进相器专用电抗器(限流电抗器)在无功补偿中的应用之上篇 一、静止进相器在在无功补偿中的应用
静止进相器是一种无功就地补偿装置,它串接于交流绕线式异步电机的转子回路,用以提高电动机的功率因数,发挥现有供电设备的供电潜力,降低电力损耗,从而达到节能目的,提高企业的经济效益。
目前,国内外交流绕线式异步电机无功补偿方式主要有两种:1)电机定子侧并联电容器;2)电机转子回路串接旋转式进相装置。电机定子侧并联电容器只能补偿线路无功功率,不能降低电机定子电流;尤其是对高压电容器的安装场所、控制方式都有特殊要求,其投资往往高于一般进相装置。原有的串接于电机转子回路的旋转式进相装置是一种整流子旋转电机,特别怕尘埃,使用寿命短,且规格少,难以与异步电机达到最佳匹配。静止进相器是在上述两种无功补偿装置的基础上发展起来的一种新型节能装置。它采用了变频技术,具有参数调节容易,不怕尘埃,使用寿命长,维护方便等特点。
1、静止进相器的工作原理
静止进相器采用变频技术,将单相380V交流电,通过12只晶闸管和6只进相器专用电抗器(限流电抗器，亦称为平衡电抗器),变换成与电机转子频率相同(f1·S≈1Hz)的三相交流电。该电流通入转子回路,从而在转子回路中产生一个超前于转子电势近90°的附加电势Ek,进而改善电机的功率因数。Ek的大小取决于变频器电源U2的大小和晶闸管触发角的大小。从系统框图(图1)看,采样信号回路根据电机转子电流信号和附加电势信号进行处理,把结果送给逻辑判别回路;逻辑判别回路根据保护指令控制触发器,触发晶闸管的触发角,从而在转子回路得到一个附加激磁电流í′mo为了保持í1+í2=ím不变,í2增加,í1就要减少;所以可降低定子电流,减小功率因数角φ1,提高功率因数cosφ1(见图2),由于保持励磁电流ím不变、转差率不变,进而保证电机出轴力矩不变、电机转速不变。
随着补偿电压的逐步升高,定子侧的无功功率逐渐下降,功率因数逐步上升,定子电流逐渐减小。当补偿电压升高到一定值后,定子侧的无功功率减小到接近于零,功率因数上升到近似于1(见图2)。
图2 补偿后电机特性曲线
P1:有功功率;n:电机转速;cosφ1:功率因数;I1:定子电流;P1:无功功率
2、静止进相器的应用实例
我厂1台水泥球磨机电机型号为JRQ138-8,电机功率380kW。本系统由于力率低,每月要被电力部门罚款五千多元。1998年9月,经过充分论证后,选用HF系列静止进相器。三种无功就地补偿装置选择比较见表1。
表1无功功率就地补偿装置选择比较
2.1安装调试
为了使电机转子接线尽量短些,应将进相器装于离电机近且通风防尘的地方,按电气联锁信号接线图(图4)接线。该进相器出厂时就已将触发板调好、脉冲逻辑已固化,现场只需调节变压器TS二次抽头(共有六组接线),以改变变频器输入电压U2大小,进而改变电机无功功率的幅度,以达到提高电网功率因数的目的,故本系统安装调试较容易。
2.2联锁回路
1)将电机转子短接接触器2KM的一常开辅助触点串入进相器控制回路,以保证只有在电机起动完毕后才能投入进相器。
2)进相器电源控制开关SQF的一常开触点,串入电机控制回路,以免出现进相器控制电源断电,即1C失电的情况下,起动电机,造成转子开路运行的严重后果。
3)若进相器主电源失电(如FU熔丝熔断),KA继电器失电,KA常闭触点(15、12)闭合,1C得电,转子回路被短接。
4)SSR为固态继电器,其输入端为触发板信号,若触发回路出故障,将断开SSR,进相器退出运行。
为了避免电机转子开路,特别是转子开路状态下起动电机,要做到进相器失电时,运行着的电机要能立即停机,停止的电机则不能启动开机。除采取图4进相器和电机控制电路互相联锁外,笔者认为还应将进相器与电机共用同一控制电源,确保电机安全。
静止进相器具有投资省、回收快、安装维护方便的优点,特别适用于水泥行业球磨机、风机等恒转矩负载,节能效果显著。但商家只采用开环控制,使进相器在变负荷电机中难以应用,这样就削弱了变频技术的优势,限制其推广应用范围。
