安全可靠的多功能农电网自动调压器

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安全可靠的多功能农电网自动调压器

发布时间: 2016-07-14       作者:上海潘登新电源有限公司      来源:www.pandeng.com      点击数:

摘要: 在介绍自动调压器原理的基础上,较详细地介绍了一种带无功补偿功能,雷电浪涌防护功能的农电网专用三相交流自动调压器。介绍了它的升压调节原理和有效提升末端低电压的特性,以及使用无功补偿后产生的降损节能效益和社会效益。

关键词:自动调压器;无功补偿;浪涌防护;农电网;“低电压”治理

 

近年来,农村用电有了较大变化,不仅生活用电的用电量有了较大增长,民用电的负荷性质也有了很大变化,已不是单纯的白炽灯照明用电;与此同时,低压动力的用电量也迅速增长,而这些动力设备的功率因数一般都较低,且经常处于低功率因数状态(cosφ≈0.60.7, 无功功率在长距离送电的配电线路上引起了很高的有功损耗。用电负荷分散的“点多面广”的低电压问题和低功率因数问题不同程度地影响了当地居民的日常生活用电和生产用电。本文针对当前农电网不能满足用户需要的现状,提出一种以自动调节技术升压且带无功补偿功能的三相交流自动调压设备。

1  SZT系列农电网用的三相自动调压器

SZT农电网用的三相交流自动调压器(专利号:ZL 2015 2 0297335.4)三相分调。基于自耦变压器原理进行调压,因为结构简单,体积小质量轻,安装方便,可靠性高,故特别适用于农村和山区电网终端三相负荷分散的场所,解决农电网末端的低电压和波动频繁的问题。图2是它的原理结构图。它由具有多个分接头的自耦变压器、调压开关和自动控制器组成。自耦变压器的整个线圈分为三部分:主线圈、调压线圈和控制线圈。其中调压线圈是一个有多个抽头的绕组,这些抽头通过功率开关的不同接点串联在输入输出之间,通过改变分接位置,从而改变自耦变压器变比,达到调整电压的目的;主线圈为自耦变压器的公共绕组,产生传递能量的磁场;控制线圈为控制电路提供工作电源和采样信号。

功率开关是可在控制电路的控制之下带负载转换调压线圈分接头的开关。分接头的档位按用户要求的调压精度和调压范围等设置。

自动控制器是整个装置的核心部分,它通过电压互感器采集交流电压信号和通过电流互感器采集交流电流信号,然后与电路中设置的或程序里设定的参考值进行比较,按照比较结果,发出指令控制分接开关下调或上调,进行调压操作,将实际的输出电压保持在(1±5%)额定值范围内。

              图三相交流自动调压器的原理结构图

1.1 选型

按调压范围分,SZT系列农电网用的自动调压器有20%30%40%3种规格,实际输出电压为(1±5%)×380V正弦波;效率≥99%,防护等级IP45,使用环境温度-20~50℃。选用SZT系列自动调压器的具体型号规格时,可根据负载电压、波动范围和容量,以如下方法进行:实测使用区域的最低电压,若高于304 V的,可选用升压范围为20%的规格;若最低电压高于266 V的,可选用升压范围为30%的规格;而最低电压高于228V的,可选用升压范围为40%的规格;然后再根据负载电流并留有一定余量来确定调压器的额定容量。

1.2 性能和使用

与传统的线路调压器比,SZT农电网用的三相自动调压器采用无触点晶闸管开关调压,使用寿命长达15年以上;它能快速响应,带载调压,保证了供电的连续性和输出电压的100%合格率;SZT三相自动调压器专为治理农电网末端低电压设计,直接补偿线路电压的差值,故体积小、质量轻,成本也低。这种调压器能方便地加装智能电容器与浪涌防护器,实现线路无功就地补偿,减少线路无功输送,提高电能质量。

SZT农电网用的三相自动调压器串接在低压配电变压器与其负载之间,调压器的输出接负载。

2  无功功率补偿的工作原理

1是说明补偿和计算无功功率的向量图。AC表示有功功率,BC表示补偿前的无功功率,DC表示补偿后的无功功率,AB表示补偿前的视在功率,AD表示补偿后的视在功率。补偿前的功率三角形为ABC,补偿后的功率三角形为ADC。由图可知,在配电线路上传送的视在功率ADAB;在变压器输出侧电压一定的情况下,在配电线路上传送的电流IADIAB,即补偿后产生的线损减小。功率因数越低(角φ越大),补偿后减小的线损越多。由图可知,为了减小角φ,投入容性无功功率(图中BD)抵消掉一部分感性无功功率即可。

