作，從而控制電容器組的投切。同時采樣方式的選擇、參數(shù)的設(shè)定、裝置器件的保護(hù)等均通過控制器來實現(xiàn)。無功補償控制器的種類很多，有些只能進(jìn)

27、行一般的控制，不能存儲數(shù)據(jù)和通信，從而不能很好地了解裝置的投運情況，如投切前的數(shù)據(jù)和投切后的數(shù)據(jù)、電容的投切情況等。為保證無功補償控制器正常地進(jìn)行控制、測量、存儲、通信和保護(hù)，必須注意以下幾點：裝置時鐘必須正確。采樣tv變比的正確性。通信波特率的正確性。投切條件的限值設(shè)置的正確性。保護(hù)條件的限值設(shè)置的正確性?？刂破魇菬o功補償裝置的核心元件，已經(jīng)歷了十幾代產(chǎn)品，目前幾乎每一代產(chǎn)品在市場上都有銷售。早期的產(chǎn)品只采集一相電流，以功率因數(shù)為判據(jù)，在負(fù)荷較輕時，會造成電容器投切開關(guān)的振蕩和頻繁投切，致使電容器投切開關(guān)在短期內(nèi)損壞。當(dāng)三相負(fù)荷不平衡時，又會造成欠補償或過補償現(xiàn)象，不能真正達(dá)到節(jié)能與穩(wěn)定電壓

28、質(zhì)量的目的&過補償時，甚至?xí)﹄娋W(wǎng)安全運行造成不良影響。近幾年來，采集三相電壓、電流，分相分級采用綜合判據(jù)來控制投切的控制器開始陸續(xù)推向市場，且增加了配電監(jiān)測功能、該產(chǎn)品設(shè)計出發(fā)點較好，但大多制造廠家僅僅重視了配電監(jiān)測的功能，忽視了該產(chǎn)品控制電容器投切這一核心功能&控制產(chǎn)品與檢測顯示儀表的設(shè)計思想與技術(shù)側(cè)重點是有根本區(qū)別的?？刂飘a(chǎn)品非常重視產(chǎn)品的抗電磁干擾性能，以及在極端環(huán)境中工作控制性能的穩(wěn)定性&而檢測顯示儀表則講究體積精巧、外觀漂亮、成本低。同類產(chǎn)品大部分因體積太小，散熱效果不好，以致于高溫季節(jié)燒毀控制器的現(xiàn)象時有發(fā)生。由于市場的無序競爭，致使產(chǎn)品在設(shè)計中為了降低造

29、價，不得不以降低產(chǎn)品的抗電磁干擾性能為代價，采用塑料外殼，使用商業(yè)級元件，甚至有些制造廠降低技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，割舍一些必要的后備保護(hù)功能。電子產(chǎn)品制造過程中元件老化篩選、工藝處理以及成品高溫狀態(tài)通電老化是非常專業(yè)的，要求非常嚴(yán)格，一些非正規(guī)的廠家根本就沒有做這方面的工作。如果這些偷工減料的劣質(zhì)產(chǎn)品在電網(wǎng)中運行，將會帶來嚴(yán)重的后果。無功補償控制器是無功補償裝置的核心元件，無功補償裝置能不能正常工作，補償效果如何，與控制器的內(nèi)在質(zhì)量關(guān)系很大，選型時應(yīng)首先考慮控制器產(chǎn)品的特點，將可靠性放在第一位，在滿足控制可靠性前提下再選外觀、價格，否則將得不償失。2.3.2 電容器投切開關(guān)的選型投切開關(guān)是低壓無功補償裝置

