就地動態無功補償分析論文

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摘要：對某鋼廠擴建改造工程有關吊車供電系統改造方案展開討論，為使改造工程量降到最小，節省投資，供電變壓器滿足增容需要，提高電網功率因素，提出在滑觸線供電處采用就地動態無功補償裝置減少電壓波動，TSC的設計方案。

關鍵詞：TSC就地動態無功補償吊車群供電

1問題的提出

某工程吊車供電系統改造中，因后續吊車負荷增加較大，且不可能增加變壓器容量和臺數，就必然面臨變壓器供電能力不足的問題。因此，采用了增加就地動態無功補償裝置，提高功率因素的方案，以擴大變壓器供電的能力。

改造前吊車供電系統負荷計算，見表一。

一期工程吊車負荷計算

Pjs(kW)Qjs(kvar)Sjs(kVA)CosØIjs(A)

鋼水接收跨1193206423830．53626

加料跨784135615660．52382

表一

由上表負荷計算結果和負荷性質，考慮到主廠房吊車供電要求的高可靠性，采用了變壓器相互備用的方案，具體見下圖一。

吊車供配電圖圖一

新建的二期工程，引起加料跨及鋼水接收跨吊車臺數和容量增加很多,根據廠家提供的參考資料,我們對吊車供電系統進行了計算：見表二

二期工程負荷計算

Pjs(kW)Qjs(kvar)Sjs(kVA)CosØIjs(A)

鋼水接收跨1497258929900．54549

加料跨1722297934410．55233

表二

根據表二可知，原供電方案已完全不能滿足要求。主要存在的問題為：由于擴容，變壓器容量不夠；由于變壓器供電線路電流增大，引起有功和無功損耗增加。

由上述數據可知，擴容后原供電變壓器2X2500kVA及配電開關及下級配電開關和滑觸線均不能滿足擴容后供電要求。

照此，原供電變壓器及低壓配電柜及滑觸線全部要改造，重新設計，而且變壓器容量要加大到4000kVA以上，這樣，開關的短路容量要求更高，供電電纜更多，滑觸線全部更換，施工難度更大，從而改造費用巨大，停產時間長。

根據負荷計算結果，也曾考慮過在電氣室采用低壓側無功補償方案，由于電氣室空間限制和投資的限制，也曾考慮加大變壓器容量的方案。但變壓器容量已選最大，無法再擴容。

為了既保證變壓器總輸出容量不增加，又解決新增設備的供電需要，經過多方比較、論證，最后決定采用低壓就地動態無功補償方案。

2無功補償方案的選擇

由于主廠房吊車負載存在功率因素低的特點,主要按以下幾點確定選擇方案：

1)能采用就地補償的地方盡量選用就地補償方案、就地平衡負載無功功率，以消除無功功率對供電系統的影響，使整個供配電設施都以較小電流供電從而損耗最??；

2)選用動態補償方式補償無功功率，動態跟隨負載無功功率變化，不僅可以使供電電流減小，獲得較大的經濟效益，而且從根本上消除了靜態濾波器補償時網壓過高和過低對設備的損壞問題。

3)選用TSC(晶閘管投切電容器)補償方式，吊車供電負載屬于感性負載，采用可變的容性無功直接進行補償。

基于以上幾點，具有諧波治理功能的TSC就地動態無功補償方案是本工程無功補償方案的理想選擇。

2.1裝置主要特點

1)補償裝置動態響應時間為15ms，投切時間10ms。

2)TSC控制，電流過零點投切，補償電容入網、退網時電流均為正弦變化，對電網無沖擊。

3)可靠性提高。

2.2無功補償的作用及性能

提高功率因素，減少供電線路的輸入的無功功率，充分發揮現有變壓器容量。

3TSC動態無功補償裝置和其它補償裝置的區別

TCR動態無功補償（結構如圖二），其原理是通過改變可控硅導通角調整感性無功。固定電容器產生容性無功，靠調節裝置內可變的感性無功同固定的容性無功抵消作用，使補償裝置輸出大小可變的容性無功，其特點為當用可控硅作為接通電感的無觸點電子開關元件在改變其導通角時，可獲得不低于20ms的響應時間，并且沒有電流沖擊。主要缺點是裝置內部很大一部分無功相互抵消，裝置自身損耗比較大。所以，TCR動態無功補償雖然可獲得20ms的響應時間，但其結構龐大，造價成本高，比較適合高壓補償。

