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摘要：對(duì)某鋼廠擴(kuò)建改造工程有關(guān)吊車供電系統(tǒng)改造方案展開討論，為使改造工程量降到最小，節(jié)省投資，供電變壓器滿足增容需要，提高電網(wǎng)功率因素，提出在滑觸線供電處采用就地動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置減少電壓波動(dòng)，TSC的設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：TSC就地動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)踯嚾汗╇?/p>

1問題的提出

某工程吊車供電系統(tǒng)改造中，因后續(xù)吊車負(fù)荷增加較大，且不可能增加變壓器容量和臺(tái)數(shù)，就必然面臨變壓器供電能力不足的問題。因此，采用了增加就地動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，提高功率因素的方案，以擴(kuò)大變壓器供電的能力。

改造前吊車供電系統(tǒng)負(fù)荷計(jì)算，見表一。

一期工程吊車負(fù)荷計(jì)算

Pjs(kW)Qjs(kvar)Sjs(kVA)CosØIjs(A)

鋼水接收跨1193206423830．53626

加料跨784135615660．52382

表一

由上表負(fù)荷計(jì)算結(jié)果和負(fù)荷性質(zhì)，考慮到主廠房吊車供電要求的高可靠性，采用了變壓器相互備用的方案，具體見下圖一。

吊車供配電圖圖一

新建的二期工程，引起加料跨及鋼水接收跨吊車臺(tái)數(shù)和容量增加很多,根據(jù)廠家提供的參考資料,我們對(duì)吊車供電系統(tǒng)進(jìn)行了計(jì)算：見表二

二期工程負(fù)荷計(jì)算

Pjs(kW)Qjs(kvar)Sjs(kVA)CosØIjs(A)

鋼水接收跨1497258929900．54549

加料跨1722297934410．55233

表二

根據(jù)表二可知，原供電方案已完全不能滿足要求。主要存在的問題為：由于擴(kuò)容，變壓器容量不夠；由于變壓器供電線路電流增大，引起有功和無功損耗增加。

由上述數(shù)據(jù)可知，擴(kuò)容后原供電變壓器2X2500kVA及配電開關(guān)及下級(jí)配電開關(guān)和滑觸線均不能滿足擴(kuò)容后供電要求。

照此，原供電變壓器及低壓配電柜及滑觸線全部要改造，重新設(shè)計(jì)，而且變壓器容量要加大到4000kVA以上，這樣，開關(guān)的短路容量要求更高，供電電纜更多，滑觸線全部更換，施工難度更大，從而改造費(fèi)用巨大，停產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)。

根據(jù)負(fù)荷計(jì)算結(jié)果，也曾考慮過在電氣室采用低壓側(cè)無功補(bǔ)償方案，由于電氣室空間限制和投資的限制，也曾考慮加大變壓器容量的方案。但變壓器容量已選最大，無法再擴(kuò)容。

為了既保證變壓器總輸出容量不增加，又解決新增設(shè)備的供電需要，經(jīng)過多方比較、論證，最后決定采用低壓就地動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償方案。

2無功補(bǔ)償方案的選擇

由于主廠房吊車負(fù)載存在功率因素低的特點(diǎn),主要按以下幾點(diǎn)確定選擇方案：

1)能采用就地補(bǔ)償?shù)牡胤奖M量選用就地補(bǔ)償方案、就地平衡負(fù)載無功功率，以消除無功功率對(duì)供電系統(tǒng)的影響，使整個(gè)供配電設(shè)施都以較小電流供電從而損耗最小；

2)選用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方式補(bǔ)償無功功率，動(dòng)態(tài)跟隨負(fù)載無功功率變化，不僅可以使供電電流減小，獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益，而且從根本上消除了靜態(tài)濾波器補(bǔ)償時(shí)網(wǎng)壓過高和過低對(duì)設(shè)備的損壞問題。

3)選用TSC(晶閘管投切電容器)補(bǔ)償方式，吊車供電負(fù)載屬于感性負(fù)載，采用可變的容性無功直接進(jìn)行補(bǔ)償。

基于以上幾點(diǎn)，具有諧波治理功能的TSC就地動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償方案是本工程無功補(bǔ)償方案的理想選擇。

2.1裝置主要特點(diǎn)

1)補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間為15ms，投切時(shí)間10ms。

2)TSC控制，電流過零點(diǎn)投切，補(bǔ)償電容入網(wǎng)、退網(wǎng)時(shí)電流均為正弦變化，對(duì)電網(wǎng)無沖擊。

3)可靠性提高。

2.2無功補(bǔ)償?shù)淖饔眉靶阅?/p>

提高功率因素，減少供電線路的輸入的無功功率，充分發(fā)揮現(xiàn)有變壓器容量。

3TSC動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置和其它補(bǔ)償裝置的區(qū)別

TCR動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償（結(jié)構(gòu)如圖二），其原理是通過改變可控硅導(dǎo)通角調(diào)整感性無功。固定電容器產(chǎn)生容性無功，靠調(diào)節(jié)裝置內(nèi)可變的感性無功同固定的容性無功抵消作用，使補(bǔ)償裝置輸出大小可變的容性無功，其特點(diǎn)為當(dāng)用可控硅作為接通電感的無觸點(diǎn)電子開關(guān)元件在改變其導(dǎo)通角時(shí)，可獲得不低于20ms的響應(yīng)時(shí)間，并且沒有電流沖擊。主要缺點(diǎn)是裝置內(nèi)部很大一部分無功相互抵消，裝置自身損耗比較大。所以，TCR動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償雖然可獲得20ms的響應(yīng)時(shí)間，但其結(jié)構(gòu)龐大，造價(jià)成本高，比較適合高壓補(bǔ)償。

