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電容器無功功率補償的應用
摘要:無功功率動態補償是電力電容無功補償的創新,是高科技節能產品,以動態無功補償為主,改善電網質量、節約電能、提高變壓器增容利用率滿足增容需求、消除電磁污染和提高用電安全可靠性等功能;是靜態無功補償裝置最理想的更新換代產品。
關鍵詞:電容器無功功率補償
0 引言
連接到電網中的大多數電器不僅需要有功功率,還需要一定的無功功率,電機和變壓器中的磁場靠無功電流維持,輸電線中的電感也消耗無功,電抗器、熒光燈等所有感性電路全部需要一定的無功功率。為減少電力輸送中的損耗,提高電力輸送的容量和質量,必須進行無功功率的補償。
1 電力電容器的補償功能
經電業部門調查,農網和城網輸送功率潮流的功率因數大都在0.65-0.8左右,企業內部的配電網潮流的功率因數在0.65-0.7左右。低壓用電設備由于動力設備實際作功比額定功率小及家用電器的作功特性,所以其自然功率因數大都偏低。供電系統除供給有功功率外,還供給大量無功功率,以至發電設備輸送電能至配電設備不能有效利用。供電系統除供給有功功率外,還供給大量無功功率,以至發電設備輸送電能至配電設備不能有效利用。當功率因數偏低時,將造成下列不良影響:降低了發電設備的有功功率及發電設備效率,提高了發電成本。電容器在原理上相當于產生容性無功電流的發電機。將它連接到需要無功的補償裝置或設備上,變壓器和輸出線的負荷降低,從而輸出有功能力增加。
變配電設備的供電能力。在輸出一定有功功率的情況下,供電系統的損耗降低。比較起來電容器是減輕變壓器、供電系統和工業配電負荷的最簡便、最經濟的方法。使電網損耗增加(電網線路中的電能損失與功率因數值的平方成反比)功率因數愈低,線路中的電壓損失也愈大,使用電設備的運行條件惡化。由此可見,提高功率因數對整個電力系統的經濟運行有著重大意義,電容器作為電力系統的無功補償勢在必行。
2 自愈式低壓并聯電力電容器的結構特點
多年來,低壓側的無功補償,大量采用油浸紙介電容器。這種電容器體積大、損耗高、成本高,而且爆炸、鼓肚、漏油現象嚴重,已遠遠不能適應電網發展的要求。
近年來發展起來的自愈式低壓并聯電力電容器,是以電工級的聚丙烯膜為介質,單面蒸鍍一層金屬膜為極板,采用無感卷繞法形成元件,在其兩端面噴涂金屬,將極板引出作為電極。電容器應當有放電器件,當電容器從電源脫開后,它能在規定的時間內把電容器上剩余電壓降低到零,以保證維護人員的人身安全和防止重復投切時電壓疊加造成電容器過電壓。自愈式低壓并聯電力電容器盡管有自愈功能,比較安全可靠,但仍存在自愈失敗的情況,造成元件絕緣水平降低,甚至短接,產生鼓肚、爆裂等個別情況。
2.1 壓差防爆裝置當電容器的某一元件絕緣程度下降時,必然產生超常熱量,內壓增大,使電容器外殼變形,膨脹,機械位移把防爆片(線)拉斷。由于電源通過防爆片與電容器元件相接,防爆片斷開等于電源脫開,防爆效果決定于防爆片的設計、安裝位置和電容器的密封性等。線路電壓損失與線路電流成正比,提高功率因數減少線路無功電流,也就減少了線路電量損失,對于波動大和沖擊性負荷無功動補裝置做自動跟蹤投切可以顯著抑制電壓閃變,對于諧波源負荷,選用抗諧波動態裝置,可使公用母線電壓正弦波形崎變率達到國家標準;對于不平衡負荷選用分相補償的動補裝置,則可使負序電壓改善到達到電網負序電壓國家標準。
