TSC无功补偿技术在港口工程中的应用

摘要： TSC技术能改善港口的电能质量，是一种新型的节能措施。本文介绍了TSC无功补偿技术，港口负载特性及无功补偿中碰到的问题，TSC设备在港口工程中的应用及前景。

关键词：TSC 港口 无功补偿

港口配电系统及负载特性

1、港口配电系统

港口一般都是由地区配网供电，经过总降所降压后分配到码口变电所、低压动力变电所及厂区其它变电所。港区往往面积较大，并且用电负荷布置分散，大部分为220V～690V的低压设备。

2、港口负载特性

港口的主要负载为各类装卸设备，根据其负载特性可分为：

反复间歇负载：港口主要负载为岸吊，龙门吊等起重设备，吊车类负载占港口总负载容量的60%左右，吊车内电气设备主要是大功率整流驱动直流电机或变频驱动交流电机负载，典型工作循环为短时大电流起吊-工作负载电流提升平移-小电流或零电流下落，表现为反复间歇性冲击负载，此类负载起动电流较大平均负载电流小、谐波电流含量较大，自然功率因数较低，一般在0.6以下。

不间断运行设备：港口中也有不间断运行的用电设备，如皮带运输机、油码头输油泵、粮食码头吸粮机、煤码头斗轮机等，设备的电机其负荷较均匀，三相对称，仅起动时引起负荷波动，功率因数也很稳定，一般为0.8左右。

港口除主要的装卸负荷外，还会有一定的辅助负载，主要有：

电源类负载：为停泊船只提供三相岸电；为冷藏集装箱等特殊集装箱提供电源；为电瓶车、电瓶启动柴油机吊车等使用的电瓶充电的充电电源。这类负载根据所提供的电源不同，特性有所区别，其中，冷藏集装箱电源和电瓶电源，由于采用的整流和变频技术，会产生较大的谐波。

照明负载：港口照明设备多为固定式，光源常用高压钠灯、白织灯、荧光灯、高压水银灯等。白炽灯为纯电阻负载，功率因数为1，荧光灯、高压钠灯和高压水银灯功率因数0. 45～0. 65，补偿后可达0. 85 以上。

港口配电系统电能质量特点及无功补偿存在的问题

1、港口的配电系统其电能质量有以下的特点

1.1负荷快速变化，且变化频繁

由图1可以看到，负荷电流的平均变化幅度在1000A左右，最大变化幅度达到了1900A以上，且变化频率大。

1.2存在大量谐波，且快速变化

由图2可以看到，A相电流波形严重失真。

由表1、表2数据可以看出，系统谐波含量大，谐波电压畸变率远远超过5%的国家标准，5、7、11次谐波电流也远远超过国标限值。

由图3可以看出谐波变化频繁且幅度很大。

1.3统功率因数偏低

港口的配电系统中存在大量感性电机负载，且大部分为反复间歇负载，经常处于低负载状态，因而功率因数偏低。

2、港口的配电系统其无功补偿存在的问题

港口供电负载起动电流较大平均负载电流小、谐波电流含量较大，自然功率因数较低，一般在0.6以下，传统的功率补偿采用接触器投切电容器，此方式存在以下问题：

动作速度慢，对冲击性负荷不能有效补偿，始终处于“欠补/过补”反复交替状态，不能解决这种负荷带来的电压不稳、闪烁变化、系统损耗等问题；

不能抑制谐波，容易引起串并联谐振，放大谐波，同时造成电容器过电流；

装置频繁投切电容器，易使接触器产生拉弧，多次动作后合触点烧毁。

3、解决港口配电系统电能质量的途径

静态补偿装置不能有效解决港口配电系统电能质量存在的问题，而采用晶闸管投切的TSC调谐滤波器，其响应时间小于20ms，可以有效的解决无功动态跟踪的问题，同时，采用串接调谐电抗器与电容器组成调谐滤波器来抑制系统的高次谐波。在谐波含量高、变化快的情况下，还可以增加有源滤波器来滤除系统谐波。

TSC动态无功补偿技术工作原理

TSC（Thyristor Switched Capacitor）是采用复合开关（晶闸管）为投切媒介的电容补偿器组。当功率因数低于设定值时，控制器对指定的晶闸管模块输出触发信号，晶闸管模块接收到触发信号后，在系统电压与调谐滤波器电压相等时输出触发脉冲，导通晶闸管将电容补偿器组投入运行；当系统无功功率高于设定值时，控制器停止发送投切信号，晶闸管模块将电容器组退出工作。无需人工操作，自动运行。避免电压闪变与浪涌的发生。

TSC动态无功补偿技术特点

快速反应时间（

有效改善电压降。引起电压降的主要因素是系统中无功电流的变化，在负载快速变化的系统中更加明显，TSC能快速跟踪系统无功电流的变化，及时的进行补偿，从而有效改善系统的电压降。

有效改善功率因数。对于快速变化负载，TSC能满足系统对无功补偿的时效性要求，对系统的无功进行有效的补偿，从而有效地提高系统的功率因数。

过零投切，消除浪涌。过零投切就是选择晶闸管模块两端电压在过零点时投入调谐滤波器，由此保证在投入瞬间没有几倍甚至是几十倍于额定电流的浪涌冲击电流，避免对电容器和电网造成影响。调谐滤波器切除时撤销触发信号，靠自然过零来切除。

抑制谐波。使用调谐滤波器进行无功补偿，能有效的抑制系统谐波的放大、避免系统谐振并滤除部分谐波。

可分相补偿。可通过控制单相晶闸管的导通与截止，来实现对单相调谐滤波器的快速投切，可对三相不平衡负载进行分相补偿。

提高供电效率。TSC通过解决快速变化负荷的无功补偿和谐波问题，使供电系统损耗减小，增大供电系统的使用裕度，提高出力比率，从而提高供电系统效率。

结论

如上所述，现在TSC在补偿技术上越来越完美，越来越多的码头和港口也采用了这种补偿方式，这种方式也将会作为无功补偿的进一步发展方向而得到越来越多的应用。也将会给产品使用方带来越来越多的方便与实惠。

（作者单位：中交第二航务工程勘察设计院有限公司）