30、中最容易損壞的關(guān)鍵元器件，投切開關(guān)目前有三代產(chǎn)品，分別是交流接觸器、晶閘管和復(fù)合開關(guān)。其中，交流接觸器存在投切產(chǎn)生涌流和頻繁投切容易燒壞觸頭的缺點，但其長期運行不發(fā)熱；晶閘管存在投切產(chǎn)生諧波和長期運行發(fā)熱燒壞的缺點，但其投切無浪涌且響應(yīng)速度快；復(fù)合開關(guān)基本工作原理是將晶閘管與接觸器并接，使復(fù)合開關(guān)在接通和斷開的瞬間具有晶閘管過零投切的優(yōu)點，而在正常接通期間又具有接觸器無功耗的優(yōu)點，同時可擴展很多的保護(hù)功能。所以選用復(fù)合開關(guān)是以后發(fā)展的主要趨勢。要保證復(fù)合開關(guān)長期、可靠的運行，選用時必須注意以下幾點：復(fù)合開關(guān)的額定電流必須與投切的電容的額定電流匹配。復(fù)合開關(guān)的接線端子過流要滿足額定電流。復(fù)合開關(guān)

31、的端子的接線必須牢固可靠。電容器投切開關(guān)是無功補償?shù)牧硪粋€重要器件，早期多采用接觸器，在投入過程中涌流大，嚴(yán)重時，會發(fā)生觸頭熔焊現(xiàn)象。投切過程中有電弧，存在觸頭燒蝕現(xiàn)象，加上控制器質(zhì)量不好，會產(chǎn)生投切振蕩，更加快了接觸器損壞的速度&近些年來，一些制造廠開始用可控硅作為電容器投切開關(guān)。可控硅可以在電壓過零時投入，電流過零時切除，涌流小，無電弧。但其存在兩個問題(一是可控硅運行中自身發(fā)熱，尤其是戶外運行的補償裝置，很難在夏季炎熱天氣中正常運行，節(jié)能效果也不好)另外一個問題是，可控硅在電壓非過零時誤觸發(fā)，可控硅電流上升率過大也會使其損壞。事實證明，單獨用可控硅作為投切電容器的開關(guān)是不太理想的

32、。具體投切開關(guān)的選型要針對所設(shè)計的補償裝置，只有這樣才能最大發(fā)揮所選投切開關(guān)的性能。如果電網(wǎng)電壓波動不大，負(fù)載較平穩(wěn)，動態(tài)補償要求不太高不需要快速反應(yīng)，則選擇接觸器投切便可。對于投切開關(guān)的涌流保護(hù)則加電抗器便可。本設(shè)計投切開關(guān)選型為切換電容器接觸器（cjx4型），是專用于低壓無功補償設(shè)備中投入切除并聯(lián)電容器組，以調(diào)整系統(tǒng)的功率因素。切換電容器接觸器帶有抑制浪涌裝置，能有效地抑制接通電容器組的合閘涌流對電容的沖擊和開斷時的過電壓。其結(jié)構(gòu)設(shè)計為正裝式，滅弧系統(tǒng)采用封閉式自然滅弧。接觸器的安裝既可采用螺釘安裝又可采用標(biāo)準(zhǔn)卡軌安裝。2.3.3 電容器的選型補償裝置要長期、可靠運行，必須選用質(zhì)量良好的電

33、容器，電容器接入電力系統(tǒng)中使用，總是在滿載荷下運行，僅在電壓或頻率波動時，載荷才有變動。 在運行中如果電壓、電流和溫度超過了規(guī)定的限度，就會縮短電容器的壽命；同時選用時還要考慮電容器的體積、重量等。電容器在正常運行中，必須注意以下幾點：采用的投切開關(guān)的額定電流必須與電容的額定電流匹配。電容器與投切開關(guān)的連接線必須滿足額定電流的需要。固定在電容器上的連接線必須可靠牢固的連接。低壓無功補償裝置中已基本淘汰了油浸式電容器，被干式電容器所代替。三角形接法的電容器投切過程中因存在過電壓沖擊，損壞擊穿的概率較高，沖擊過電壓對于具有可控硅器件的復(fù)合開關(guān)來講，也具有較大的影響。所以最好采用星形接法的電容器，這

