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低压就地动态无功补偿在吊车群供电中的应用探讨

保定巴方电力电子有限公司

低压就地动态无功补偿在吊车群供电中的应用 摘要: 对某钢厂扩建改造工程有关吊车供电系统改造方案展开讨论,为使改造工程量降到最小,节省投资, 供电变压器满足增容需要,提高电网功率因素,提出在滑触线供电处采用就地动态无功补偿装置减少电压 波动,TSC 的设计方案。 关键词: TSC 就地动态无功补偿 吊车群 供电

1 问题的提出 某工程吊车供电系统改造中,因后续吊车负荷增加较大,且不可能增加变压器容量和台 数,就必然面临变压器供电能力不足的问题。因此,采用了增加就地动态无功补偿装置,提 高功率因素的方案,以扩大变压器供电的能力。 改造前吊车供电系统负荷计算,见表一。 一期工程吊车负荷计算 Pjs(kW)

Qjs(kvar)

Sjs(kVA)

CosØ

Ijs(A)

钢水接收跨

1193

2064

2383

0.5

3626

加料跨

784

1356

1566

0.5

2382

表一 由上表负荷计算结果和负荷性质,考虑到主厂房吊车供电要求的高可靠性,采用了变压 器相互备用的方案,具体见下图一。

吊车供配电图 图一

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新建的二期工程,引起加料跨及钢水接收跨吊车台数和容量增加很多,根据厂家提供的 参考资料,我们对吊车供电系统进行了计算:见表二 二期工程负荷计算 Pjs(kW)

Qjs(kvar)

Sjs(kVA)

CosØ

Ijs(A)

钢水接收跨

1497

2589

2990

0.5

4549

加料跨

1722

2979

3441

0.5

5233

表二 根据表二可知 ,原供电方案已完全不能满足要求。主要存在的问题为:由于扩容,变 压器容量不够;由于变压器供电线路电流增大,引起有功和无功损耗增加。 由上述数据可知,扩容后原供电变压器 2X2500kVA 及配电开关及下级配电开关和滑触 线均不能满足扩容后供电要求。 照此,原供电变压器及低压配电柜及滑触线全部要改造,重新设计,而且变压器容量要 加大到 4000kVA 以上,这样,开关的短路容量要求更高,供电电缆更多,滑触线全部更换, 施工难度更大,从而改造费用巨大,停产时间长。 根据负荷计算结果,也曾考虑过在电气室采用低压侧无功补偿方案,由于电气室空间限 制和投资的限制,也曾考虑加大变压器容量的方案。但变压器容量已选最大,无法再扩容。

为了既保证变压器总输出容量不增加,又解决新增设备的供电需要,经过多方比较、论 证,最后决定采用低压就地动态无功补偿方案。 2 无功补偿方案的选择 由于主厂房吊车负载存在功率因素低的特点,主要按以下几点确定选择方案: 1) 能采用就地补偿的地方尽量选用就地补偿方案、就地平衡负载无功功率,以消除无功功 率对供电系统的影响,使整个供配电设施都以较小电流供电从而损耗最小; 2) 选用动态补偿方式补偿无功功率,动态跟随负载无功功率变化,不仅可以使供电电流减 小,获得较大的经济效益,而且从根本上消除了静态滤波器补偿时网压过高和过低对设备的 损坏问题。 3) 选用 TSC(晶闸管投切电容器)补偿方式,吊车供电负载属于感性负载,采用可变的容性无 功直接进行补偿。 基于以上几点,具有谐波治理功能的 TSC 就地动态无功补偿方案是本工程无功补偿方 案的理想选择。 地址:河北省保定市高新区复兴西路 118 号