根據補償理論，低壓用戶就地補償從降低線路損耗和用戶變壓器增容方面來看，都比高壓補償效益明顯。

國內常用的無功補償裝置為靜態無功補償方式，（結構如圖三）此類裝置價格較低，本身損耗小。

但靜態無功補償方式的主要缺點為：

1)對波動負載不能及時響應，易產生過補和欠補，例如對大型電動機啟動過程無法補償，造成網壓動態下降。

2)在產生過補償時會造成網壓升高損壞用電設備。

可見這種靜態無功補償方式不能達到和保持最佳的補償效果，一般只適合于在無功功率變化不大或緩慢的場合。

而TSC低壓就地無功動態補償裝置的微機控制單元（結構如圖四）采用按無功功率投切電容器組的補償原理，只需一次到位，大大減少了開關動作次數。這種控制克服了按功率因素投切電容器組所帶來的不利因素。通常按功率因素投切電容器組需要多次投切才能找到合適的補償容量，開關動作次數多，影響了電容器的使用壽命，同時還不能保證電壓合格率。

該裝置應用的補償技術不需附加緩沖電感，可控硅以10ms速率直接將電容器投入電網，降低了補償裝置成本。而且，在電網電壓高低不同時可采用不同的補償算法，以確保不發生欠補償和過補償產生的電網電壓升高。

3.1無功補償地點的確立

3.1.1安裝在電氣室變壓器二次側水平母線上

可減少動力變壓器電力損耗，但配出線路及配出饋電開關及滑觸線全部要改。改造范圍大，投資多。

3.1.2安裝在吊車上直接與電動機并聯

這種方式補償效果最佳，但投資最貴，而且現場環境惡劣，且安裝、維修困難。

3.1.3安裝在現場滑觸線電源供電處

現場將按照滑觸線電源供電點數量增加控制室以安裝無功補償柜，從而減少線路損耗。而且環境比較好，容易維護保養。改造范圍較小，已實施就是此種方案。

上述用戶側就地補償方式可以使補償在以前的整個線路的電流下降，補償點越接近用電負載，其節電效果就越顯著。

因此無功功率補償不應僅僅局限于高壓側進行補償，同時應在用戶側進行就地補償。

無功補償裝置的位置布置示意圖見圖五。

圖五

3.2吊車無功補償量的計算

補償量的確定原則：

功率因素達到0.92以上，裝置運行中不會出現過補、欠補，且個別電容器損壞后仍能保證正常運行。

需補償的無功功率補償量為:

Qc=αP30qc

Qc-需要補償的無功容量

α-平均負荷系數取0.7~0.8

P30-總計算負荷kW

qc-補償率kvar/kW

根據以上公式可計算出需補償的無功功率及所需補償裝置

將現供電的功率因數由0.5提高到0.92，計算結果見下表三：

二期工程負荷計算

Pjs(kW)Qjs(kvar)Sjs(kVA)CosØIjs(A)

鋼水接收跨149763816270．922474

加料跨172073318690．922843

表三

4結論

根據表一～表三及上述計算和分析，得出結論：

增加TSC就地低壓動態無功補償后，利用TSC就地無功補償裝置產生的容性無功電流快速、準確地抵消電網中的感性無功電流，從而提高了功率因素，保證了供電質量，提高供電設備的供電能力。原供電變壓器2X2500kVA及低壓配電柜可以保留,由于加料跨負荷增加很多，僅加料跨的供電開關更換加大，電纜增大，滑觸線增加扁鋁線。這樣吊車供電及滑觸線改動部分較小。

從上述數據，變壓器供電容量可減小30％以上，電壓穩定在電壓波動不大于5V范圍內，線路損耗和變壓器損耗降低2％以上。