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日志

 
 

零过渡过程动态滤波补偿装置ZRTBBD  

2009-04-06 21:20:55|  分类: 无功补偿谐波治理 |  标签: |举报 |字号 订阅

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TBBDL系列零过渡过程动态滤波补偿装置产品简介

TBBDL系列零过渡过程动态无功滤波补偿装置是由**********与重庆大学微研系及中科院研发的、具有新一代配电系统安全、环保、高效节能的高科技产品。

20世纪80年代以来,随着电力电子技术的迅速发展,我们的电力系统安全运行正面临着严重的威胁,电力系统的供电质量正逐步下降,一些非线性的负荷正把谐波电流注入系统,使公共连接点的电压波形严重畸变,并产生很强的电磁干扰(EMI),给周围的电气环境带来极大的污染。

波形畸变是电力系统中的非线性设备引起的,流过非线性设备的电流和加在其上的电压不成比例关系。任何周期性的畸变波形都可用正弦波的和表示,既该波形可用一系列频率为基波频率整数倍的理想正弦波的和来表示。所以国际上公认的谐波的定义为:谐波是一个周期电气量的正弦波分量,其频率为基波频率的整数倍。

供电系统的典型谐波源:

为克服谐波畸变引起的低压开关设备的发热和误动作,建议按以下原则选择低压配电设备:热磁型、电子型配电用断路器应适当降低额定电流使用;漏电保护器除应适当降低额定电流使用外,尚应在选定额定电流灵敏度时考虑谐波的泄漏电流;接触器、热继电器应适当降低额定电流使用;在谐波畸变较严重的配电回路中可放大一级选择低压配电设备

由低压电网供给电源的各种电器设备,在市政生活和企事业单位应用十分广泛,在这些家用电器中,有不少家用电器含有非线性元件,会产生谐波电流,主要有电视机、各种节能灯、电冰箱、洗衣机、微波炉、电磁炉、计算机、激光打印机、充电器、各种医疗和科研用的仪器和设备、调速驱动例如空调用压缩机、高层建筑用的大型电梯等,它们大都是用晶闸管、小功率的整流装置等电力电子元件,有的电器带小容量变压器。其励磁电流所占比例较大,虽然其单个容量小数十瓦到数千瓦,但数量较多且分布很广,它们产生的高次谐波也会对电力系统造成影响,加重电力网的谐波污染。

电视机

家用电器中对电网谐波影响最大的电器就是电视机群。由于采用单相桥式整流电容平波电路,其整流元件要等到整流电压大于电容器的储能电压时才能导通。故交流侧电流只有正弦波的波头部分。其特征谐波全部为奇次谐波,而且谐波的峰值与基波峰值相重合。同一相电压供电的多台电视机产生的谐波相位相同,而且同时间的使用率高,造成配电网谐波的增大。彩色电视机的尖峰电流比黑白电视机的大,特别是3次、5次、7次及9次尤为严重。

非线性照明用电

最广泛采用的照明灯是白炽灯,但它效率低,电耗较大。近些年来出现的各种节能灯,效率比白炽灯高许多。但白炽灯是线性负荷,而节能灯几乎都是谐波源,在晚上,即是谐波高峰时段,但大多节能灯的谐波电流畸变率比电视机要低,不同种类和型式节能灯的主要谐波电流的相位也有所分散。主要的节能灯有荧光灯、高压气体放电灯和调光白炽灯等。

高压气体放电灯

高压气体放电灯利用有一定压力的汞、钠、镝、铟和金属卤化物的蒸汽,放电时有负电阻特性,故串接非线性的镇流器、高压钠灯和汞灯用得较多。高压气体放电灯主要用于街道、广场、露天矿等处的照明,其谐波特征是主要产生3、5、7次谐波,其量随灯具的容量而幅度增大。

调光白炽灯

调光白炽灯或其它家用电器的电力调节电路是通过用可控硅切除正弦电流的一部分来调节负载电流的大小。其特征谐波电流全部为奇次谐波,不同控制角α的谐波电流含量不同,一般地,α越大,谐波电流含量越大。

