10kV柱上無功補(bǔ)償器及阻抗角相關(guān)問題探討
 王漢寶

摘要：本文對10kV 補(bǔ)償無功方案、投（切）信號(hào)的獲取、主電路等問題進(jìn)行了介紹。
關(guān)鍵詞： 10kV柱 無功補(bǔ)償器 阻抗角

1 概述
線損率是電業(yè)部門的重要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。降低線損是節(jié)省電能的重要措施。我們知道, 線路在輸電中的有功損失為
△P = 3I 2R ×10- 3 (kW )
其中: I—線路中的線電流; R—線路電阻.由上式可得:
 

由上式說明,當(dāng)線路輸送的有功功率和電壓不變的情況下,線路的損失與功率因數(shù)的平方成正比。提高功率因數(shù)也就是說降低無功傳送就能使線路損失大幅度下降。
無功被償?shù)膶?shí)質(zhì)就是要避免或盡量減少這些無功在輸電網(wǎng)絡(luò)中的傳送, 設(shè)法就地設(shè)立無功電源。比如安裝并聯(lián)電容器, 裝設(shè)調(diào)相器等。用來提供用戶及配、變電元件對無功的需要, 達(dá)到減少電力在傳送過程中的線損。
采用并聯(lián)電容進(jìn)行無功補(bǔ)償,不但簡單可靠,而且設(shè)備投資小,這是電力系統(tǒng)最常用的辦法。
2　10kV補(bǔ)償無功方案
目前,農(nóng)業(yè)用電大都采用10kV供電,隨著鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的興起農(nóng)村用電量日益增加,線損加大,同時(shí)供電質(zhì)量, 達(dá)不到國家規(guī)定的用電標(biāo)準(zhǔn)。因此,10kV供電線路的無功補(bǔ)償已變得刻不容緩。
若采用就地低壓補(bǔ)償,總投資高,也難于推廣。如果在10kV 柱上直接進(jìn)行無功補(bǔ)償, 可收到事半功倍的效果。圖1給出了10kV柱上無功補(bǔ)償器裝設(shè)位置示意圖。
 

 

 

。圖2給出了相敏檢波的實(shí)際電路。
RL ——相敏檢波負(fù)載電阻
α——與檢波二極管特性有關(guān)系數(shù)
——為U 與I 的相位角, 即阻抗角。
這種相敏檢波電路具有電路信號(hào)獲取容易簡單, 輸出與 成正比的特點(diǎn)。但是其輸出還與U1m 和U2m有關(guān)。由于電壓有波動(dòng),負(fù)載電流大小變化, 會(huì)使 檢測有較大的誤差, 用于補(bǔ)償電容器的投切顯然是不理想的。
當(dāng)然也可以通過測出阻抗角 , 然后再求出功率因數(shù) 。
下面介紹求阻抗角U的原理電路(見圖3),可以克服電網(wǎng)電壓及負(fù)載變化對測量的影響。

 

由電壓互感器和電流互感器經(jīng)上升過0鑒別器獲得電壓和電流上升過0脈沖信號(hào), 該脈沖信號(hào)每周期出現(xiàn)一次。
18k脈沖信號(hào)發(fā)生器不斷產(chǎn)生周期為1/18k秒方波脈沖。工頻(50Hz) 一個(gè)周期產(chǎn)生360個(gè)脈沖(18k/50= 60)。一個(gè)工頻周期為360度, 則一個(gè)方波脈沖相應(yīng)為1度。
三級(jí)串行的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器由18k 脈沖信號(hào)發(fā)生器的輸出作為輸入cp,每來一個(gè)方波脈沖計(jì)數(shù)一次, 利用電壓上升過0脈沖作為清0端,也就是說,三級(jí)串行計(jì)數(shù)器每一工頻周期內(nèi)清0一次,清0的時(shí)間為線路電壓上升過0時(shí), 因此三級(jí)串行計(jì)數(shù)器的狀態(tài)是從線路電壓上升過0時(shí)為000,然后逐一增加直到360,又到線路電壓上升過0信號(hào)被清0,計(jì)數(shù)器又重為000。該三級(jí)串行十進(jìn)制計(jì)數(shù)器實(shí)質(zhì)是一個(gè)能計(jì)數(shù)360的旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器。當(dāng)然當(dāng)電網(wǎng)的周波變化時(shí), 旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器范圍也會(huì)有細(xì)微變化。