34、種具有零線引出抽頭的電容器，可將電容器電壓限制在相電壓范圍之內(nèi)。如果控制器及投切開關(guān)配合，再將諧波涌流限制好，電容器的使用壽命會大大延長。低壓無功自動補償裝置及其元件制造廠家非常多，各種層次的產(chǎn)品質(zhì)量相差甚遠(yuǎn)，成本差別極大。無功補償裝置選好了，使用壽命很長，確實能起到節(jié)能、穩(wěn)定電壓質(zhì)量的目的，既有明顯的經(jīng)濟效益，又有很好的社會效益。如果選型不好，監(jiān)管不嚴(yán)，會危及電網(wǎng)的安全運行、所以，低壓無功補償裝置要統(tǒng)一規(guī)劃，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，加強監(jiān)管，強調(diào)實用性，兼顧長遠(yuǎn)發(fā)展，除了節(jié)能降耗外，還要為用電管理，配網(wǎng)自動化建設(shè)打好基礎(chǔ)，確實讓無功補償裝置發(fā)揮更好的作用。第3章 低壓補償電容器柜控制電路的設(shè)計3.1 問題

35、提出安達(dá)公司擬建一座降壓變電所，裝設(shè)一臺主變壓器?，F(xiàn)在根據(jù)設(shè)備數(shù)量及生產(chǎn)性質(zhì)得知變電所低壓側(cè)有功計算負(fù)荷為240kw,無功計算負(fù)荷為550 kvar。而國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：高壓供電的工廠，最大負(fù)荷時的功率因素不得低于0.9；其它工廠，功率因素不得低于0.85。如果達(dá)不到上述要求則必須采取人工補償措施。因此供電設(shè)計時考慮無功功率補償時，就應(yīng)該按此最大負(fù)荷時功率因數(shù)來計算。為了使工廠變電所高壓側(cè)的功率因數(shù)不低于0.9，需要在低壓側(cè)裝設(shè)并聯(lián)電容器補償，需裝設(shè)多少補償容量？以及如何實現(xiàn)。并考慮補償前后工廠變電所所選主變壓器容量的變化是研究該項目的主要任務(wù)。 分析：(1)、補償前應(yīng)選變壓器的容量及功率因數(shù)值

36、變電所低壓側(cè)的視在計算負(fù)荷為 s30(2)=kva=600kva這時低壓側(cè)的功率因素 cos(2)=240/600=0.4主變壓器的功率損耗 pt0.015s30(2)=0,015×600=9kw qt0.06s30(2)=0.06×600=36kvar變電所高壓側(cè)的計算負(fù)荷 p30(1)=240kw+9kw=249kw q30(1)=550kvar+36kvar=586kvar s30(1)=kva=636.7kva工廠的功率因數(shù)為cos=p30(1)/s30(1)=249/636.7=0.39變電所容量選擇應(yīng)滿足的條件為sn.ts30(2)，因此在未進(jìn)行無功補償時，變壓

37、器容量應(yīng)選為630kva。 (2)、無功補償容量按規(guī)定變電所高壓側(cè)的功率因數(shù)不得低于0.9，而面前只有0.39，因此需要進(jìn)行無功功率的人工補償.低壓側(cè)補償后的功率因數(shù)應(yīng)高于0.9這里取cos=0.92為使低壓側(cè)功率因數(shù)由0.39提高到0.92，低壓側(cè)需裝設(shè)的并聯(lián)電容器容量應(yīng)為qc=240×(tancos-10.4tancos-10.92)=187.82kvar 取qc=190kvar(3)、補償后的變壓器容量和功率因數(shù) 補償后變電所低壓側(cè)的視在計算負(fù)荷為 s30(2)=kva=432.67kva因此主變壓器容量可改選為500kva，主變壓量降低，直接導(dǎo)致投資成本降低，而且會使運行成本

38、降低，因為供電局基本收費是根據(jù)變壓器容量的大小進(jìn)行的。主變壓器的功率損耗 pt0.015s30(2)=0.015×432.67kw=6.49kw qt0.06s30(2)=0.06×432.67kvar=25.96kvar變電所高壓側(cè)的計算負(fù)荷 p30(1)=240kw+6.49kw=247kw q30(1)=(550190)kvar+25.96kvar=386kvar s30(1)=kva=274kva主變壓器容量選300kva。無功補償后，工廠的功率因數(shù)達(dá)到 cos= p30(1)/ s30(1)=0.9這一功率因數(shù)可以滿足要求 (4)、無功補償前后比較計算負(fù)荷在無功補

