晶闸管相控电抗器无功功率补偿装置方案介绍_翟铁久

此时的最大有功功率 Pm (峰值) 可达 : Pm = Qx/ tgφ2 = 7 229/ 01329 = 2 1973 kW
412 设备实际参数计算 采用标么值计算 : 取补偿无功功率 : Qk = 7 229 kVar (感性)
Qk 3 = + 110 取变压器一次测电压 : u1 = 110 kV u1 3 = 110 (1) 计算电容器参数 (α= 180°晶闸管处于关断 状态)
图 4 为晶闸管相控电抗器无功功率补偿装置控 制柜原理图 。牵引变电所电源 110kV 的电压和电流 分别通过电压互感器 YH、电流互感器 LH 及模拟 ———数字 (A/ D) 变换器输入计算机 ,经过计算机运 算得到有功功率和无功功率 ,以不倒送无功且最大 限度发挥补偿能力为原则 ,通过门级控制单元向晶 闸管输出触发信号 ,以控制晶闸管的电流 ,进而达到 调整补偿无功功率和提高功率因数的目的 。
北京铁路局共管辖 58 个牵引变电所 ,1999 年有 12 个牵引变电所功率因数低于 0190 ,其中丰沙大线 的牵引变电所功率因数普遍低于 0190 ,因功率因数 低总罚款 ( 调整电费) 1195 万元 , 占总电费支出的 418 %。
2 解决问题的途径
根据牵引负荷的特点 ,采用一种性能优良 、质量 可靠的动态无功补偿装置 ,在牵引负荷无功变化时 随机调整补偿无功 ,将牵引变电所与电力系统交换 的无功量控制在一定范围内 ,即可从根本上解决上 述问题 。
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电气化铁道 2000 年第 3 期
投切电容器方案设备简单 、投资较少 ,但是真空开关 频繁投切电容器易造成过电压 ,避免不了重燃 ,可靠 性较差 。而晶闸管投切电容器方案对晶闸管及其控 制和保护措施要求较高 。
目前 ,常用的动态无功补偿装置主要有两种方 案 :一种是分档投切电容器组方案 ;另一种是固定电 容器加晶闸管调整并联电抗器方案 。
在分档投切电容器组方案中 ,将补偿电容器分 成若干组 ,根据负荷无功的变化情况对补偿电容器 进行分组投切 ,达到调整无功补偿量的目的 。其中 又有利用真空开关投切电容器和利用晶闸管投切电 容器两种方式 。由于电容器分组数量的限制 ,无功 补偿只能实现有级调整 ,补偿效果有限 。真空开关
在固定电容器加晶闸管调整并联电抗器方案 中 ,并联固定容量电容器 ,另外并联晶闸管和电抗 器 。根据负荷无功的变化情况通过晶闸管随机调整 电抗器的无功容量 ,实现补偿装置总无功量的调整 。 无功补偿可实现无级调整 ,补偿范围大 ,效果好 ,在 理论上可实现安全补偿 ,使功率因数达到 110 ;在工
作过程中 ,不会产生过电压及过电流现象 ,安全可 靠 ;由于计算机技术和大功率晶体管开关器件的发 展 ,为采用晶闸管相控电抗器无功补偿装置创造了 有利的条件 。
3 晶闸管相控电抗器无功补偿装置方 案介绍
311 原理结线 晶闸管相控电抗器无功补偿装置原理图如图
1。
图 1 晶闸管相控电抗器无功补偿装置原理图
晶闸管相控电抗器无功补偿装置主要包括 :电容 器组(兼作滤波器) 、电抗器、晶闸管和计算机控制柜。 312 工作原理 图 2 为工作原理示意图 ,由于电容器支路的电 容或电感为固定值 ,所以提供的容性无功功率 Qc 为固定值 ,当负载感性无功功率 QF 变化时 ,通过计 算机控制系统控制晶闸管 , 调整电抗器感性无功 QL ,使补偿的容性无功功率 ( QC - QL) 跟随负荷感
性无功变化 。例如当 QF 增大时 ,则晶闸管控制的 电抗器输出的无功功率 QL 减少 , 使 ( QC - QL ) 增 大 ;而 QF 减少时 ,则 QL 增大 , 使 ( QC - QL ) 减少 。 即不管负载感性无功功率 QF 如何变化 ,总要使电 力系统与牵引变电所之间交换的无功功率最小 , Qs = QF - ( Qc - QL) = QF + QL - Qc≈0 ,使功率因数 cosφ≈1 。
图 2 工作原理图
可控电抗器无功功率设备主要由 :电抗器 L 以
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晶闸管相控电抗器无功功率补偿装置方案介绍 翟铁久 2000 年第 3 期
晶闸管相控电抗器无功功率补偿装置方案介绍 翟铁久 2000 年第 3 期
晶闸管相控电抗器无功功率补偿装置方案介绍
翟铁久
摘要 :针对牵引变电所并联固定电容无功功率补偿装置的特点及存在的问题 ,提出了晶闸管相控电抗器无功功率
补偿装置的方案 。方案采用固定电容滤波器 ,通过计算机控制触发双向可控硅的导通状态来调整电抗器的 输出容量 ,确保无功补偿容量满足牵引负荷的需要 ,使牵引变电所功率因数补偿到较高的水平 。
