進相器專用電抗器(限流電抗器)在無功補償中的應(yīng)用之上篇

    一、靜止進相器在在無功補償中的應(yīng)用
    靜止進相器是一種無功就地補償裝置,它串接于交流繞線式異步電機的轉(zhuǎn)子回路,用以提高電動機的功率因數(shù),發(fā)揮現(xiàn)有供電設(shè)備的供電潛力,降低電力損耗,從而達到節(jié)能目的,提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。 

    目前,國內(nèi)外交流繞線式異步電機無功補償方式主要有兩種:1)電機定子側(cè)并聯(lián)電容器;2)電機轉(zhuǎn)子回路串接旋轉(zhuǎn)式進相裝置。電機定子側(cè)并聯(lián)電容器只能補償線路無功功率,不能降低電機定子電流;尤其是對高壓電容器的安裝場所、控制方式都有特殊要求,其投資往往高于一般進相裝置。原有的串接于電機轉(zhuǎn)子回路的旋轉(zhuǎn)式進相裝置是一種整流子旋轉(zhuǎn)電機,特別怕塵埃,使用壽命短,且規(guī)格少,難以與異步電機達到最佳匹配。靜止進相器是在上述兩種無功補償裝置的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型節(jié)能裝置。它采用了變頻技術(shù),具有參數(shù)調(diào)節(jié)容易,不怕塵埃,使用壽命長,維護方便等特點。 

    1、靜止進相器的工作原理 
    靜止進相器采用變頻技術(shù),將單相380V交流電,通過12只晶閘管和6只進相器專用電抗器(限流電抗器，亦稱為平衡電抗器),變換成與電機轉(zhuǎn)子頻率相同(f1·S≈1Hz)的三相交流電。該電流通入轉(zhuǎn)子回路,從而在轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生一個超前于轉(zhuǎn)子電勢近90°的附加電勢Ek,進而改善電機的功率因數(shù)。Ek的大小取決于變頻器電源U2的大小和晶閘管觸發(fā)角的大小。從系統(tǒng)框圖(圖1)看,采樣信號回路根據(jù)電機轉(zhuǎn)子電流信號和附加電勢信號進行處理,把結(jié)果送給邏輯判別回路;邏輯判別回路根據(jù)保護指令控制觸發(fā)器,觸發(fā)晶閘管的觸發(fā)角,從而在轉(zhuǎn)子回路得到一個附加激磁電流í′mo為了保持í1+í2=ím不變,í2增加,í1就要減少;所以可降低定子電流,減小功率因數(shù)角φ1,提高功率因數(shù)cosφ1(見圖2),由于保持勵磁電流ím不變、轉(zhuǎn)差率不變,進而保證電機出軸力矩不變、電機轉(zhuǎn)速不變。

    隨著補償電壓的逐步升高,定子側(cè)的無功功率逐漸下降,功率因數(shù)逐步上升,定子電流逐漸減小。當(dāng)補償電壓升高到一定值后,定子側(cè)的無功功率減小到接近于零,功率因數(shù)上升到近似于1(見圖2)。

                                                                             圖2 補償后電機特性曲線 
P1:有功功率;n:電機轉(zhuǎn)速;cosφ1:功率因數(shù);I1:定子電流;P1:無功功率 

    2、靜止進相器的應(yīng)用實例 
    我廠1臺水泥球磨機電機型號為JRQ138-8,電機功率380kW。本系統(tǒng)由于力率低,每月要被電力部門罰款五千多元。1998年9月,經(jīng)過充分論證后,選用HF系列靜止進相器。三種無功就地補償裝置選擇比較見表1。

                                                                            表1無功功率就地補償裝置選擇比較 

    2.1安裝調(diào)試     
    為了使電機轉(zhuǎn)子接線盡量短些,應(yīng)將進相器裝于離電機近且通風(fēng)防塵的地方,按電氣聯(lián)鎖信號接線圖(圖4)接線。該進相器出廠時就已將觸發(fā)板調(diào)好、脈沖邏輯已固化,現(xiàn)場只需調(diào)節(jié)變壓器TS二次抽頭(共有六組接線),以改變變頻器輸入電壓U2大小,進而改變電機無功功率的幅度,以達到提高電網(wǎng)功率因數(shù)的目的,故本系統(tǒng)安裝調(diào)試較容易。    

    2.2聯(lián)鎖回路 
    1)將電機轉(zhuǎn)子短接接觸器2KM的一常開輔助觸點串入進相器控制回路,以保證只有在電機起動完畢后才能投入進相器。 
    2)進相器電源控制開關(guān)SQF的一常開觸點,串入電機控制回路,以免出現(xiàn)進相器控制電源斷電,即1C失電的情況下,起動電機,造成轉(zhuǎn)子開路運行的嚴(yán)重后果。 
    3)若進相器主電源失電(如FU熔絲熔斷),KA繼電器失電,KA常閉觸點(15、12)閉合,1C得電,轉(zhuǎn)子回路被短接。 
    4)SSR為固態(tài)繼電器,其輸入端為觸發(fā)板信號,若觸發(fā)回路出故障,將斷開SSR,進相器退出運行。 
    為了避免電機轉(zhuǎn)子開路,特別是轉(zhuǎn)子開路狀態(tài)下起動電機,要做到進相器失電時,運行著的電機要能立即停機,停止的電機則不能啟動開機。除采取圖4進相器和電機控制電路互相聯(lián)鎖外,筆者認為還應(yīng)將進相器與電機共用同一控制電源,確保電機安全。  
   