39、償后減少容量為 s30(1) s30(1)=637kva274kva=363kva主變壓器容量在補償后減少量為 sn.tsn.t =630kva300kva=330kva 由此可看出利用電容補償柜不僅會減少投資和減小變壓器容量，而且由于提高了功率因數(shù)，還會減少運行成本。3.2 方案分析由上述分析得知，需要電容總體補償量為190kvar。按國家電力部分的相關(guān)規(guī)范規(guī)定，容量較大的配電變壓站設(shè)計補償方案時，分步電容容量不應(yīng)大于30kvar。因此考慮按200kvar的電容容量配備，用10個20kvar三相電容量分步補償，為了防止溫度過高引起工況變差，考慮散熱問題。根據(jù)供電系統(tǒng)的特點和技術(shù)要求，負(fù)載較平

40、穩(wěn)，動態(tài)補償要求不太高，這里采用接觸器投切的方法，具有動態(tài)無功補償?shù)墓δ埽梢赃B續(xù)頻繁投切電容器租而不影響開關(guān)和電容器的壽命；采用計算機組數(shù)字化控制技術(shù)，實時監(jiān)測無功功率，動態(tài)跟蹤補償，使功率因數(shù)始終保持在預(yù)先設(shè)定的cos左右，智能控制器按先投入先切出、后投入后切出的原則實時自動切投。3.3 低壓無功補償裝置的原理主要由接觸器、斷路器、補償電容器、自動補償器等組成。補償器報據(jù)實時過程中的電壓、電流相位變化（即cos的值），自動進(jìn)行電容補償器的投入或切除，補償cos的值設(shè)置為0.92左右。補償裝置快速、準(zhǔn)確地抵消電網(wǎng)中的感性無功電流，從而提高了功率因數(shù)，保證了用電質(zhì)量。提高了供電設(shè)備的供電能力，

41、井減小了電路中的損耗。本裝置由10路(20kvar)容量的電容器組成。采用了報據(jù)無功功率和電網(wǎng)電壓大小的綜合控制策略，有自動投切容器組的補償裝置的控制回路。本系統(tǒng)選擇了優(yōu)先滿足電壓的原則，即先根據(jù)電網(wǎng)電壓值的高低來決定是否投切電容器，在電壓合格的范圍內(nèi)再根據(jù)無功功率的大小來控制電容器的投切。這時，在電壓變化很大的特殊情況下，電容器仍然能夠適當(dāng)動作以保持合格的電壓；在電壓合格的范圍內(nèi)，電容器又能根據(jù)無功功率大小進(jìn)行合適的補償。這樣一來，在電壓與無功功率的相互配合下，補償器既能進(jìn)行無功功率的平衡，又能反映電壓的頻繁變化，大大提高了控制的可靠性和靈活性。同時，在電壓上下限附近設(shè)置了回差區(qū)間。當(dāng)電壓超

42、限又立即跳至回差區(qū)時電容器不會動作，這樣有效地防止了投切振蕩。其中無功功率控制是指根據(jù)測得的電壓、電流和功率因數(shù)等參數(shù)，計算出應(yīng)該投入的電容容量，然后在電容組合方式中選出一種接近但又不會過補償?shù)慕M合方式，電容器投切一次到位，如果計算值小于最小一組電容器的容量（下限值），則應(yīng)保持補償狀態(tài)不變，只有當(dāng)所需容量大于或等于下限值時，才執(zhí)行相應(yīng)的投切。3.4 無功補償裝置的主要元件3.4.1 控制器wzka型無功功率自動補償控制器是低壓配電系統(tǒng)中自動平衡補償無功功率的專用儀器。其功能特點有：1、 兩套檢測控制系統(tǒng)，大電流負(fù)荷按功率因素控制，小電流負(fù)荷按無功電流控制， 使之控制更為合理準(zhǔn)確。2、 輸出電路