家用电器

空调机

随着经济发展和人民生活水平的提高,空调用电连年飚升。由于空调机功率较大每台600W到数千瓦,因此在许多城市中空调负荷将跃居市政用电的榜首。因此,空调用电在性质上属于线性还是非线性,与未来城网背景谐波的涨幅密切相关,相关测试表明,空调机谐波电流大小依工作方式而变,只开风扇时,THDi%为6~9%,制冷时为20~27%,制热时为22~34%,谐波分布为2~17次,可见,无论是制冷还是制热,THDi都不小,而单台的各次谐波电流比电视机的还要大得多。况且空调机的工艺不断改进,变频空调应用已日益广泛,变频装置的谐波含量与分布更大,因此就配电网的谐波管理来讲,应对各型空调机的谐波量进行调查,并制订相关标准。

电冰箱

家用电冰箱的功率和彩电差不多,其谐波电流含有率比彩电小得多,但电冰箱谐波参与夜晚出现的家电谐波高峰。其谐波主要是3次、5次和7次,其中含有率3次为10~13%,5次为3~5%,7次为0.5~2%,7次以上小于0.8%。

洗衣机

洗衣机的功率与电冰箱接近,谐波电流畸变率稍大。但每天开机时间短,参与夜晚出现的家电谐波高峰的同时系数不大。

例如,洗衣机产生的谐波含有率3次21~40%,5次4.5~9%,7次3~6%,9次1~4%,13次以上很小。

计算机

随着信息时代的到来,家用计算机和企事业单位计算机应用已开始普及,一般计算机用电负荷和谐波电流主要是显示器CRT的非线性用电,它和彩电十分相似。

计算机整机运行和显示器单独运行相比,第3~11次谐波电流含有率稍减,而第13、15、17次谐波电流含有率稍增。由于计算机的谐波含有率高,谐波电流相位和电视机的谐波电流重合,而且商场和家用计算机的普及,以及多班制工作的计算机房的计算机都要参与夜晚出现的家用谐波高峰。所以计算机的谐波影响将迅速增大。另外,各种打印机、复印机、游戏机的用电性质以及谐波含有率也与计算机相类似。

 电池充电器等

电池充电器是对各种可充电电池充电的装置,其容量随充电时电池的容量和个数而定。在我国小容量的充电器应用较为广泛,国外应用更为普通,容量较大的对蓄电池充电的充电器使用量也在增加。随着今后电力汽车的使用,它可能成为产生谐波的一种主要的家用电器。充电器的接线同单相普通整流回路,其电流通过分解可得各次齐次高次谐波。作为供电系统的负载,还应计及变压器的励磁电流。对于充电器来讲,励磁电流在负载电流中所占比例将远大于电力变压器的情况。

电子开关型:主要为各种交直流换流装置、双向晶闸管可控开关设备以及PWM变频器等电力电子设备。6脉动、12脉动

        电弧型:交流电弧炉和交流电焊机等。2次、3次、4次、5次、7次等

        荧光灯及计算机等负荷:3次、5次、7次、9次等

解决这种由谐波带来的干扰问题的方法就是安装滤波器,设计时根据不同的谐波性质设计成不同的低阻抗通道。

谐波对变压器的影响

谐波对变压器的主要影响是温度的增加和损耗的增大,当负荷含有谐波电流时,通过阻抗形成谐波电压,谐波电压在铁心叠片中将产生涡流电流,使其产生发热和损耗,这部分损耗以引起涡流的谐波电流的频率的平方成正比增加。进而导致了变压器基波负载容量下降,在早些年运行中的变压器,运行几年都是很正常,但随着近几年电力电子装置的增多,有些变压器的基波容量明显不够,并且发热量和噪声明显增加,这里就有由于谐波的干扰而造成的。

  当负载含有大量的三倍频谐波时,即零序谐波时,其谐波电流在变压器的线圈和铁心中形成环流,如果变压器二次没有中性点或中性点不接地,则这些谐波磁链在箱体和铁芯中引起附加发热,如果中性点接地,则会在中性点汇集大量的3倍频谐波电流,引起负载不能正常运行。