根據(jù)補(bǔ)償理論，低壓用戶就地補(bǔ)償從降低線路損耗和用戶變壓器增容方面來看，都比高壓補(bǔ)償效益明顯。

國(guó)內(nèi)常用的無功補(bǔ)償裝置為靜態(tài)無功補(bǔ)償方式，（結(jié)構(gòu)如圖三）此類裝置價(jià)格較低，本身損耗小。

但靜態(tài)無功補(bǔ)償方式的主要缺點(diǎn)為：

1)對(duì)波動(dòng)負(fù)載不能及時(shí)響應(yīng)，易產(chǎn)生過補(bǔ)和欠補(bǔ)，例如對(duì)大型電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程無法補(bǔ)償，造成網(wǎng)壓動(dòng)態(tài)下降。

2)在產(chǎn)生過補(bǔ)償時(shí)會(huì)造成網(wǎng)壓升高損壞用電設(shè)備。

可見這種靜態(tài)無功補(bǔ)償方式不能達(dá)到和保持最佳的補(bǔ)償效果，一般只適合于在無功功率變化不大或緩慢的場(chǎng)合。

而TSC低壓就地?zé)o功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置的微機(jī)控制單元（結(jié)構(gòu)如圖四）采用按無功功率投切電容器組的補(bǔ)償原理，只需一次到位，大大減少了開關(guān)動(dòng)作次數(shù)。這種控制克服了按功率因素投切電容器組所帶來的不利因素。通常按功率因素投切電容器組需要多次投切才能找到合適的補(bǔ)償容量，開關(guān)動(dòng)作次數(shù)多，影響了電容器的使用壽命，同時(shí)還不能保證電壓合格率。

該裝置應(yīng)用的補(bǔ)償技術(shù)不需附加緩沖電感，可控硅以10ms速率直接將電容器投入電網(wǎng)，降低了補(bǔ)償裝置成本。而且，在電網(wǎng)電壓高低不同時(shí)可采用不同的補(bǔ)償算法，以確保不發(fā)生欠補(bǔ)償和過補(bǔ)償產(chǎn)生的電網(wǎng)電壓升高。

3.1無功補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)的確立

3.1.1安裝在電氣室變壓器二次側(cè)水平母線上

可減少動(dòng)力變壓器電力損耗，但配出線路及配出饋電開關(guān)及滑觸線全部要改。改造范圍大，投資多。

3.1.2安裝在吊車上直接與電動(dòng)機(jī)并聯(lián)

這種方式補(bǔ)償效果最佳，但投資最貴，而且現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，且安裝、維修困難。

3.1.3安裝在現(xiàn)場(chǎng)滑觸線電源供電處

現(xiàn)場(chǎng)將按照滑觸線電源供電點(diǎn)數(shù)量增加控制室以安裝無功補(bǔ)償柜，從而減少線路損耗。而且環(huán)境比較好，容易維護(hù)保養(yǎng)。改造范圍較小，已實(shí)施就是此種方案。

上述用戶側(cè)就地補(bǔ)償方式可以使補(bǔ)償在以前的整個(gè)線路的電流下降，補(bǔ)償點(diǎn)越接近用電負(fù)載，其節(jié)電效果就越顯著。

因此無功功率補(bǔ)償不應(yīng)僅僅局限于高壓側(cè)進(jìn)行補(bǔ)償，同時(shí)應(yīng)在用戶側(cè)進(jìn)行就地補(bǔ)償。

無功補(bǔ)償裝置的位置布置示意圖見圖五。

圖五

3.2吊車無功補(bǔ)償量的計(jì)算

補(bǔ)償量的確定原則：

功率因素達(dá)到0.92以上，裝置運(yùn)行中不會(huì)出現(xiàn)過補(bǔ)、欠補(bǔ)，且個(gè)別電容器損壞后仍能保證正常運(yùn)行。

需補(bǔ)償?shù)臒o功功率補(bǔ)償量為:

Qc=αP30qc

Qc-需要補(bǔ)償?shù)臒o功容量

α-平均負(fù)荷系數(shù)取0.7~0.8

P30-總計(jì)算負(fù)荷kW

qc-補(bǔ)償率kvar/kW

根據(jù)以上公式可計(jì)算出需補(bǔ)償?shù)臒o功功率及所需補(bǔ)償裝置

將現(xiàn)供電的功率因數(shù)由0.5提高到0.92，計(jì)算結(jié)果見下表三：

二期工程負(fù)荷計(jì)算

Pjs(kW)Qjs(kvar)Sjs(kVA)CosØIjs(A)

鋼水接收跨149763816270．922474

加料跨172073318690．922843

表三

4結(jié)論

根據(jù)表一～表三及上述計(jì)算和分析，得出結(jié)論：

增加TSC就地低壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償后，利用TSC就地?zé)o功補(bǔ)償裝置產(chǎn)生的容性無功電流快速、準(zhǔn)確地抵消電網(wǎng)中的感性無功電流，從而提高了功率因素，保證了供電質(zhì)量，提高供電設(shè)備的供電能力。原供電變壓器2X2500kVA及低壓配電柜可以保留,由于加料跨負(fù)荷增加很多，僅加料跨的供電開關(guān)更換加大，電纜增大，滑觸線增加扁鋁線。這樣吊車供電及滑觸線改動(dòng)部分較小。

從上述數(shù)據(jù)，變壓器供電容量可減小30％以上，電壓穩(wěn)定在電壓波動(dòng)不大于5V范圍內(nèi)，線路損耗和變壓器損耗降低2％以上。