Qk2 = 11105 ×7 229 = 7 988 kVar 电容器容抗 :
Xc 3
=
u22 3 Qk2 3
=
111052 211105
=
211105
(2) 计算电抗器参数 (α= 90°晶闸管处于开通状
态) 当α= 90°时 ,变压器一次侧无功功率 Qk1 3 = 0 u1 3 = 110
i1 3 = i2 3 = 0
(1) 对供电系统产生的主要危害 ①降低发电机的输出功率 ,使发电设备效率降 低 ,成本增加 。 ②降低输电和的电压损失 ,造成用户端
作者简 介 : 翟 铁 久 , 北 京 铁 路 局 机 务 处 , 工 程 师 , 北 京 100038 ,电话 :25413 (北京) 。
供电电压波动大 。 ⑤功率因数降低使供电系统的电压损失增加 ,
接触网电压降低 ,影响电力机车的功率发挥 。 (2) 对运行成本的影响 电气 化 铁 道 牵 引 变 电 所 功 率 因 数 多 数 执 行
0190 的考核标准 :当功率因数低于 0190 时 ,功率因 数每降低 0101 电费增加 015 % ; 当功率因数低于 0165 时 ,每降低 0101 电费增加 110 % ;当功率因数低 于 0159 时 ,每降低 0101 电费增加 210 %。
图 5 计算示意图
关于平均功率因数 cosφ1 和平均有功功率 PL 的确定 :对于既有牵引变电所 ,可通过实际测量典型 日24 h的电源侧的负荷曲线的方法来获得 ; 而对于 新建牵引变电所则通过牵引负荷计算取得 。
(2) 无功补偿范围 Qx 的计算 Q′x = P1 (tgφ1 - tgφ2)
及各相反并联连接的晶闸管组组成 。利用晶闸管的
相应控制能力 ,来连续调节电抗器的电流 ,以达到连 续调整电抗器的基波无功功率 QL ,控制相位角α从 90°到 180°,使 QL (基波) 从 100 %变化到零 。
本文用图 3 来说明晶闸管开放角α与流过电抗 器电流 iL 之间的关系 。当晶闸管在电压正弦波的 最大瞬时值下 (α= 90°) 触发时 ,电抗器 L 开始流过 电流 i1 ,电感储存能量 ;当电压波形到达 180°,由正 值开始变为负值 ,电感上储存的电能开始被释放 ,电 流 i1 继续流通 ,直到电压的正弦波到达 270°处 ,电 抗器所储存能量全部放完 。这期间晶闸管处于全开
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φ1 = arccos0160 = 53113° 平均有功功率为 : PL = 6 000 kW
牵引变压器型号 :SF2 —QY —31500 —110/ 2715 短路阻抗 : X % = 1015 补偿后电源侧功率因数目标值 :
cosφ2 = K2 ≥0195 φ2 = arccos0195 = 18119° 补偿前电源侧功率因数 (无补偿电容投入) : cosφ1 = Κ1 = 0160
图 3 控制晶闸管开放角α的效果图
由于电感释放能量等于储存的能量 ,当触发角 α大于 90°时 ,使“电流 —时间”面积减少 (见图 3 电
图 4 调节系统框图
4 晶闸管相控电抗器无功功率补偿装 置参数的计算
411 补偿范围计算 (1) 计算条件
以某一牵引变电所实际情况为例 ,见图 5 。 设 :变电所电源电压 : u1 = 110 kV
= 6 000 ×(tg53113°- tg18119°) = 6 000 ×(11333 - 01329)
= 6 024 kVar 考虑到牵引负荷波动性大的特点 ,取 :
Qx = 112 ×Q′x = 112 ×6 024 = 7 229 kVar 实际取补偿范围为 :0～7 229 kVar
Qk1 = 7229 kVar (容性) Qk1 3 = 2110
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u1 3 = 110
i1 3
=
Qk1 3 u1 3
=
2110 110
=
2110
=
i2 3
u2 3 = u1 3 - X %·i1 3 = 1 - 01105 ×(2110)
= 11105 变压器二次侧补偿容性无功功率
Qk2 3 = u2 3 ×i2 3 = 11105 ×(2110) = 211105 则变压器二次侧补偿容性无功功率有名值为 :
由于牵引变电所固定无功补偿装置的电容器容 量是按照牵引变电所平均负荷所需的无功容量确定 的 ,一经投入运行 ,那么向供电系统补偿的容性无功 功率基本上是恒定值。当牵引负荷较小时 ,机车产生 的感性无功小于固定补偿装置补偿的容性无功 ,使牵 引变电所“过补”———向电力系统输出容性无功 ;当牵 引负荷较大时 ,机车产生的感性无功大于固定无功补 偿装置补偿的容性无功 ,使牵引变电所“欠补”———向 电力系统输出感性无功。总之 ,固定电容补偿装置 , 不可能动态补偿机车产生的感性无功功率 。 112 负面影响