谐波对电动机的影响

谐波同样使电动机的温度增加和损耗的增大,主要表现在谐波频率下的铁损和铜损的增加,谐波电压畸变将引起电动机的效率下降、振动和噪音增加。

对于一些多台电动机的传动设备,要求这些电动机的速度和转矩必须保持一致,不同的运行速度和转矩将导致产品质量的下降,更为严重的是使整个工件报废,由于谐波含有各种特殊的频率的谐波电流,所以会产生一定的附加转矩,谐波的干扰就会使上述情况发生。

  谐波对电力电容器的影响

由于电力电容器主要表现为容性特征,其容抗随着频率的增加而减小,所以电力电容器具有吸收高次谐波的功能,高次谐波电流流入电容器,使电容器的温度增大和损耗增加,从而影响电容器的使用寿命。

由于电容器的容性特征,加之线路或变压器的感性特征,电容器很容易与系统在某一特征频率下产生谐振,进而更加放大了谐波电压和谐波电流,会使电容器因过电压或过电流而烧毁,所以设计时一定要考虑与系统的谐振问题。

早期的无功补偿大部分采用了串联了0.5%、1%、5%、6%电抗率的电抗器,0.5%、1%电抗率的电抗器只是作为限制合闸涌流用,对谐波没有什么吸收作用,5%、6%电抗率的电抗器对5次以上谐波有一定的吸收作用,可是效果不大,并且忽略了3次谐波的影响,电容器补偿装置盲目串接5%、6%电抗率的电抗器后,引起了三次谐波的放大甚至发生谐振,因此经常发生电容器或电抗器烧毁事件,所以在选型设计时一定要小心。

谐波对电能计量和电子设备的影响

谐波对模拟式仪表和电子式仪表在计量方面产生误差。

模拟式仪表在绕组和圆盘中会出现谐波电流或涡流,由于谐波电流或涡流的存在,在圆盘上产生转矩,使电能表反映出谐波功率,进而使计量产生误差。

电子式仪表会把有害的谐波功率和有益的基波功率同等对待,所以据一些参考资料它的计量误差大于感应式电能表。

谐波对电子设备的影响主要是由于谐波电压或谐波电流的零点和峰值发生变化,即不是真正的零点和峰值,常会使控制电路出现误动,使控制系统控制失败,进而会使整个系统发生崩溃。

该系列装置采用了 “零过渡过程二控三电容投切方法及装置”发明专利技术,将无功补偿装置与电网视为一个有机的整体,以二控三大功率电力电子开关为执行机构,ARM嵌入式系统为控制单元,通过检测电网和无功补偿装置的基本电物理量和零过渡过程条件,自动跟踪、分析电网和无功补偿装置的运行状态,根据电网的无功功率变化确定投切电容器组的组数,根据电磁能量守恒原理,在电容器无需放电的情况下,选择在系统零过渡过程时刻动态投切电容器组,使电网的动态电流和电压的非周期衰减分量接近零,从而实现零过渡过程动态无功补偿。

 

“零过渡过程动态无功补偿装置”项目的科技成果鉴定,鉴定委员会技术评价:“该成果所采用的控制方法处于国际领先水平。”

 

与国内外传统的无功补偿技术相比,该系列装置具有以下五个方面的技术创新:

1)    安全性:零过渡过程投切电容器组,避免电容器投切产生过电压和过电流,使无功补偿装置的使用寿命提高3~4倍、其它供用电设备使用寿命延长、效率提高;

2)    环保性:补偿装置工作不产生谐波、不引起电压波形畸变、不产生投切振荡或投切涌流,可以抗谐波并吸收部分谐波,可抑制冲击负荷引起的电压波动,提高电压质量;

3)    动态性:电容器组投切无需电阻放电,使电容器组投切间隔响应速度比现行的国家和行业标准提高3000倍以上,可快速、动态补偿冲击负荷,抑制电压剧烈波动,改善电压质量,提高工业产品生产的质量和产量,延长用电装置的使用寿命;

4)    经济性:二控三开关控制,降低晶闸管主开关成本三分之一;

5)    高效节能性:实时动态补偿,以不低于0.98的高瞬时功率因数替代平均功率因数,既可高效节能,又可增加供用电装置的出力。

没有采用零过渡过程检测与触发技术的无功补偿装置和采用零过渡过程检测与触发技术的无功补偿装置投切电容器组的电压和电流波形图,分别如图1和图2所示:

