探讨各种无功补偿、电容器、谐波等问题
fitman
fitman Lv.15
2012年10月09日 13:53:23
只看楼主

本帖最后由 fitman 于 2013-2-25 14:09 编辑 本人从事这种行业已经十多年,发现论坛中关心无功补偿、电容器、谐波等问题的朋友们还是比较多的。最近比较空闲,决定开贴与大家一起探讨相关问题,有兴趣的可回贴提问。提问的请注意几点:1、问题不论深浅,都可提出,但必须是经过思考和查找后还不清楚答案的;2、问题的提出必须明确,太广泛是很难回答的;3、涉及产品质量的请不要点出厂家名字;

本帖最后由 fitman 于 2013-2-25 14:09 编辑

本人从事这种行业已经十多年,发现论坛中关心无功补偿、电容器、谐波等问题的朋友们还是比较多的。最近比较空闲,决定开贴与大家一起探讨相关问题,有兴趣的可回贴提问。提问的请注意几点:
1、问题不论深浅,都可提出,但必须是经过思考和查找后还不清楚答案的;
2、问题的提出必须明确,太广泛是很难回答的;
3、涉及产品质量的请不要点出厂家名字;
4、因本人时间或学识探讨不了的问题请大家见谅,不要人身攻击。
为加强与大家的探讨,不定期写一些小短文,欢迎大家讨论:
1、关于电容无功补偿装置输出容量计算的探讨(56楼)
2、也来谈谈什么是无功?(62楼)
3、关于无功概念的浅析。(81楼)
4、浅析补偿装置引起谐振的现象。(91楼)
5、图形说明不同负荷的电流、电压、有功、无功的关系(94楼)
6、工厂柴油发电机组出线端有否必要进行无功集中补偿?(96楼)
7、补偿或滤波装置一次元件的额定电流选择原则。(105楼)
8、已知低压侧负荷容量及功率因数,已知变压器型号,求高压进线处的功率因数?(127楼)

[ 本帖最后由 fitman 于 2013-1-11 16:05 编辑 ]
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fitman
2012年11月26日 01:22:32
82楼
由于部分同志对无功的概念较为混乱,现试对其作出浅析,希望对大家有帮助。
大家应建立一个概念,无功并不会被消耗,只会被补偿、平衡。

首先,大家应了解为什么要定义无功。无功是无功类设备(电感、电抗)与电网进行能量交换的速率。应强调的是交换的速率,而不是交换过程中的损耗,即在交换过程中由于漏磁、介质损耗等能量的损失并不属于无功,这些是因无功过程中引起的有功损耗。

再明白点说明无功的定义及与有功的分别。电网中存在电能,当电流通过负荷时,会产生机械运动、光、热能等其它能量的表现。这实际上电能转换成机械能、光成与热能等。这种转换速率我们称为有功,转换的结果就是电能的消耗,其主要特征是当电能通过负荷转换成其它型式的能量后,并不能立刻变回电能(一个周期内)。而有些特殊的设备(如电抗器、电容器),当电流流过它们时,在半个周期内,电能会转变成磁能或场能等形式,但在后半个周期内,这些能量会转变回电能并反送回电网,因此从整个周期来看,设备没有从电网中吸收任何电能,只是不断的作能量交换(是交换而不是转变);为计算交换的速率,因此定义无功这个概念,这类设备就是无功负荷。虽要说明的是,实际上是没有纯无功负荷的,实际的无功设备在能量交换时一定有能量的损耗(如漏磁、介质损耗等),这部分丢失的损耗不能算入无功,这是因无功作用而产生的有功损耗。同理有些人把设备产生的不是需要的热能等能量损失称为无功是不对的,这是无用功,而不是无功,因其不能转回电能。

有些人可能会问,无功既然只是无能量交换,没有能量消耗(确切的说是转变为其它形式的能量),那为什么我们还要那么重视无功呢?下面用一个例子说明:电厂发电,煤送入工厂,会被消耗(相当于有功),工人每天上下班,在工厂进出,人数并不减小(相当于无功)。工人虽然不会损耗,但工人上下班必然占用道路,影响煤的输送(为了说明问题,只好认为他们是用同一道路的),这就相当于无功影响了设备的输电效率。同时,工人在上下班的过程中必然对路面产生损坏,路程越长则维护费用越大(这相当于无功引起的线路损耗,属有功);为减小这个损耗,厂区内最好就建有工人住房(这相当于无功就地补偿、平衡)。