        图补偿和计算无功功率的向量图

投入的并联电容器的补偿容量Qc可用下式计算

Qc=P(tgφ2- tgφ1)

式中,P为负荷的平均有功功率;

tgφ2为补偿前的平均功率因数正切值;

      tgφ1为补偿后的平均功率因数正切值。

    并联电容器的型号规格和数量根据补偿容量计算值选择,实际安装容量Qc应不低于计算值。

Qc=nQncQc

式中,Qnc为并联电容器的额定容量;

n为并联电容器数。

补偿后的平均功率因数COSφ1的计算公式为

COSφ1= P/(P2+Q121/2

式中,Q1为补偿后的无功功率。

    由于并联电容器损耗低、安装和维护方便,故得到了广泛应用。

3   无功功率自动补偿   

低压无功功率自动补偿通常在功率因数控制器或控制电路的控制下实现。通过测量相电压与相电流之间的相位差或通过测量三相电源中一线电流(如U线)与另外两线的电压(如V-W线)之间的相位差 (3),然后通过一定的运算,得到当前电网的实时功率因数。

               图电压、电流向量图

控制器用此功率因数与设定的投入门限和切除门限比较,若在整个投切延时时间内都在投切门限内,则不予动作;若小于投入门限,则投入一组电容器;若大于切除门限或发现功率因数为负时,则切除一组已投入的电容器。再经过投切延时时间,重复比较与投切,直到当前的功率因数在设定范围以内。

无功功率补偿容量的计算方法同第1节,但必须用最大负荷进行计算,以避免出现补偿容量不足;一相的容量可按1248的比例分配和组合,以便获得较精确的控制。

4  降损节能和社会效益

电能在输电线上流动就会产生有功损耗(线损)。线损与电流的平方成正比。输电线上的电流越大,线损就越大。我们如果提高用电设备的功率因数(不改变电网输送能力),从而有效地减小输电线上的电流大小,就能有效减小线损。设功率因数从COSφ2提升到COSφ1,则线损减少量△P

= 3I22- 3I12R

   = 3R {[S/(1.732U)]2-[S/(1.732U)]2}

   = 3R {[(/ COSφ2)/(1.732U)]2-[(/ COSφ1)/(1.732U)]2}

   = R×P 2/U 2×{(1/ COS2φ2)-(1/ COS2φ1)}

安装无功补偿装置后,每年仅线损的电能节省就达:365×△P ×24×10-3kWh;用户的电费相应减少。

由于变压器的供电电流下降,它的损耗也相应减少,供电能力增加。由于供电线路上无功电流的减少,线路压降也相应减少,提高了供电电压的质量,改善了用电设备的运行状况;与此同时,还减轻了电器、开关和供电线路负荷,提高了安全性和可靠性。 

5  浪涌防护功能

考虑系统的接地形式,三相浪涌保护器的安装模式有共模接线模式、差模接线模式、3+1接线模式和全模接线模式。前3种模式由34块模块组合而成(图4a));共模接线模式保护设备内电路和器件对地的绝缘,差模接线模式保护两个输入端之间的电路和器件。全模保护模式的接线使用了更多模块,对浪涌经过的所有可能的线路进行保护,保护的效果更好;SZT系列自动调压器输入端装设的浪涌保护器就是这种保护器(图4b),三相40kA),它能有效防止沿电力线路侵入的浪涌电压对调压器和调压器后面负载造成的伤害。增加浪涌防护功能,提高电能的质量。按照需要,它的容量可以进一步增大。

                   (b)全模保护接线模式

                   图保护模式

 

6  结束语

专为农电网研发生产的SZT三相自动调压器,通过仔细设计,保证了供电的质量和连续性,输出的三相线电压达到了(1±5%)×380V,有效地解决农电网末端电压过低问题;在这种自动调压器上加装智能电容器后,实现了线路无功就地补偿,因此,能够有效地减少线路输送的电流,降损节能,取得更好的经济效益和社会效益。  

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