進(jìn)相器專用電抗器(限流電抗器)在無功補(bǔ)償中的應(yīng)用之上篇

    一、靜止進(jìn)相器在在無功補(bǔ)償中的應(yīng)用
    靜止進(jìn)相器是一種無功就地補(bǔ)償裝置,它串接于交流繞線式異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子回路,用以提高電動機(jī)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(dá)到節(jié)能目的,提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。 

    目前,國內(nèi)外交流繞線式異步電機(jī)無功補(bǔ)償方式主要有兩種:1)電機(jī)定子側(cè)并聯(lián)電容器;2)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路串接旋轉(zhuǎn)式進(jìn)相裝置。電機(jī)定子側(cè)并聯(lián)電容器只能補(bǔ)償線路無功功率,不能降低電機(jī)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(jìn)相裝置。原有的串接于電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的旋轉(zhuǎn)式進(jìn)相裝置是一種整流子旋轉(zhuǎn)電機(jī),特別怕塵埃,使用壽命短,且規(guī)格少,難以與異步電機(jī)達(dá)到最佳匹配。靜止進(jìn)相器是在上述兩種無功補(bǔ)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(hù)方便等特點(diǎn)。 

    1、靜止進(jìn)相器的工作原理 
    靜止進(jìn)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(jìn)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(jī)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(gè)超前于轉(zhuǎn)子電勢近90°的附加電勢Ek,進(jìn)而改善電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)子電流信號和附加電勢信號進(jìn)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(hù)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(gè)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(jìn)而保證電機(jī)出軸力矩不變、電機(jī)轉(zhuǎn)速不變。

    隨著補(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)償后電機(jī)特性曲線 
P1:有功功率;n:電機(jī)轉(zhuǎn)速;cosφ1:功率因數(shù);I1:定子電流;P1:無功功率 

    2、靜止進(jìn)相器的應(yīng)用實(shí)例 
    我廠1臺水泥球磨機(jī)電機(jī)型號為JRQ138-8,電機(jī)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(jìn)相器。三種無功就地補(bǔ)償裝置選擇比較見表1。

                                                                            表1無功功率就地補(bǔ)償裝置選擇比較 

    2.1安裝調(diào)試     
    為了使電機(jī)轉(zhuǎn)子接線盡量短些,應(yīng)將進(jìn)相器裝于離電機(jī)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(jìn)相器出廠時(shí)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(jìn)而改變電機(jī)無功功率的幅度,以達(dá)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(jī)轉(zhuǎn)子短接接觸器2KM的一常開輔助觸點(diǎn)串入進(jìn)相器控制回路,以保證只有在電機(jī)起動完畢后才能投入進(jìn)相器。 
    2)進(jìn)相器電源控制開關(guān)SQF的一常開觸點(diǎn),串入電機(jī)控制回路,以免出現(xiàn)進(jìn)相器控制電源斷電,即1C失電的情況下,起動電機(jī),造成轉(zhuǎn)子開路運(yùn)行的嚴(yán)重后果。 
    3)若進(jìn)相器主電源失電(如FU熔絲熔斷),KA繼電器失電,KA常閉觸點(diǎn)(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(jìn)相器退出運(yùn)行。 
    為了避免電機(jī)轉(zhuǎn)子開路,特別是轉(zhuǎn)子開路狀態(tài)下起動電機(jī),要做到進(jìn)相器失電時(shí),運(yùn)行著的電機(jī)要能立即停機(jī),停止的電機(jī)則不能啟動開機(jī)。除采取圖4進(jìn)相器和電機(jī)控制電路互相聯(lián)鎖外,筆者認(rèn)為還應(yīng)將進(jìn)相器與電機(jī)共用同一控制電源,確保電機(jī)安全。  
   
    靜止進(jìn)相器具有投資省、回收快、安裝維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn),特別適用于水泥行業(yè)球磨機(jī)、風(fēng)機(jī)等恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,節(jié)能效果顯著。但商家只采用開環(huán)控制,使進(jìn)相器在變負(fù)荷電機(jī)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(jìn)相器及專用電抗器(限流電抗器)的應(yīng)用

    1、進(jìn)相器專用電抗器(限流電抗器)工作原理
    進(jìn)相器是與交流系統(tǒng)進(jìn)行無功交換的設(shè)備。進(jìn)相器專用電抗器(限流電抗器)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)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(shí)，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(jìn)相器專用電抗器(限流電抗器)，在發(fā)生短路時(shí)，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(yùn)行的穩(wěn)定性。進(jìn)相器專用電抗器(限流電抗器)是防止啟動時(shí)電流過大，并且有平波的功能。

    2、進(jìn)相器專用電抗器(限流電抗器)在電機(jī)上的應(yīng)用
此電抗器為靜止式或變負(fù)載進(jìn)相器專用電抗器（限流電抗器），全部都為低壓。進(jìn)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(jìn)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(jìn)相器專用電抗器(限流電抗器)為靜止式進(jìn)相器專用配件，起著核心部件的作用，進(jìn)相器專用電抗器(限流電抗器)大小的選型，關(guān)乎進(jìn)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(jìn)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(jī)的型號，功率，電壓，轉(zhuǎn)子電流，轉(zhuǎn)子電壓即可為您設(shè)計(jì)合適的電抗器。

    3、進(jìn)相器專用電抗器(限流電抗器)常規(guī)尺寸如下圖：

    4、進(jìn)相器專用電抗器(限流電抗器)的主要特點(diǎn)及工藝優(yōu)勢：
    4.1、進(jìn)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(jìn)行包封。進(jìn)相器專用電抗器(限流電抗器)由數(shù)個(gè)線圈包封組成；進(jìn)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(jìn)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(jī)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(jìn)相器專用電抗器(限流電抗器)在溫升計(jì)算時(shí)，考慮了熱點(diǎn)的最高溫度，并留有相當(dāng)?shù)脑６�，使熱點(diǎn)溫升<70K，從而保證了電抗器的長期安全運(yùn)行. 由于進(jìn)相器專用電抗器(限流電抗器)采用多層并聯(lián)機(jī)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(jìn)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(jìn)行包封，線圈經(jīng)固化處理后具有和好的整體性。運(yùn)行時(shí)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(gè)使用壽命（大于30年）期間噪音水平低于55分貝。進(jìn)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(jìn)行包封，進(jìn)相器專用電抗器(限流電抗器)通過短路電流時(shí)所產(chǎn)生的巨大機(jī)械力由包封承受，從而在整個(gè)線圈導(dǎo)線具有較高的抗短路電流能力。

    4.3、進(jìn)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(jī)械性能好。進(jìn)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(shí)的結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性。進(jìn)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(jī)械結(jié)構(gòu)上無緊固零件，大大提高了運(yùn)行可靠性。整個(gè)電抗器結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、能長期運(yùn)行在戶外氣候條件下，設(shè)備維護(hù)簡單方便。進(jìn)相器專用電抗器(限流電抗器)單位重量的“kvar”值較大。