就地动态无功补偿分析论文

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)CosØIjs(A)

钢水接收跨1193206423830．53626

加料跨784135615660．52382

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

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)CosØIjs(A)

钢水接收跨1497258929900．54549

加料跨1722297934410．55233

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。

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。

3TSC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。

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。

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：

二期工程负荷计算

Pjs(kW)Qjs(kvar)Sjs(kVA)CosØIjs(A)

钢水接收跨149763816270．922474

加料跨172073318690．922843

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。