進相器專用電抗器(限流電抗器)在無功補償中的應用之上篇

    一、靜止進相器在在無功補償中的應用
    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子回路,用以提高電動機的功率因數,發揮現有供電設備的供電潛力,降低電力損耗,從而達到節能目的,提高企業的經濟效益。 

    目前,國內外交流繞線式異步電機無功補償方式主要有兩種:1)電機定子側并聯電容器;2)電機轉子回路串接旋轉式進相裝置。電機定子側并聯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子回路的旋轉式進相裝置是一種整流子旋轉電機,特別怕塵埃,使用壽命短,且規格少,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上發展起來的一種新型節能裝置。它采用了變頻技術,具有參數調節容易,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,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),變換成與電機轉子頻率相同(f1·S≈1Hz)的三相交流電。該電流通入轉子回路,從而在轉子回路中產生一個超前于轉子電勢近90°的附加電勢Ek,進而改善電機的功率因數。Ek的大小取決于變頻器電源U2的大小和晶閘管觸發角的大小。從系統框圖(圖1)看,采樣信號回路根據電機轉子電流信號和附加電勢信號進行處理,把結果送給邏輯判別回路;邏輯判別回路根據保護指令控制觸發器,觸發晶閘管的觸發角,從而在轉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,減小功率因數角φ1,提高功率因數cosφ1(見圖2),由于保持勵磁電流ím不變、轉差率不變,進而保證電機出軸力矩不變、電機轉速不變。

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

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

    2、靜止進相器的應用實例 
    我廠1臺水泥球磨機電機型號為JRQ138-8,電機功率380kW。本系統由于力率低,每月要被電力部門罰款五千多元。1998年9月,經過充分論證后,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安裝調試     
    為了使電機轉子接線盡量短些,應將進相器裝于離電機近且通風防塵的地方,按電氣聯鎖信號接線圖(圖4)接線。該進相器出廠時就已將觸發板調好、脈沖邏輯已固化,現場只需調節變壓器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,以達到提高電網功率因數的目的,故本系統安裝調試較容易。    

    2.2聯鎖回路 
    1)將電機轉子短接接觸器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SQF的一常開觸點,串入電機控制回路,以免出現進相器控制電源斷電,即1C失電的情況下,起動電機,造成轉子開路運行的嚴重后果。 
    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,轉子回路被短接。 
    4)SSR為固態繼電器,其輸入端為觸發板信號,若觸發回路出故障,將斷開SSR,進相器退出運行。 
    為了避免電機轉子開路,特別是轉子開路狀態下起動電機,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鎖外,筆者認為還應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、安裝維護方便的優點,特別適用于水泥行業球磨機、風機等恒轉矩負載,節能效果顯著。但商家只采用開環控制,使進相器在變負荷電機中難以應用,這樣就削弱了變頻技術的優勢,限制其推廣應用范圍。
   
    二、進相器及專用電抗器(限流電抗器)的應用

    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進行無功交換的設備。進相器專用電抗器(限流電抗器)實質上是一個無導磁材料的空心線圈。它可以根據需要布置為垂直、水平和品字形三種裝配形式。在電力系統發生短路時，會產生數值很大的短路電流。如果不加以限制，要保持電氣設備的動態穩定和熱穩定是非常困難的。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備運行的穩定性。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，關乎進相器使用的穩定性。所以一定要請資深專業技術工程師來選型選購，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,各種型號可發圖訂做。如需指導配套，您可提供電機的型號，功率，電壓，轉子電流，轉子電壓即可為您設計合適的電抗器。

    3、進相器專用電抗器(限流電抗器)常規尺寸如下圖：

    4、進相器專用電抗器(限流電抗器)的主要特點及工藝優勢：
    4.1、進相器專用電抗器(限流電抗器)均由環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，并留有相當的裕度，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)采用多層并聯機構，線圈的軸向電應力為零，在穩態工作電壓下，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)采用浸漬環氧樹脂的長纖維玻璃絲進行包封，線圈經固化處理后具有和好的整體性。運行時除連接處產生微小的振動外，線圈內部不會產生導體間的振動。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線（Φ2.15～Φ4.5）作為線圈導線，有效的降低了諧波下導線中的渦流損耗。由于采用環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生的巨大機械力由包封承受，從而在整個線圈導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構型式。鋁排電密控制在1A/mm2之內。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構安全穩定性。進相器專用電抗器(限流電抗器)導線部分均用氬弧焊焊接，機械結構上無緊固零件，大大提高了運行可靠性。整個電抗器結構簡單、緊湊、能長期運行在戶外氣候條件下，設備維護簡單方便。進相器專用電抗器(限流電抗器)單位重量的“kvar”值較大。