43、為先投入先切出，后投入后切除的循環(huán)工作方式。3、 過電壓保護(hù)電力電容器，切除值400v450v之間可任意調(diào)整并有燈光提示。4、 具有手動投入、切除功能，可對整機進(jìn)行模擬檢驗。5、 超低負(fù)荷小電流自動切出功能。6、 電敏度調(diào)整，用戶總負(fù)荷變化時，可改變投、切值。3.4.2 切換電容器接觸器本裝置的切換電容器觸器選型為cjx463/3，主要用于交流50hz(或60hz),供低壓無功功率補償設(shè)備投入或切除低壓并聯(lián)電容器之用。換電容器接觸器帶有抑制浪涌裝置，能有效地抑制接通電容器組的合閘涌流對電容的沖擊和開斷時的過電壓，特別適用于帶有微機控制的無功功率自動補償電容器柜中。其原理接線圖見附圖a001。結(jié)

44、構(gòu)特點：切換電容接觸器由cjx2接觸器、轉(zhuǎn)換觸頭組成和六根電阻線組成，主觸頭分上下兩層，上觸頭有三相轉(zhuǎn)換主觸頭，每對主觸頭兩側(cè)分別串入一根限流電阻線，然后與下轉(zhuǎn)換觸頭對應(yīng)并聯(lián)。當(dāng)接觸器通過線圈工作電壓us后，接觸器鐵心吸合，帶動轉(zhuǎn)換觸頭組支架及三對轉(zhuǎn)換主觸頭。由于轉(zhuǎn)換主觸頭開距小于接觸器主觸頭，轉(zhuǎn)換主觸頭先于接觸器主觸頭閉合，接通電阻，抑制涌流數(shù)毫秒后主觸頭接通，接觸器開始正常工作。在轉(zhuǎn)換主觸頭支架先下運動到位時，永磁鐵心與銜鐵分開，轉(zhuǎn)換主觸頭隨之分?jǐn)?，返回到原始位置。切換電容器接觸器是利用小開距的轉(zhuǎn)換主觸頭先接通電阻，以抑制合閘涌流，用接觸器的大開距主觸頭來分?jǐn)嚯娙蓦娏鞑⒁种品珠l電弧重燃過電

45、壓的產(chǎn)生，從而實現(xiàn)電容器組的正?？煽壳袚Q。正常工作條件：1、周圍空氣溫度-5+40,24小時的平均值不超過+35。2、安裝地點：海拔不超過2000m。3、空氣相對溫度在最高溫度為+40時，不超過50%，在較低溫度下可以有較高的相對濕度,最濕月的月平均最低溫度不超過25。該月的月平均最大相對溫度不超過90%；由于溫度變化發(fā)生在產(chǎn)品上的凝露情況必須采取措施。4、接觸器應(yīng)安裝和使用在無顯著搖擺、沖擊和振動的地方。5、接觸器應(yīng)按正常位置安裝，安裝面與垂直面傾斜度不超過±30，安裝可采用鏍釘安裝或卡裝在35或75安裝軌上。3.4.3 電容器本裝置采用bsmj自愈式低電壓并聯(lián)電容器，選型為bms

46、j0.4203，主要用于低壓電網(wǎng)提高功率因素，減小無功損耗，改善電壓質(zhì)量。電容器特征：單元為矩形、橢圓形或圓柱形金屬外殼，全密封結(jié)構(gòu)，體積小、重量輕；電性能優(yōu)異、功率因數(shù)損耗小，具有自愈性，使用壽命長；該類的容器內(nèi)部具有內(nèi)熔絲，溫度感應(yīng)器，機械防爆等裝置，安全可靠，維護(hù)方便。3.5 控制策略本裝置根據(jù)電網(wǎng)電壓和無功功率的大小綜合控制，電壓是線路無功功率的敏感參數(shù)，以電壓為檢測量，這種控制方式簡單、可靠。首先，本系統(tǒng)選擇優(yōu)先滿足電壓的原則，既先根據(jù)電網(wǎng)電壓值的高低來決定是否投切電容器，在電壓合格的范圍內(nèi)在根據(jù)無功功率的大小來控制電容器的投切。這是，在電壓變化很大的特殊情況下，電容器仍然能夠適當(dāng)動

