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无功补偿的投切方式

已有 175 次阅读2014-10-21 10:56

3.1 无功补偿的投切器件

(一)    交流接触器控制投入型补偿装置。由于电容器是电压不能瞬变的器件,因此电容器投入时会形成很大的涌流,涌流最大时可能超过100倍电容器额定电流。涌流会对电网产生不利的干扰,也会降低电容器的使用寿命。为了降低涌流,现在大部分补偿装置使用电容器投切专用接触器,这种接触器有1组串联限流电阻与主触头并联的辅助触头,在接触器吸合的过程中,辅助触头首先接通,使电容器通过限流电阻接入电路进行预充电,然后主触头接通将电容器正常接入电路,通过这   种方式可以将涌流限制在电容器额定电流的20倍以下。 

此类补偿装置价格低廉,可靠性较高,应用最为普遍。由于交流接触器的触头寿命有限,不适合频繁投切,因此这类补偿装置不适用频繁变化的负荷情况。 

(二)    晶闸管控制投入型补偿装置。这类补偿装置就是SVC分类中的TSC子类。由于晶闸管很容易受涌流的冲击而损坏,因此晶闸管必须过零触发,就是当晶闸管两端电压为零的瞬间发出触发信号。过零触发技术可以实现无涌流投入电容器,另外由于晶闸管的触发次数没有限制,可以实现准动态补偿(响应时间在毫秒级),因此适用于电容器的频繁投切,非常适用于频繁变化的负荷情况。晶闸管导通电压降约为1V左右,损耗很大(以额定容量100Kvar的补偿装置为例,每相额定电流约为145A,则晶闸管额定导通损耗为145×1×3=435W),必须使用大面积的散热片并使用通风扇。晶闸管对电压变化率(dv/dt)非常敏感,遇到操作过电压及雷击等电压突变的情况很容易误导通而被涌流损坏,即使安装避雷器也无济于事,因为避雷器只能限制电压的峰值,并不能降低电压变化率。 

         此类补偿装置结构复杂,价格高,可靠性差,损耗大,除了负荷频繁变化的场合,在其余场合几乎没有使用价值。 

(三)    复合开关控制投入型补偿装置。复合开关技术就是将晶闸管与继电器接点并联使用,由晶闸管实现电压过零投入与电流过零切除,由继电器接点来通过连续电流,这样就避免了晶闸管的导通损耗问题,也避免了电容器投入时的涌流。但是复合开关技术既使用晶闸管又使用继电器,于是结构就变得相当复杂,并且由于晶闸管对dv/dt的敏感性也比较容易损坏。 

(四)    同步开关(又名选相开关)投入型补偿装置。同步开关技术是近年来最新发展的技术,顾名思义,就是使机械开关的接点准确地在需要的时刻闭合或断开。对于控制电容器的同步开关,就是要在开关接点两端电压为零的时刻闭合,从而实现电容器的无涌流投入,在电流为零的时刻断开,从而实现开关接点的无电弧分断。 

         同步开关技术中拒绝使用可控硅,因此仍然不适用于频繁投切。但由于同步开关相比复合开关和交流接触器更节能、更安全可靠、更节约资源,且选相开关应用了单片机技术,不仅能通过RS485通讯控制方式对多至64路电容器进行控制,还具备通讯功能,可将基层单位的电测量信息实时发送到上级电网,为目前国家正在发展的智能化电网无缝对接等诸多因素,可以预见:采用单片机控制磁保持继电器的LXK系列同步开关(或选相开关)必将替代复合开关和交流接触器成为无功补偿电容器投切开关的主流。

3.2 瞬时投切方式

      瞬时投切方式即人们熟称的"动态"补偿方式,应该说它是半导体电力器件与数字技术综合的技术结晶,实际就是一套快速随动系统,控制器一般能在半个周波至1个周波内完成采样、计算,在2个周期到来时,控制器已经发出控制信号了。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,这种控制方式是机械动作的接触器类无法实现的。动态补偿方式作为新一代的补偿装置有着广泛的应用前景。现在很多开关行业厂都试图生产、制造这类装置且有的生产厂已经生产出很不错的装置。当然与国外同类产品相比从性能上、元器件的质量、产品结构上还有一定的差距。

动态补偿的线路方式

1. LC串接法 

     这种方式采用电感与电容的串联接法,调节电抗以达到补偿无功损耗的目的。从原理上分析,这种方式响应速度快,闭环使用时,可做到无差调节,使无功损耗降为零。从元件的选择上来说,根据补偿量选择1组电容器即可,不需要再分成多路。既然有这么多的优点,应该是非常理想的补偿装置了。但由于要求选用的电感量值大,要在很大的动态范围内调节,所以体积也相对较大,价格也要高一些,再加一些技术的原因,这项技术到目前来说还没有被广泛采用或使用者很少。

2. 采用电力半导体器件

       作为电容器组的投切开关,作为补偿装置所采用的半导体器件一般都采用晶闸管,其优点是选材方便,电路成熟又很经济。其不足之处是元件本身不能快速关断,在意外情况下容易烧毁,所以保护措施要完善。当解决了保护问题,作为电容器组投切开关应该是较理想的器件。动态补偿的补偿效果还要看控制器是否有较高的性能及参数。很重要的一项就是要求控制器要有良好的动态响应时间,准确的投切功率,还要有较高的自识别能力,这样才能达到最佳的补偿效果。 

     当控制器采集到需要补偿的信号发出一个指令(投入一组或多组电容器的指令),此时由触发脉冲去触发晶闸管导通,相应的电容器组也就并入线路运行。需要强调的是晶闸管导通的条件必须满足其所在相的电容器的端电压为零,以避免涌流造成元件的损坏,半导体器件应该是无涌流投切。当控制指令撤消时,触发脉冲随即消失,晶闸管零电流自然关断。关断后的电容器电压为线路电压交流峰值,必须由放电电阻尽快放电,以备电容器再次投入。 

     元器件可以选单相晶闸管反并联或是双向晶闸管,也可选适合容性负载的固态接触器,这样可以省去过零触发的脉冲电路,从而简化线路,元件的耐压及电流要合理选择,散热器及冷却方式也要考虑周全。

3. 混合投切方式

实际上就是静态与动态补偿的混合,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。这种方式在一定程度上可做到优势互补,但就其控制技术,目前还见到完善的控制软件,该方式用于通常的网络如工矿、小区、域网改造,比起单一的投切方式拓宽了应用范围,节能效果更好。补偿装置选择非等容电容器组,这种方式补偿效果更加细致,更为理想。还可采用分相补偿方式,可以解决由于线路三相不平行造成的损失。

 


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