总结:无功是能量交换的速率,本身并不产生损耗。我们常说的无用功损耗能等,实际上很多是属于有功,因为它是把电能转为热能或机械能等。但无功负荷在能量交换过程中必然带来有功损耗,而且负荷与电源的距离越远则损耗越大,并且会占用大量的线路输送能力;为了减小这方面的损失,我们就要在无功负荷设备的旁边加装反性质的无功负荷,使其互相进行能量交换,减小对电源的依赖,达到提高线路输送能力及减小线损的目的。
以上是本人的一些对无功的观点,欢迎大家指正。


居然在某论坛找到了自己7年前写的东东(当年的资料全没有了),现在看来还是觉得有点意思,就贴过来让大家参考一下。好象写得更明白些,但当时没有强调无功是功率这个概念,确实不应该。
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ymmdyj
2012年11月28日 09:45:58
83楼
首先如果你说的这个步进是确定为补偿所用,那这种方式是全自动功率因数控制器选择投切第几回路的一种计算和先后的方法。其中具体如何工作在补偿提供商的控制器说明书中都会有说明的!
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ymmdyj
2012年11月28日 09:51:12
84楼
首先电抗器不是起的抑制谐波的保护作用,他主要起的作用是在调节谐振点,避免5.7次发生谐振,如果5.7次谐波量较大,需要选用7%的电抗器,因为6%电抗器它的谐振点在204HZ,若系统当中瞬时存在4次谐波(200HZ)的话,有发生谐振的危险,7%的在189HZ相对于6%的电抗器更为安全可靠。
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ymmdyj
2012年11月28日 10:45:54
85楼
我忘了补充,以前柜子里装有浪涌保护器,国产的,烧了7、8个。由于现在没有无功补偿也能正常使用,所以考虑采纳1),我自己也计算了一套方案,倾向于用525V电容器,474kW有功功率(钳表测得900A左右自己换算的,抱歉我们这条件简陋,没有电容检测设备)计算出来需要262kVAR补偿容量,因为分2个柜子,每个柜子10路,所以算出每个电容为13.11kVAR,建议选BCMJ0.525-16-3。电感计算后取阻抗比6%,过电流1.31倍,调谐次数4.1,调谐频率204Hz,感抗1.26,电抗器计算出来是4.015mH,额定电流12A。
以这个做了个整改方案,但是纠结于电容全部换掉(20个呀,得多少钱呀)可能上头不接受。。。
感觉你的问题已经很明显了,我的建议就是全部换掉,竟然都烧掉7.8个了,说明剩下的电容器好的也绝对不多,而且你电容器电压等级才400V,还是单体电容补偿,你需要测一下容质(估计都降到底了),不建议选取525V的,这个等级是针对于12%-13%电抗器的一个选择,如果系统中就5次及以上谐波量大的话选取7%即可(必选),电压等级在500V即可。你以前的电容器坏掉无非就是过流过压都不足,这是电容器制造质量技术成本问题,建议竟然要改造就把严重性跟领导汇报,选取较好的产品,做到几年不出问题即可。
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ymmdyj
2012年11月28日 10:46:34
86楼
我忘了补充,以前柜子里装有浪涌保护器,国产的,烧了7、8个。由于现在没有无功补偿也能正常使用,所以考虑采纳1),我自己也计算了一套方案,倾向于用525V电容器,474kW有功功率(钳表测得900A左右自己换算的,抱歉我们这条件简陋,没有电容检测设备)计算出来需要262kVAR补偿容量,因为分2个柜子,每个柜子10路,所以算出每个电容为13.11kVAR,建议选BCMJ0.525-16-3。电感计算后取阻抗比6%,过电流1.31倍,调谐次数4.1,调谐频率204Hz,感抗1.26,电抗器计算出来是4.015mH,额定电流12A。
以这个做了个整改方案,但是纠结于电容全部换掉(20个呀,得多少钱呀)可能上头不接受。。。
感觉你的问题已经很明显了,我的建议就是全部换掉,竟然都烧掉7.8个了,说明剩下的电容器好的也绝对不多,而且你电容器电压等级才400V,还是单体电容补偿,你需要测一下容质(估计都降到底了),不建议选取525V的,这个等级是针对于12%-13%电抗器的一个选择,如果系统中就5次及以上谐波量大的话选取7%即可(必选),电压等级在500V即可。你以前的电容器坏掉无非就是过流过压都不足,这是电容器制造质量技术成本问题,建议竟然要改造就把严重性跟领导汇报,选取较好的产品,做到几年不出问题即可。
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fitman
2012年11月28日 11:03:30
87楼
楼上说的有点问题,6%的电抗器基本上最常用的比率了,也是国内外装机容量最大的串联电抗器了。如果对系统没把握,不知如何选电抗器,就选6%吧,出了问题也能说得过去。不存在楼上所说与4次谐波谐振的问题。
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jackjack30173017
2012年11月28日 16:45:13
88楼