鎖存器只要當(dāng)開啟信號(hào)L出現(xiàn)時(shí)才將計(jì)數(shù)器的值讀入。一旦開啟信號(hào)L失效,鎖存器中的值保持不變。三級(jí)鎖存器的開啟信號(hào)L是在線路電流上升過0時(shí)出現(xiàn)的,這時(shí)才將計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值存入鎖存器并顯示該值。每個(gè)18k發(fā)生器的方波脈沖為1度則顯示的數(shù)值即為電流滯后電壓的阻抗角 , 其分辨率為1度。
當(dāng)然當(dāng)阻抗角超過180度時(shí),可以看成電流超前電壓,這時(shí)要將顯示的結(jié)果取360的互補(bǔ)并使超前標(biāo)志置位顯示。例如,測量的結(jié)果為350,超過180,這時(shí)取360的互補(bǔ)為360-350=10度,并使超前標(biāo)志置位。說明電流超前電壓10度。
3.2電壓采樣
為防止由于過補(bǔ)電壓過高而損壞補(bǔ)償電容器及其他設(shè)備, 除考慮功率因數(shù)外還應(yīng)考慮線路電壓,當(dāng)線路電壓高到某一額定值時(shí),不管功率因數(shù)高低,應(yīng)切除補(bǔ)償電容器以降低線路電壓。再經(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)換、整定,直接將線路電壓的有效值求出并顯示出來。

3.3投切信號(hào)
至此,利用電壓互感器和電流互感器獲得線路上的阻抗角和電壓值。圖3給出了控制功率補(bǔ)償器投切的真空接觸器線圈通斷電原理示意圖。
 

 

圖3投切電原理示意圖
由圖3可見,當(dāng)線路中的功率因數(shù)低于投給定值(例如0.85)時(shí),比較器1的輸出信號(hào)使R—S觸發(fā)器置1,真空接觸器合上,即投入補(bǔ)償。當(dāng)功率因數(shù)高于切給定值(例如0. 95)時(shí),比較器2有輸出; 同樣當(dāng)線路中的電壓超過電壓切給定(例如11kV)時(shí), 比較器3有輸出;而R—S觸發(fā)器置0,即使真空接觸器斷開的信號(hào)是比較器2、3相“或”的結(jié)果, 這時(shí)退出補(bǔ)償。
4 主電路介紹
自動(dòng)補(bǔ)償器與電網(wǎng)之間采用跌落式熔斷器相聯(lián),這樣既可以保證熔斷器拉斷后補(bǔ)償器與電網(wǎng)完全隔離,又可以在自動(dòng)補(bǔ)償器工作發(fā)生意外時(shí)起保護(hù)作用。補(bǔ)償電容器采用并聯(lián)補(bǔ)償裝置用的BAM11—200—3W 型電容器,電容器為三相, 內(nèi)接成星形,電容器內(nèi)部裝有放電電阻,能使電容器從線路斷開后在5分鐘內(nèi)剩余電壓自降到50V以下。
考慮防雷電,電容器的每相上裝有氧化鋅避雷器,以保護(hù)補(bǔ)償器。完成補(bǔ)償電容器向電網(wǎng)投切的開關(guān)是設(shè)備的關(guān)鍵,直接影響補(bǔ)償器的可靠性。但只要在補(bǔ)償器的外殼箱體上作適當(dāng)?shù)奶幚? 完全可以用于戶外。因此采用真空接觸器不失為明知之舉。
 

 

圖中 FV —跌落式熔斷器　CT —電流互感器
F—氧化鋅避雷器 QF —真空接觸器
PT —電壓互感器 C—補(bǔ)償電容器
5 結(jié)束語
前面對10kV柱上無功補(bǔ)償器的原理作了較全面的介紹,著重介紹了阻抗角的測量方法和控制原理。實(shí)際上本補(bǔ)償器的控制部分是由MCS—51單片機(jī)組成的控制計(jì)算機(jī)通過軟件來實(shí)現(xiàn), 諸如采樣、濾波、計(jì)數(shù)、計(jì)算、延時(shí)顯示等功能,不但運(yùn)行可靠, 控制精度高, 而且設(shè)定值修改容易, 電路簡單等優(yōu)點(diǎn)．

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