47、作以保持合格的電壓；在電壓合格范圍內(nèi)，電容器又能根據(jù)無功功率大小進(jìn)行合適的補償。這樣一來，在電壓與無功功率的相互配合下，補償器既能進(jìn)行無功功率的平衡，又能反映電壓的頻繁變化，大大提高了控制的可靠性和靈活性。同時，在電壓上下限附近設(shè)置了回差區(qū)間。當(dāng)電壓超限又立即跳至回差區(qū)間時電容器不會動作，這樣有效的防止了投切震蕩。本裝置采用自動+手動控制方案，其工作方法如下。手動工作，將開關(guān)置于手動位置：1、 將投入/切除開關(guān)至于投入位置，cos表指針向滯后方向偏轉(zhuǎn)，投入指示燈亮，輸出指示燈依次發(fā)亮。2、 將投入/切除開關(guān)置于切除位置，cos表指針向超前方向偏轉(zhuǎn)，切除指示燈亮，輸出指示燈依次熄滅。自動工作，將

48、開關(guān)置于自動位置：1、 觀察cos表，如此時為之后，則cos表指針應(yīng)向滯后方向偏轉(zhuǎn)，控制器分布投入電容器直至電網(wǎng)功率因素接近cos=1。2、 如無電容器投入，功率因素表指示為滯后，但控制器上的cos表指針卻向前方偏轉(zhuǎn)，此時可將控制器上的電壓信號對調(diào)（改變電壓相位）。也可將控制器上電流信號線對調(diào)（改變電流相位）即可正常工作。3.6 裝置原理接線圖用一個低壓電容器補償柜作為裝置，采用10路20kvar的電容器，主要接線見圖b001。電容的投切全部由自動補償器自動控制，通過電壓、電流、功率因素測量回路進(jìn)行測量，送至處理器，通過程序計算出無功補償量，然后發(fā)出電容器投切控制信號，自動完成無功補償。主回路

49、：合上刀熔開關(guān)和斷路器，無功功率補償控制器根據(jù)進(jìn)線柜電壓和電流的相位差輸出控制信號自動控制交流接觸器閉合和斷開，從而控制電容器的投入和切除。也可通過人工控制交流接觸器閉合和斷開，從而控制電容器的投入和切除?？刂苹芈罚弘娏餍盘杋取自總進(jìn)線柜電流、互感器二次側(cè)，如電壓信號取a相c相，電流信號取b相，電壓信號取b相c相，電流信號取a相，電壓信號取a相b相，電流信號取c相。2sa為轉(zhuǎn)換開關(guān)，當(dāng)打到自動時3與4，5與6分別接通接入電壓信號，此時電容器的投切由自動補償儀控制（wzk-a功率因數(shù)設(shè)置到0.95）。當(dāng)手動控制時，打到1時投入1步電容器容量為20kvar，接通10時投入10步電容器此時容量為20

50、0kvar。為了觀察和檢測的需要我們還做了電壓和電流的功率因素的測量回路，（見圖hq-y011）電壓中轉(zhuǎn)換開關(guān)1sa打到左時接入a、b相，此時電壓表顯示uab。打到中間時接入b、c相，此時電壓表顯示ubc。打到右邊時接入a、c相，此時電壓表顯示uac。本裝置設(shè)置的指示燈主要用在電容斷開時消耗電容中的電流，防止過電流。由于電容器發(fā)熱較大，需加散熱裝置，wk1和wk2在達(dá)到一定溫度時，自動閉合，啟動軸流風(fēng)機。補償電容器的接線方式為接法。由于20kvar電容器的額定電流為30.3a，熱繼電器選jr16-63/3（2845a），接觸器選cfx4-63/3，主觸頭額定電流為63a，主電路熔斷器選rt14-63/40a。3.7 無功補償裝置的運行維護(hù)3.7.1 電容器組的巡視檢查1、 日常巡視檢查 電容器組的日常巡視檢查由變電所運行值班人員進(jìn)行。有人值班時，每班檢查一次；無人值班時，每周檢查一次。夏季應(yīng)在室溫最高時進(jìn)行，也可在系統(tǒng)電壓最高時進(jìn)行。日常巡視檢查項目：（1） 檢查三相電流是否平衡，各種儀表