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2.1 装置主要特点 1) 补偿装置动态响应时间为 15ms,投切时间 10ms。 2) TSC 控制,电流过零点投切,补偿电容入网、退网时电流均为正弦变化,对电网无冲击。 3) 可靠性提高。 2.2 无功补偿的作用及性能 提高功率因素,减少供电线路的输入的无功功率,充分发挥现有变压器容量。 3 TSC 动态无功补偿装置和其它补偿装置的区别 TCR 动态无功补偿(结构如图二),其原理是通过改变可控硅导通角调整感性无功。 固定电容器产生容性无功,靠调节装置内可变的感性无功同固定的容性无功抵消作用,使补 偿装置输出大小可变的容性无功,其特点为当用可控硅作为接通电感的无触点电子开关元件 在改变其导通角时,可获得不低于 20ms 的响应时间,并且没有电流冲击。主要缺点是装置 内部很大一部分无功相互抵消,装置自身损耗比较大。所以,TCR 动态无功补偿虽然可获 得 20ms 的响应时间,但其结构庞大,造价成本高,比较适合高压补偿。 根据补偿理论,低压用户就地补偿从降低线路损耗和用户变压器增容方面来看,都比高 压补偿效益明显。 国内常用的无功补偿装置为静态无功补偿方式,(结构如图三)此类装置价格较低,本 身损耗小。 但静态无功补偿方式的主要缺点为: 1)对波动负载不能及时响应,易产生过补和欠补,例如对大型电动机启动过程无法补偿,造 成网压动态下降。 2)在产生过补偿时会造成网压升高损坏用电设备。 可见这种静态无功补偿方式不能达到和保持最佳的补偿效果,一般只适合于在无功功率 变化不大或缓慢的场合。 而 TSC 低压就地无功动态补偿装置的微机控制单元(结构如图四)采用按无功功率投 切电容器组的补偿原理,只需一次到位,大大减少了开关动作次数。这种控制克服了按功率 因素投切电容器组所带来的不利因素。通常按功率因素投切电容器组需要多次投切才能找到 合适的补偿容量,开关动作次数多,影响了电容器的使用寿命,同时还不能保证电压合格率。

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该装置应用的补偿技术不需附加缓冲电感,可控硅以 10ms 速率直接将电容器投入电网, 降低了补偿装置成本。而且,在电网电压高低不同时可采用不同的补偿算法,以确保不发生 欠补偿和过补偿产生的电网电压升高。 3.1 无功补偿地点的确立 3.1.1 安装在电气室变压器二次侧水平母线上 可减少动力变压器电力损耗,但配出线路及配出馈电开关及滑触线全部要改。改造范围 大,投资多。 3.1.2 安装在吊车上直接与电动机并联 这种方式补偿效果最佳,但投资最贵,而且现场环境恶劣,且安装、维修困难。 3.1.3 安装在现场滑触线电源供电处 现场将按照滑触线电源供电点数量增加控制室以安装无功补偿柜,从而减少线路损耗。 而且环境比较好,容易维护保养。改造范围较小,已实施就是此种方案。 上述用户侧就地补偿方式可以使补偿在以前的整个线路的电流下降,补偿点越接近用电 负载,其节电效果就越显著。 因此无功功率补偿不应仅仅局限于高压侧进行补偿,同时应在用户侧进行就地补偿。 无功补偿装置的位置布置示意图见图五。

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图五 3.2 吊车无功补偿量的计算 补偿量的确定原则 : 功率因素达到 0.92 以上,装置运行中不会出现过补、欠补,且个别电容器损坏后仍能保证 正常运行。 需补偿的无功功率补偿量为: Qc=αP30qc Qc-需要补偿的无功容量 α-平均负荷系数取 0.7~0.8 P30-总计算负荷 kW qc-补偿率 kvar/kW 根据以上公式可计算出需补偿的无功功率及所需补偿装置 将现供电的功率因数由 0.5 提高到 0.92,计算结果见下表三:

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二期工程负荷计算 Pjs(kW)

Qjs(kvar)

Sjs(kVA)

CosØ

Ijs(A)

钢水接收跨

1497

638

1627

0.92

2474

加料跨

1720

733

1869

0.92

2843

表三 4 结论 根据表一~表三及上述计算和分析,得出结论: 增加 TSC 就地低压动态无功补偿后,利用 TSC 就地无功补偿装置产生的容性无功电流 快速、准确地抵消电网中的感性无功电流,从而提高了功率因素,保证了供电质量,提高供 电设备的供电能力。原供电变压器 2X2500kVA 及低压配电柜可以保留,由于加料跨负荷增加 很多,仅加料跨的供电开关更换加大,电缆增大,滑触线增加扁铝线。这样吊车供电及滑触 线改动部分较小。 从上述数据,变压器供电容量可减小 30%以上,电压稳定在电压波动不大于 5V 范围内,线 路损耗和变压器损耗降低 2%以上。

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