如何看懂系統圖中的電能質量電氣圖

2021-02-25 時光尚書

拿到圖紙後,首先要仔細閱讀圖紙的主標題欄和有關說明,結合已有的電氣知識,對該電氣圖的類型、性質、作用有一個明確的認識,從整體上理解圖紙的概況所要表述的重點。

看懂圖紙的前提是要掌握基本的電氣知識,掌握各種電氣符號、圖示所表達的含義。例如主開關(常規應用主要分為熔斷器組、塑殼斷路器)、熔斷器、接觸器、晶閘管、電容器、電抗器、APF、SVG等元器件的符號及圖示。只有了解了基本的電氣符號,才能讀懂圖紙中所表達的重點。我們可以由以下圖中了解器件含義。

    有源濾波器APF或SVG和無源補償SVC組合

(1)主開關為塑殼斷路器(有的圖紙中標註為刀熔開關),主要用於櫃內補償裝置的過載、短路保護等功能。

(2)電流互感器:採集目標對象的電流供給櫃門儀表或者其他設備,用於電流的顯示或者計算。

(3)避雷器:使雷電流流入大地,避免形成過電壓以保護電氣設備。

(4)熔斷器:熔斷器主要作為補償支路過載和短路的保護器件,當補償支路過載或者短路時,熔斷器斷開,使故障迴路退出運行。

(5)晶閘管和接觸器為投切元件。晶閘管投切無湧流,全響應時間20ms以內,適合變化較快的負載。接觸器相對速度較慢,適合運行比較平穩的負荷。

(6)電抗器:依靠線圈的感抗阻礙電流變化的元件,主要用於需要限流或者補償的地方。對於串聯於補償櫃中的電抗器,其作用主要為保護電容器,防止諧波進入補償櫃損壞電容器。如果系統中存在5次諧波,電抗率設計為7%比較合適。假如系統中存在較多的3次諧波,電抗率通常設計為14%。

(7)電容器:利用電容器端電壓滯後電流90度的特性,對負載系統進行無功補償。

(8)有源濾波器:通過採集系統中的諧波含量,經過計算發出指令,濾除系統中相對應的諧波。

(9)SVG:通過電流互感器實時檢測系統或負載電流,快速計算出待補償的無功電流,通過控制算法生成 IGBT 的 PWM 控信號,使裝置發出大小相等、方向相反的無功電流,實現動態無功補償的目的。

無功功率是由儲能器件(電感或電容)在交流電路中,由於其兩端的電壓與流過的電流有90度角的相位差,所以不能做功,也不消耗有功功率,但它參與了與電源的能量交換,這就產生了無功功率,降低了發電機和電網的供電效率。

為建立交變磁場和感應磁通而需要的電功率稱為無功功率,因此,所謂的「無功」並不是「無用」的電功率,只不過它的功率並不轉化為機械能、熱能而已;因此在供用電系統中除了需要有功電源外,還需要無功電源,兩者缺一不可。無功功率和功率因數是直接有關聯的。

功率因數是反映電力用戶用電設備合理使用狀況、電能利用程度及用電管理水平的一個重要技術指標,功率因數的高低取決於負荷性質。

三相功率因數的計算公式為:

式中,P為有功功率,kW;Q為無功功率,kvar;S為視在功率,kVA。功率因數通常分為自然功率因數、瞬時功率因數和加權平均功率因數三種類型。

有功功率P=S,當供電設備的視在功率S一定時,如果功率因數cosφ提高,即功率因數角由φ1到φ2,則設備可提供的有功功率P也隨之增大到P十△P,使設備的有功出力得到提高。功率補償相量圖見下圖。 


     由於變壓器、線路等供電設備的供電能力,通常用視在功率表示。用電迴路的功率因數提高後,減小了供電設備輸送的無功功率,於是便可輸送更多的有功功率。這樣,就能進一步發揮供電設備的潛力,降低供電系統的電能成本。因此,提高功率因數cosφ,有功功率P也隨之增大,電力設備的有功出力也就得到了提高。

SVG的基本原理是:將電壓源型逆變器(電壓源型逆變器包含直流電容和逆變橋兩個部分,其中逆變橋由可關斷的半導體器件IGBT組成),經過電抗器並聯在電網上,通過調節逆變橋中的IGBT器件的開關,可以控制直流逆變到交流的電壓的幅值和相位,因此,整個裝置相當於一個調相電源。通過檢測系統中所需的無功,可以快速發出大小相等、相位相反的無功,實現無功的就地平衡,保持系統高效率運行。

上圖為SVG原理圖,將系統看作一個電壓源,SVG可以看作一個可控電壓源,連接電抗器可以等效成一個線形阻抗元件。



a:櫃內主開關,我們可以依據具體的額定電流及適合的分斷能力來進行判斷5.透過系統圖中的標註,審核確定系統圖中的方案是否合適。

對於系統圖中的標示,涉及到的補償櫃以及有源濾波櫃等內容,我們可以「自上而下」一一確認。

b:避雷器、互感器、儀表等可以根據具體要求來選擇。

c:補償元件和濾波元器件的選用:補償元件的選擇,主要涉及補償類型(有源補償例如SVG、APF,無源補償例如電容、電抗)、投切方式的選擇(晶閘管投切、接觸器投切)、共補或者是分補的選擇。

d:需要考慮設備在負載系統中的位置:對於有源濾波器,由於其運算方式需要計算出負載電流的電能質量,所以對於濾波設備及採樣互感器的位置需進行考慮,以確保濾波的準確性。下面以具體圖例作出說明。

說明:該圖中有源濾波櫃在電容補償櫃和負載櫃中間,電流採樣互感器放在了負載側,這樣APF設備就可以直接採集到負載的諧波電流,圖中電流互感器的標註位置是正確的。

說明:該圖中有源濾波櫃放在了系統的最末端,APF櫃體前端安裝3隻電流採樣互感器,目的是用進線櫃中電流減掉APF設備的電流,這樣就得出了負載電流,所以圖中電流互感器的位置是合適的。

e:補償方式、投切方式以及容量確定好之後,要看系統圖中對於設備的殼體尺寸是否有具體的要求,需要核實在滿足需求容量、排風散熱沒有問題的情況下考慮是否滿足殼體的尺寸以及櫃型要求。

(1)掌握無功補償櫃和濾波櫃中基本元件的電氣知識:從電氣符號入手,可以理解圖中表達的意圖。比如補償容量、補償方式等等。

(2)詳看圖紙說明:通過圖紙說明可以對補償櫃和濾波櫃有一個整體的掌握。

(3)掌握了解補償櫃和濾波櫃中各種元器件的基本功能和作用:只有掌握了各種必需元件的功能和作用,對於系統圖中的標註示意圖才能作出更準確的判斷。

(4)針對濾波櫃在系統中不同的位置需要考慮電流採樣互感器的位置:有源濾波櫃通過電流採樣互感器採集負載信號,得出負載中所存在的諧波,發出指令濾除諧波。

(5)總體檢查:通過圖中表達的意圖,結合自身掌握的補償以及濾波知識,核實方案的準確性及可行性。

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