    靜止進相器具有投資省、回收快、安裝維護方便的優(yōu)點,特別適用于水泥行業(yè)球磨機、風(fēng)機等恒轉(zhuǎn)矩負載,節(jié)能效果顯著。但商家只采用開環(huán)控制,使進相器在變負荷電機中難以應(yīng)用,這樣就削弱了變頻技術(shù)的優(yōu)勢,限制其推廣應(yīng)用范圍。
   
    二、進相器及專用電抗器(限流電抗器)的應(yīng)用

    1、進相器專用電抗器(限流電抗器)工作原理
    進相器是與交流系統(tǒng)進行無功交換的設(shè)備。進相器專用電抗器(限流電抗器)實質(zhì)上是一個無導(dǎo)磁材料的空心線圈。它可以根據(jù)需要布置為垂直、水平和品字形三種裝配形式。在電力系統(tǒng)發(fā)生短路時，會產(chǎn)生數(shù)值很大的短路電流。如果不加以限制，要保持電氣設(shè)備的動態(tài)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定是非常困難的。因此，為了滿足某些斷路器遮斷容量的要求，常在出線斷路器處串聯(lián)電抗器，增大短路阻抗，限制短路電流。

     由于采用了進相器專用電抗器(限流電抗器)，在發(fā)生短路時，電抗器上的電壓降較大，所以也起到了維持母線電壓水平的作用，使母線上的電壓波動較小，保證了非故障線路上的用戶電氣設(shè)備運行的穩(wěn)定性。進相器專用電抗器(限流電抗器)是防止啟動時電流過大，并且有平波的功能。

    2、進相器專用電抗器(限流電抗器)在電機上的應(yīng)用
此電抗器為靜止式或變負載進相器專用電抗器（限流電抗器），全部都為低壓。進相器專用專用電抗器(限流電抗器)一般用于配電線路。從同一母線引出的分支饋線上往往串有進相器專用專用電抗器(限流電抗器)，以限制饋線的短路電流，并維持母線電壓，不致因饋線短路而致過低。通常情況下，一套控制柜要用一整套（共6臺），一般都是成雙訂貨；安裝方式有：正裝，反裝，全封閉和半封閉的；

    進相器專用電抗器(限流電抗器)為靜止式進相器專用配件，起著核心部件的作用，進相器專用電抗器(限流電抗器)大小的選型，關(guān)乎進相器使用的穩(wěn)定性。所以一定要請資深專業(yè)技術(shù)工程師來選型選購，進相器專用電抗器(限流電抗器)常用電流主要有300A,400A,500A,600A,700A,800A,900A,1000A,1100A,1200A,1300A,1400A,1500A，電感量多為0.12MH或0.13MH,各種型號可發(fā)圖訂做。如需指導(dǎo)配套，您可提供電機的型號，功率，電壓，轉(zhuǎn)子電流，轉(zhuǎn)子電壓即可為您設(shè)計合適的電抗器。

    3、進相器專用電抗器(限流電抗器)常規(guī)尺寸如下圖：

    4、進相器專用電抗器(限流電抗器)的主要特點及工藝優(yōu)勢：
    4.1、進相器專用電抗器(限流電抗器)均由環(huán)氧樹脂浸漬過的長玻璃絲纖維對線圈進行包封。進相器專用電抗器(限流電抗器)由數(shù)個線圈包封組成；進相器專用電抗器(限流電抗器)線圈采用絕緣性能良好的的薄膜作為導(dǎo)線的匝絕緣；進相器專用電抗器(限流電抗器)表面覆蓋有耐紫外線的硅有機漆，具有良好的耐戶外氣候條件的性能。電抗器線圈層間，采用聚酯玻璃纖維撐條，作為軸向散熱氣道，具有良好的散熱性能。進相器專用電抗器(限流電抗器)在溫升計算時，考慮了熱點的最高溫度，并留有相當(dāng)?shù)脑６�，使熱點溫升<70K，從而保證了電抗器的長期安全運行. 由于進相器專用電抗器(限流電抗器)采用多層并聯(lián)機構(gòu)，線圈的軸向電應(yīng)力為零，在穩(wěn)態(tài)工作電壓下，沿線圈高度方向的電壓分布均勻。

    4.2、由于進相器專用電抗器(限流電抗器)采用浸漬環(huán)氧樹脂的長纖維玻璃絲進行包封，線圈經(jīng)固化處理后具有和好的整體性。運行時除連接處產(chǎn)生微小的振動外，線圈內(nèi)部不會產(chǎn)生導(dǎo)體間的振動。電抗器在整個使用壽命（大于30年）期間噪音水平低于55分貝。進相器專用電抗器(限流電抗器)采用截面很小的鋁導(dǎo)線（Φ2.15～Φ4.5）作為線圈導(dǎo)線，有效的降低了諧波下導(dǎo)線中的渦流損耗。由于采用環(huán)氧樹脂浸漬的長玻璃絲對線圈進行包封，進相器專用電抗器(限流電抗器)通過短路電流時所產(chǎn)生的巨大機械力由包封承受，從而在整個線圈導(dǎo)線具有較高的抗短路電流能力。

    4.3、進相器專用電抗器(限流電抗器)的連接鋁排采用大截面雙鋁排的結(jié)構(gòu)型式。鋁排電密控制在1A/mm2之內(nèi)。鋁排上的溫升較低，機械性能好。進相器專用電抗器(限流電抗器)鋁排與包封連接采用三道綁扎，保證了電抗器在受大電流沖擊時的結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性。進相器專用電抗器(限流電抗器)導(dǎo)線部分均用氬弧焊焊接，機械結(jié)構(gòu)上無緊固零件，大大提高了運行可靠性。整個電抗器結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、能長期運行在戶外氣候條件下，設(shè)備維護簡單方便。進相器專用電抗器(限流電抗器)單位重量的“kvar”值較大。