附件为调谐点和共振点的关系,
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fitman
2012年11月28日 20:54:45
89楼
楼上的图没错,可以参考一下。实际应用中只要记住以下几个特征谐波的谐振点:3次,Xl/Xc=11.1%;5次,4%;7次,2%;11次,0.8%;13次,0.6%。再高就没必要记了。
为何我说对4、6等偶次谐波不用管呢?这是因为谐波的产生危害的最重要是参数大家多忽略了。那就是谐波源的大少。如果谐波源不大,就算是与3、5、7次谐振又如何?当然、3、5、7次系统出现的机率太多,还是避开为好。而象偶次谐波、太高次的谐波,一般系统确实没必要处理,这也是为何6%电抗几乎与4次谐波谐振还大量使用的原因。同理,如果系统需然有整流设备,但负荷不大的,也不用处理,这也就是很多系统没必要加电抗器的原因。
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ymmdyj
2012年11月29日 09:15:14
90楼

这一点可能真的认知不同,要清楚再国外他们的基波频率是在60HZ包括台湾,与国内的50HZ不同,所以在60HZ的情况下才会选用6%电抗率,因为此时他的谐振点在245HZ,在5次谐波存在中他是呈现感性的,不会有放大谐波的危险。而且若系统发生谐振,哪怕5次谐波只有0.1A也会放大到无数倍,是比较危险的,偶数次谐波在三相系统中的确很少存在,但不排除电网中的偶数次谐波背景电压而且是瞬时的,所以6%还是不建议选取,在有现如今国内除了高压还在使用6%电抗率,低压补偿各个厂家已全部换为7%作为最常用电抗率。
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fitman
2012年11月29日 10:40:42
91楼
要很好地分析谐波对电容器的影响,必须深入了解电容器组发生谐振的原因及现象,现分析如下:
1、如果系统中感抗与容抗在某种谐波频率下模值相等,就发生谐振了。具体到补偿装置方面的谐振一般有两种。
其一、与系统发生谐振,这种是并联谐振,有相当大的破坏力。特别是高压系统由于短路容量很大,这种现象基本要绝对禁止。
其二、补偿支路中的电抗器与电容器在某次谐波下发生谐振,这种是串联谐振,其结果是把系统中该次谐波的谐波电流都引入到该支路中去(强调的是全引入的只是该次的谐波电流。基波和其他谐波电流还是按阻抗分配原则部分进入)。当这个谐波电流过大时会损坏电容器,也要禁止。
2、关于谐振破坏力的说明:
其一、并联谐振因破坏力大,高压补偿时一定要验算避开。有厂家把低压补偿的分组自动投切直接用在高压系统中是危险的。低压补偿现在都是多路自动投切,系统的参数变化也大,一般没法做可靠的验算。幸好并联谐振的现象就算时有发生。但由于低压系统短路容量少,也就是系统中本身存在的电阻,能有效减少谐振的影响,因此就算发生谐振,电流电压的变化幅度也是有限的,多表现为跳一两个开关、或烧断几跟熔丝或损坏一两个电容器而破坏谐振点就停止了。
其二、电容器支路本身的串联谐振。表现为引入了系统的该次谐波,电容器会有过流现象。但不会出现部分同志所认为的电流无限大的现象。这是因为上面提到系统和支路的电阻作用,另外关键的是谐波源能提供的电流是限的,这也是为何滤波装置就要做成串联谐振的原因。因此,对于3、5、7、11等系统容易出现的谐波,我们要避免支路与其发生谐振,因为你不能确定引入的谐波电流是多少,这可能会令电容器因过载而损坏。但对于其他象偶次、13次以上的谐波,由于出现的机会很少,而且时间短和幅值不太,就算发生了串联谐振,一下就被电路中的电阻吸叫了,没什么大不了,非特定系统不用考虑(特定系统最常见的是电弧炉、电气火车等)。
总结:我们应重视补偿装置接入系统时引起的谐振现象,但具体问题一定要定性定量地分析,不必要作无谓的恐慌。有兴趣研究谐波对补偿装置影响的朋友,请认真看一看上文再作讨论。
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