2.2 安全膜把金屬化薄膜蒸鍍成網狀結構,即把電容器元件的容量劃分成相當數量的小電容的并聯。每個小電容蒸鍍成具有電流保險的結構,在電容器元件的某一個小電容電弱處自愈失敗時,該小電容電流保險熔斷,推出運行,而整個元件容量下降甚微。
2.3 溫度電流型保險電容器由多個電容器元件組合而成,如果每個元件設置溫度電流保險器件,當某一個元件由于自愈失敗時絕緣下降,甚至短接時,會產生過熱電流,促成溫度電流保險動作,該元件即刻退出運行,而整臺電容器仍可繼續正常運行,只是電容量有少量下降而已。防爆預防措施是必要的,最重要的是提高電容器元件的可靠性。一般廠家都非常重視材料的選擇和工藝條件的控制。缺乏優良的原材料和嚴格的工藝控制,是生產不出優良的成品電容器的。
金屬化膜是電容器生產的關鍵原材料。目前一般生產自愈式低壓并聯電力電容器使用Al金屬化聚丙烯膜、Zn-Al(或Ag-Zn)聚丙烯金屬化膜。
3 鋁金屬化膜和鋅鋁金屬化膜的區別
在鍍膜技術中,因鋁膜生產成本低,對環境的適應性強,常溫常濕自然條件下,可以存放較長時間而保持導電性不變,自愈性能較好,便于保管和操作,因而得到廣泛應用。金屬化電容器最突出的一個特點是具有良好的自愈性,就是說當其介質的電弱處被擊穿后,由于短路產生的高能量使擊穿附近的金屬鍍層迅速逸散形成空白區,重新恢復絕緣。這一特性要求金屬化膜具有較薄的鍍層。但在金屬化的電容器中,金屬鍍層是作為極板使用的,從金屬導電原理出發,又要求金屬鍍層越厚越好,這樣電容器才能承受大電流的沖擊。其噴金材料只能是Al、Zn或其合金,不同種類的金屬在電場的作用下,接觸面的電化學腐蝕是存在的,加上鍍層,噴金面接觸不良,造成耐電流沖擊能力差。同時鋁膜電容器在運行中由于熱電效應,鍍層極易腐蝕脫落,導致容量下降,損耗增大、發熱等。蒸鍍采用邊緣加厚技術,極板部分方阻比較大,噴金接觸部分方阻小,這就解決了自愈性和抗大電流沖擊的矛盾。而噴金材料采用和極板相同的Zn,不存在電化學腐蝕現象。真空鍍膜的損傷程度也小。因而Zn- Al金屬化膜電容器的性能穩定,具有容量下降率小,耐沖擊能力強,使用壽命長等特性。但是Zn-Al膜允許在空氣中暴露的時間短,鍍層容易氧化,工藝要求比較嚴格,處理不當,會在電熱的作用下,損耗增大,影響其使用壽命。
4 電容器的質量
合格的自愈式低壓并聯電力電容器應當符合GB12747-91標準,出廠前對電容器元件都經過檢驗、篩選,合格的元件才允許組裝電容器。整臺電容器的容量、損耗、耐壓和絕緣等主要指標都經過測試,外觀經過檢查合格后才允許出廠。
5 使用注意事項
無功補償裝置安裝后,試運行過程中,要對系統進行檢測,發現過電壓、過電流、振蕩、諧波等要及時采取措施,這對于電容器的正常運行是非常必要的。值得一提的是,一般用戶往往忽視使用說明書,使用注意事項安裝時要仔細領會、照辦。大家知道,電容器的阻抗是和頻率成反比。隨著頻率的增高,損耗也增大。對于電路中的諧波和涌流要采取措施加以限制。電容器總是要產生熱量的,要特別注意通風冷卻。無功補償裝置安裝后,試運行過程中,要對系統進行檢測,發現過電壓、過電流、振蕩、諧波等要及時采取措施,這對于電容器的正常運行是非常必要的。
6 推廣應用
無功功率自動補償的先進性和實用性,通過實踐證明,該裝置能頻繁快速投切、消除無功反送、提高配電設備的利用率、大幅度改善用戶的功率因數、節省用戶的擴容投資和電費的支出、顯著改善配電質量,達到高效節能的效果;符合國家的節能政策,創造良好的社會效益和經濟效益。
參考文獻:
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