当非零过渡过程投切电容器组时会对电网产生过电压和过电流冲击。图1所示波形为随机实测的该类装置投入电容器组时,引起电网过电压和过电流的波形。此时,过电压2.7倍,过电流5.0倍。当采用本专利技术(零过渡过程触发二控三电容投切方法及装置,投入电容器组时,不会对系统产生过电压和过电流冲击。图2所示波形为随机实测的本专利技术投入电容器组时,电网电压和电流的波形,没有产生过电压和过电流冲击。

市场上现有的晶闸管(固态继电器)型的无功补偿装置有两种典型结构:一种是过电压零触发晶闸管结构,另一种是晶闸管-二极管半控结构。这两种典型结构除投切电容器不可避免产生过电压和过电流外,前者正常工作时,晶闸管不能全导通,使补偿装置供给系统的无功功率波形畸变,如图3所示;后者在装置接电后,晶闸管不工作时,直通相向另两半控相注入同向半波电流,如图4所示。采用动态过零触发技术的无功补偿装置,既不产生投切过电压和过电流,又不产生波形畸变,如图2和图5所示:

1)    安全与环保:选择在电容器的电场能与电网的电磁能量动态平衡(零过渡过程)的时刻触发晶闸管,投切相应的电容器组,不产生过渡过程,对电网无冲击,不产生谐波和投切振荡,可以提高供用电可靠性和供用电装置的使用寿命;

2)    改善电压质量:自动快速、动态无功补偿,补偿响应时间为20ms左右,可以抑制电压的剧烈波动,电压波动<5%;

3)    多功能与高性价比:无功补偿与电压调整并举,补偿容量可以选配,可与配网自动化装置接口,并兼作电压质量监视装置。采用二控三技术(二相晶闸管开关控制三相电路), 电力电子开关及相关装置节省三分之一;

4)    高效降损节能、增加出力:投切电容不受时间限制,不需放电回路,可以维持瞬时功率因数最高,提高同一电网电气装置、补偿装置的出力;若电力用户功率因数从0.57提高到0.98,补偿装置平均投运5000小时/年,则用户少缴纳电费:31.75%,减少线损:67%,增加供电能力:41%;

5)    延长电气装置的寿命、提高产品生产的产量和质量:提高补偿装置和接入同一电源的所有电气装置的使用寿命,补偿装置的寿命是非零过渡过程补偿装置寿命的3-5倍;

6)    提高用电装置效率:若电力用户平均功率因数从0.57提高到0.98,用电装置功率因数0.85,则用电效率提高28%;

7)    提高产品质量和产量:所产生的价值远大于节能效益。

TBBDL系列零过渡过程动态无功补偿装置适用于标称电压为380V、50HZ的工、农、厂、矿、企、事业、军用、民用等供用电系统的降损节能和改善电压质量。它可以与户外台式变压器、箱式变电站、户内配电变压器以及大功率电力负荷配套,供工程设计、技术改造、装置更新选用。它对冶金、化工、铁路、矿山、机械、电力、汽车、造船、港口、军工、石油、轻工、建材、精细加工等耗电量大的行业中供用电质量差的企业的节电、改善电能质量、提高经济效益具有尤其重要的意义。

该系列装置的安全、环保和高效节能的优越技术特性,使接入同一电网节点的所有用电装置的出力加大、寿命延长、产品生产的质量和产量提高。因而,给供用电企业带来直接可观经济效益的同时,也间接带来巨大的社会效益。

产品已在供电系统、造船、印钞造币、汽车制造、机械加工、机电制造、食品加工(外企)、酒店、政府机关、高校等行业应用。

1)高效无功补偿功能:剩余无功功率不大于单组电容器容量的二分之一,补偿后功率因数大于0.99。

2)自动、手动投切功能:自动投切用于动态补偿,手动投切方便用户调试。

3)自恢复功能:停电后,送电自起动恢复自动投切运行状态。

3)装置保护功能:空载闭锁、过压保护、失压保护、过流保护、晶闸管系列保护、断相保护、电容电流检测及过电流保护、非全相导通保护、温升超标等保护。

4)故障诊断功能:晶闸管击穿、快速熔断器熔断、过电压、过电流、断相、非全相导通、三相不平衡、电容器损坏等。

5)温控散热功能:正常情况下,通过“风道”抽风散热,风扇不起动。当温升超过允许值时,温控自动起动风扇强制风冷散热。

 

