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美国电气无功补偿技术的发展

日期:2019-8-27 23:33:00  人气指数:201
 

        现代化的企业中,电动机等感性负荷占据相当大比重,为了保证电动机拖动系统的可靠性,在选择电动机的时候,往往容量偏大,出现“大马拉小车”的现象,使电机的负荷率降低,造成功率因数和效率下降。电机的最高效率一般在75%至满负荷期间出现,而它的功率因数则在满负荷时最高。
 

负荷率
空载
25%
50%
75%
满载
功率因数
0.2
0.5
0.77
0.85
0.89
效率
0
0.78
0.85
0.88
0.88

 
        感应电动机负荷率与功率因数及效率的关系

        它们在消耗有功功率的同时,也需要吸收大量无功功率。无功功率的出现不仅导致发电机出力下降,降低了输配电设备效率,而且还增大了网损,严重影响供电质量。

        解决这一问题,目前主要措施是增容,即扩大变压器和配电线路容量,从而提高供电能力。但是,增容投资大,施工工程量大,周期长。

        无功补偿对企业的节能降耗意义非常大。假如COSØ=0.7,则SINØ=0.71,此时整个配电室有功功率与无功功率基本相等,输电线路、变压器的负载有一半是无功功率,况且线路、变压器的损耗与电流平方成正比,这个数字非常庞大。;如果把功率因数提高到0.95以上,无功功率大大降低,节能效果显著。

       大部分企业对无功补偿的认识不足,仅仅是为了应付电力部门力调电价的考核,重视了变电站内的高压无功补偿,而厂区内的低压无功补偿往往不被重视,甚至忽视。部分企业动力车间为了减少故障率,减少设备的维护费用,低压无功补偿处于退出状态,功率因数偏低。

       部分企业认为有自备电厂,发电机可以输出无功功率,企业与电厂之间输电距离又短,降低线损意义不大,所以忽视了无功补偿。其实,降低线损仅仅是其中一个指标,管理者忽视了发电机的有效出力,如果无功就地补偿,发电机在煤耗增加不多的情况下多发有功功率,减少从网上的购电量,从节能将耗的角度来分析,企业的利润会更可观。随着节能降耗的意识加强,发电厂内部的厂用电也逐渐在进行无功补偿,提高厂变利用率,降低内部损耗。

二、低压无功补偿的现状和发展
 

内 容
机械开关电器
半导体开关电器
复合开关电器
电子式继电器
开关电器
1
电压过零投入
电流过零切除功能
2
投切涌流
3
无功补偿速度
4
耐电压、电流冲击性
5
功率消耗
特大
6
体积与重量
特大(含散热器)
7
价格

 
       低压无功补偿的发展经历了4代,第一代产品是常规的机械开关电器,自从有无功补偿开始,就一直延续到现在,目前还有很多客户在使用。这一代产品采用熔断器、接触器、热继电器控制电容器的投切。优点是价格低廉,缺点是因为浪涌电流的存在,产生一系列的问题:接触器、熔断器容易损坏,电容器涨肚等,下一张节针对这些问题,进行分析。

        第二代产品是半导体开关电器,即固态无触点继电器(可控硅)。可控硅必须采用进口产品,价格昂贵。这一代产品的出现,目的是解决电容器投切瞬间产生的浪涌电流。因为可控硅的导通角能在电压正玄波横轴过零点处导通,接通电路,这样电容器的充电电流即为零,没有冲击。实现了“过零投切”的同时,出现了另一个问题,即发热问题。因为可控硅PN节有压降,3~5V,大电流通过就产生一个很大的功耗,相当于电容柜内有一个大功率的电炉在发热,所以必须安装散热器,用4个风机强制风冷。目前这一代产品在机械加工行业还在应用,因为可控硅有个优点,能在毫秒内跟踪负荷的变化投切电容,所以在电焊机、行车、龙门吊车等负荷占多数的行业内还在应用,其他行业已被淘汰。

        第三代产品是复合开关电器,即接触器与可控硅的结合。接通与断开电容器回路采用可控硅,正常工作时采用接触器。这样解决了投切时的浪涌电流,又解决了可控硅的发热问题。但是又带来了新的问题,生产这个产品的厂家基本上是江浙一带的小型企业,为了降低成本,大部分厂家采用了国产可控硅,耐压等级为1600V,寿命短。因为晶闸管截止后所受反向峰值电压是输入电源电压峰值的两倍,最大值是额定电压的1.4倍,U=1.4*400*2=1120V,考虑到耐受电压是额定电压的2~3倍,至少要选用2500V以上的产品。但是目前国内外小容量(100A以下)晶闸管超过1600V的产品价格非常高,加上电网过电压、谐波等因素影响,造成现有复合开关中的晶闸管截止时处于电压危险区,很容易击穿破坏。

       第四代产品是电子继电器。因为电子产品的发展已经非常成熟,将计算机软硬件技术应用到电容器领域,采用微电子软硬件技术、微型传感器技术、现代控制技术对机械触点进行改造,采用单片机进行电压、电流的交流采样,捕捉正弦波的横轴零点,实现过零投切。实践证明,这一代产品在城农网、化工、煤炭、钢铁、造纸等实际工程收到良好的效果。
 

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