二、进相器及专用电抗器(限流电抗器)的应用
1、进相器专用电抗器(限流电抗器)工作原理
进相器是与交流系统进行无功交换的设备。进相器专用电抗器(限流电抗器)实质上是一个无导磁材料的空心线圈。它可以根据需要布置为垂直、水平和品字形三种装配形式。在电力系统发生短路时，会产生数值很大的短路电流。如果不加以限制，要保持电气设备的动态稳定和热稳定是非常困难的。因此，为了满足某些断路器遮断容量的要求，常在出线断路器处串联电抗器，增大短路阻抗，限制短路电流。
由于采用了进相器专用电抗器(限流电抗器)，在发生短路时，电抗器上的电压降较大，所以也起到了维持母线电压水平的作用，使母线上的电压波动较小，保证了非故障线路上的用户电气设备运行的稳定性。进相器专用电抗器(限流电抗器)是防止启动时电流过大，并且有平波的功能。
2、进相器专用电抗器(限流电抗器)在电机上的应用
此电抗器为静止式或变负载进相器专用电抗器（限流电抗器），全部都为低压。进相器专用专用电抗器(限流电抗器)一般用于配电线路。从同一母线引出的分支馈线上往往串有进相器专用专用电抗器(限流电抗器)，以限制馈线的短路电流，并维持母线电压，不致因馈线短路而致过低。通常情况下，一套控制柜要用一整套（共6台），一般都是成双订货；安装方式有：正装，反装，全封闭和半封闭的；
进相器专用电抗器(限流电抗器)为静止式进相器专用配件，起着核心部件的作用，进相器专用电抗器(限流电抗器)大小的选型，关乎进相器使用的稳定性。所以一定要请资深专业技术工程师来选型选购，进相器专用电抗器(限流电抗器)常用电流主要有300A,400A,500A,600A,700A,800A,900A,1000A,1100A,1200A,1300A,1400A,1500A，电感量多为0.12MH或0.13MH,各种型号可发图订做。如需指导配套，您可提供电机的型号，功率，电压，转子电流，转子电压即可为您设计合适的电抗器。
3、进相器专用电抗器(限流电抗器)常规尺寸如下图：
4、进相器专用电抗器(限流电抗器)的主要特点及工艺优势：
4.1、进相器专用电抗器(限流电抗器)均由环氧树脂浸渍过的长玻璃丝纤维对线圈进行包封。进相器专用电抗器(限流电抗器)由数个线圈包封组成；进相器专用电抗器(限流电抗器)线圈采用绝缘性能良好的的薄膜作为导线的匝绝缘；进相器专用电抗器(限流电抗器)表面覆盖有耐紫外线的硅有机漆，具有良好的耐户外气候条件的性能。电抗器线圈层间，采用聚酯玻璃纤维撑条，作为轴向散热气道，具有良好的散热性能。进相器专用电抗器(限流电抗器)在温升计算时，考虑了热点的最高温度，并留有相当的裕度，使热点温升<70K，从而保证了电抗器的长期安全运行. 由于进相器专用电抗器(限流电抗器)采用多层并联机构，线圈的轴向电应力为零，在稳态工作电压下，沿线圈高度方向的电压分布均匀。
4.2、由于进相器专用电抗器(限流电抗器)采用浸渍环氧树脂的长纤维玻璃丝进行包封，线圈经固化处理后具有和好的整体性。运行时除连接处产生微小的振动外，线圈内部不会产生导体间的振动。电抗器在整个使用寿命（大于30年）期间噪音水平低于55分贝。进相器专用电抗器(限流电抗器)采用截面很小的铝导线（Φ2.15～Φ4.5）作为线圈导线，有效的降低了谐波下导线中的涡流损耗。由于采用环氧树脂浸渍的长玻璃丝对线圈进行包封，进相器专用电抗器(限流电抗器)通过短路电流时所产生的巨大机械力由包封承受，从而在整个线圈导线具有较高的抗短路电流能力。
4.3、进相器专用电抗器(限流电抗器)的连接铝排采用大截面双铝排的结构型式。铝排电密控制在1A/mm2之内。铝排上的温升较低，机械性能好。进相器专用电抗器(限流电抗器)铝排与包封连接采用三道绑扎，保证了电抗器在受大电流冲击时的结构安全稳定性。进相器专用电抗器(限流电抗器)导线部分均用氩弧焊焊接，机械结构上无紧固零件，大大提高了运行可靠性。整个电抗器结构简单、紧凑、能长期运行在户外气候条件下，设备维护简单方便。进相器专用电抗器(限流电抗器)单位重量的“kvar”值较大。 |