 

 

 

 

 

 

TBBDL系列零过渡过程动态无功补偿装置的特色技术指标与相关国标、行标的对比见表4

 

表4 TBBDL系列零过渡过程动态无功补偿装置的特色技术指标与相关国标、行标的对比表

序号

委托检测内容

检测方法

检测结果

企业制定

特色技术指标

国家、行业

技术标准

备注

1

功率因数

补偿容量不小于最大负荷无功功率,不同时段随机纪录10个周期瞬时功率因数值,并取最小。

0.9921

(瞬时功率因数)

≥0.98

(瞬时功率因数)

JB7113-93:

0.85(滞后)

~0.95(超前)

(平均功率因数)

瞬时功率因数优于平均功率因数。

2

投切方式

与级数

按1,2,4,8分组手动投切和自动组合投切。

15级(可非循环投切和反复投切)

15级(可非循环投切和反复投切)

JB7113-93:

未规定投切级数,一般在10级及以下,按等容量循环投切工作方式先投先切后投后切或编码投切工作方式并应能防止反复投切电容器。

送检装置投切电容器时,无需电阻放电,可跟踪负荷的变化随时投切。

国行标规定:电容器需放电1分钟,电容电压至50V以下。

3

当电容投切时,

系统最大瞬态

过电压倍数

先投1,2,4组,再连续手动投切8组电容器30次,纪录最大一次系统电压峰值与额定电压峰值的比值

1.01VNm

≤1.1VNm

(额定电压幅值)

JB7113-93:

≤1.2VNm(含谐波分量)

送检装置当电容投切时,对系统电压无不利影响。

4

当电容投切时,

系统最大瞬态

过电流倍数

先投1,2,4组,再连续手动投切8组电容器30次,纪录最大一次系统电流峰值与相应的稳态电流峰值的比值

1.23 IN

≤1.4 IN(

JB7113-93:

≤20IcN

GB/T15576-1995:

≤100 IcN

送检装置当电容投切时,对系统电流无不利影响。

5

晶闸管导通时,

最大端电压幅值

随机手动投切1,2,4,8组电容器3次,纪录A、C相晶闸管导通后的最大端电压幅值(含过零电压)

0.85V

≤1.5V

DL/T842-2003:

≤15.0V

行标值是企标值10倍。送检装置工作不产生明显谐波。

6

电容器回路投切涌流最大瞬态

过电流倍数

先投1,2,4组,再连续手动投切8组电容器30次,纪录最大一次电容回路电流峰值与相应的稳态电容电流峰值的比值

1.23 IcN

≤1.4 IcN

JB7113-93:

≤20IcN

GB/T15576-1995:

≤100IcN

行标值是企标值10倍。国标值是企标值50倍。

7

装置动态

响应时间

1,2,4,8组以同步采用信号为动作起点,正常电容器电流启始值为终点,纪录最大一次时差。

11.30毫秒

≤20毫秒

JB7113-93:GB/T15576-1995:

≤60000毫秒

国、行标值是企标值3000倍。

8

电容器最小切投间隔时间

测试程序控制随机投入1,2,4,8组10个周期,切除一个周期,再投1,2,4,8组4个周期,切一个周期,反复循环30次,纪录最大以时间间隔。

19.24毫秒

≤20毫秒

JB7113-93:GB/T15576-1995:

≤60000毫秒

国、行标值是企标值3000倍。

9

保护动作切除

电容器时间

当电压升高至1.1倍额定电压时,纪录切除全部电容器组的时间。

8.70毫秒

≤20毫秒

JB7113-93:GB/T15576-1995:

≤60000毫秒

国、行标值是企标值3000倍。

10

一次性可投入电容器组最大无功功率

测试程序控制同时投切1,2,4,8组30次,纪录

总电容电流波形和补偿功率。

150kVar,电流波形完整,原电网谐波明显减少。

额定容量:150kVar

JB7113-93和GB/T15576-1995不允许

送检装置可动态补偿冲击负荷。

 

联系人:单博博

 

 

 

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