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文章

电容柜选择

当最便宜的方案变成最贵的

任何有很少电气知识的技术人员都可以判定或计算无功电能补偿。最常用的办法是使用“单一”电费账单。这里强调的是“单一”电费账单,这恰巧是一系列错误的开始,最终导致比正确使用安装电容柜后的成本要高。
使用电费账单计算要补偿的无功功率给出我们一个将要处理的相对正确的近似值;这是出发点。在这一情况下要确认计算值是依据账单的最高值来计算的,因为这有可能受到我们容易忽略的季节性因素的严重影响(例如:办公室或酒店在夏天和冬天会有完全不同的损耗)。

正如之前所说,这是我们的出发点,但是我们必须考虑电费账单中没有反映出来的其他因素,也是正确补偿的重要因素:

  • 需求波动速率
  • 系统平衡
  • 谐波失真等级

如果我们将注意力放到后端,越来越容易发现电网中存在着谐波失真。

当我们进行感性无功电能补偿时,将电容柜并联在逻辑上会抑制这一需求,将预期的视在功率 (kVA) 拉近到有功功率 (kW) 来实现方案要达到的目的。这一简单的概念可被总结为感性(L –互感器和电网) 和容性(C- 电容柜)电路的并联。schematics and resonance curve

如果我们观察系统的频率响应,我们可以看到fR频率系统阻抗会比正常情况下高出很多。

正如之前所述,如今系统包含的需求负载为非线性的,导致了系统中严重的谐波电流失真,以及谐波电压失真。

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负载类型

1. 整流器
2. 焊接机
3. 变速机
4. UPS
5. 放电灯
6. 个人电脑

如果电流频率高于50或60Hz基本频率,意味着存在之前所述的共振条件。这基本上会造成:

  • 整个系统的电压失真放大(这将会损伤设备和敏感电器元件)。
  • 电容器大量吸收电流,会导致间接发热,容量衰减并缩短使用寿命,并且导致电容器损坏。

有了这些论据和印象,我们要说明一个实例:

位于西班牙的系统,从事冶金行业(金属件处理)。这个系统有1000kVA变压器,不同的子交换机以及旋转机械(车床,传送带,电梯等)以及后勤(办公室,发货仓库,更衣室等)。

这家公司的维护技术人员,发现了由于无功电能损耗所导致的超额部分,使用单一电费账单计算并在未考虑其他因素的情况下,需要安装电容柜。

他选择了采购传统电容柜和150 kvar开关柜。

当安装电容柜几周后,他发现电容柜在冒烟;结果两只电容器无法使用,以及附近网络中心报警。电容器在几周后被更换,但是在很短的时间内又出现了同样的问题,并且在一些小的开关柜上小的断路器开始跳闸,比如更衣室,辅助设备以及发货仓库。然后再次更换了电容器,这次更换460V电容器,但短时间内同样的事故再次发生。最后他们决定断开电容柜,再次回到支付多余的无功电费阶段。

该公司的技术维护人员咨询了CIRCUTOR,无功电能补偿的领先公司,尝试找出这些电容柜的问题所在。于是在系统源头进行了基本测量。这些测量是在电容柜接入之前和之后分别进行的(均为系统满负载情况下)。

THD(U)% and THD(I)% schematics indicating the capacitor bank connected and disconnected

THD(U)% 和 THD(I)%指示电容柜的连接与断开

虽然系统看出了相对较低等级的电流失真(7-8% THD(I)% 在400 A 时)但电压等级并未被察觉( 3.3% THD(U)% )。根据经验,系统中可能存在的共振在THD(I)% 的 15% 以及THD(U)% 的 2% (没有关于这一现象的相关规定)。

我们手动将各个电容柜投入后观察THD(U)%值是怎样上升的。这是并联共振产生的主要标志。投入电容柜后,工厂内满负载情况下THD(I)%达到了80% ,THD(U)%达到23%, (graphic 1)。有一个想法是将所用的供电电压质量限制为8% (UNE EN-50160)。

Without capacitor bank connected

没有接入电容柜

With capacitor bank connected

接入电容柜
最后我们可以计算出由于这次错误的选择而产生的费用:
项目 单位 金额
传统的 150 kvar 电池 1 4.400 €
400 V 电容器更换 9 3.056,50 €
460 V 电容器更换 6 2.474 €
人工成本 (预估为 20 €/h) 19 380 €
导致停机及处理 (预估为 2,500 €/h) 2,5 6.250 €
无功电能附加费(平均每月为 958 €/月) 2 1.916 €
FR型失谐电容柜 1 12.285 €
总成本   30.761,50 €

在这里我们看到了一个本该经济实用的解决方案变得非常昂贵。如果进行了正确的技术投资,实用FR型失谐电容柜,最后的费用将会被减少60%。

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Francesc Fornieles Castells
ffornieles@circutor.es
Responsable de Mercados - División Calidad de Red
市场部经理 - 电能质量部门

 

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