TSC無功補償技術(shù)在港口工程中的應(yīng)用

摘要： TSC技術(shù)能改善港口的電能質(zhì)量，是一種新型的節(jié)能措施。本文介紹了TSC無功補償技術(shù)，港口負載特性及無功補償中碰到的問題，TSC設(shè)備在港口工程中的應(yīng)用及前景。

關(guān)鍵詞：TSC 港口 無功補償

港口配電系統(tǒng)及負載特性

1、港口配電系統(tǒng)

港口一般都是由地區(qū)配網(wǎng)供電，經(jīng)過總降所降壓后分配到碼口變電所、低壓動力變電所及廠區(qū)其它變電所。港區(qū)往往面積較大，并且用電負荷布置分散，大部分為220V～690V的低壓設(shè)備。

2、港口負載特性

港口的主要負載為各類裝卸設(shè)備，根據(jù)其負載特性可分為：

反復(fù)間歇負載：港口主要負載為岸吊，龍門吊等起重設(shè)備，吊車類負載占港口總負載容量的60%左右，吊車內(nèi)電氣設(shè)備主要是大功率整流驅(qū)動直流電機或變頻驅(qū)動交流電機負載，典型工作循環(huán)為短時大電流起吊-工作負載電流提升平移-小電流或零電流下落，表現(xiàn)為反復(fù)間歇性沖擊負載，此類負載起動電流較大平均負載電流小、諧波電流含量較大，自然功率因數(shù)較低，一般在0.6以下。

不間斷運行設(shè)備：港口中也有不間斷運行的用電設(shè)備，如皮帶運輸機、油碼頭輸油泵、糧食碼頭吸糧機、煤碼頭斗輪機等，設(shè)備的電機其負荷較均勻，三相對稱，僅起動時引起負荷波動，功率因數(shù)也很穩(wěn)定，一般為0.8左右。

港口除主要的裝卸負荷外，還會有一定的輔助負載，主要有：

電源類負載：為停泊船只提供三相岸電；為冷藏集裝箱等特殊集裝箱提供電源；為電瓶車、電瓶啟動柴油機吊車等使用的電瓶充電的充電電源。這類負載根據(jù)所提供的電源不同，特性有所區(qū)別，其中，冷藏集裝箱電源和電瓶電源，由于采用的整流和變頻技術(shù)，會產(chǎn)生較大的諧波。

照明負載：港口照明設(shè)備多為固定式，光源常用高壓鈉燈、白織燈、熒光燈、高壓水銀燈等。白熾燈為純電阻負載，功率因數(shù)為1，熒光燈、高壓鈉燈和高壓水銀燈功率因數(shù)0. 45～0. 65，補償后可達0. 85 以上。

港口配電系統(tǒng)電能質(zhì)量特點及無功補償存在的問題

1、港口的配電系統(tǒng)其電能質(zhì)量有以下的特點

1.1負荷快速變化，且變化頻繁

由圖1可以看到，負荷電流的平均變化幅度在1000A左右，最大變化幅度達到了1900A以上，且變化頻率大。

1.2存在大量諧波，且快速變化

由圖2可以看到，A相電流波形嚴重失真。

由表1、表2數(shù)據(jù)可以看出，系統(tǒng)諧波含量大，諧波電壓畸變率遠遠超過5%的國家標準，5、7、11次諧波電流也遠遠超過國標限值。

由圖3可以看出諧波變化頻繁且幅度很大。

1.3統(tǒng)功率因數(shù)偏低

港口的配電系統(tǒng)中存在大量感性電機負載，且大部分為反復(fù)間歇負載，經(jīng)常處于低負載狀態(tài)，因而功率因數(shù)偏低。

2、港口的配電系統(tǒng)其無功補償存在的問題

港口供電負載起動電流較大平均負載電流小、諧波電流含量較大，自然功率因數(shù)較低，一般在0.6以下，傳統(tǒng)的功率補償采用接觸器投切電容器，此方式存在以下問題：

動作速度慢，對沖擊性負荷不能有效補償，始終處于“欠補/過補”反復(fù)交替狀態(tài)，不能解決這種負荷帶來的電壓不穩(wěn)、閃爍變化、系統(tǒng)損耗等問題；

不能抑制諧波，容易引起串并聯(lián)諧振，放大諧波，同時造成電容器過電流；

裝置頻繁投切電容器，易使接觸器產(chǎn)生拉弧，多次動作后合觸點燒毀。

3、解決港口配電系統(tǒng)電能質(zhì)量的途徑

靜態(tài)補償裝置不能有效解決港口配電系統(tǒng)電能質(zhì)量存在的問題，而采用晶閘管投切的TSC調(diào)諧濾波器，其響應(yīng)時間小于20ms，可以有效的解決無功動態(tài)跟蹤的問題，同時，采用串接調(diào)諧電抗器與電容器組成調(diào)諧濾波器來抑制系統(tǒng)的高次諧波。在諧波含量高、變化快的情況下，還可以增加有源濾波器來濾除系統(tǒng)諧波。

TSC動態(tài)無功補償技術(shù)工作原理

TSC（Thyristor Switched Capacitor）是采用復(fù)合開關(guān)（晶閘管）為投切媒介的電容補償器組。當(dāng)功率因數(shù)低于設(shè)定值時，控制器對指定的晶閘管模塊輸出觸發(fā)信號，晶閘管模塊接收到觸發(fā)信號后，在系統(tǒng)電壓與調(diào)諧濾波器電壓相等時輸出觸發(fā)脈沖，導(dǎo)通晶閘管將電容補償器組投入運行；當(dāng)系統(tǒng)無功功率高于設(shè)定值時，控制器停止發(fā)送投切信號，晶閘管模塊將電容器組退出工作。無需人工操作，自動運行。避免電壓閃變與浪涌的發(fā)生。

TSC動態(tài)無功補償技術(shù)特點

快速反應(yīng)時間（<20mS）。從采集補償信號到晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通在一個周期內(nèi)完成，即20 ms響應(yīng)，這就適應(yīng)了快速變化負荷的動態(tài)跟蹤補償。

有效改善電壓降。引起電壓降的主要因素是系統(tǒng)中無功電流的變化，在負載快速變化的系統(tǒng)中更加明顯，TSC能快速跟蹤系統(tǒng)無功電流的變化，及時的進行補償，從而有效改善系統(tǒng)的電壓降。

有效改善功率因數(shù)。對于快速變化負載，TSC能滿足系統(tǒng)對無功補償?shù)臅r效性要求，對系統(tǒng)的無功進行有效的補償，從而有效地提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。

過零投切，消除浪涌。過零投切就是選擇晶閘管模塊兩端電壓在過零點時投入調(diào)諧濾波器，由此保證在投入瞬間沒有幾倍甚至是幾十倍于額定電流的浪涌沖擊電流，避免對電容器和電網(wǎng)造成影響。調(diào)諧濾波器切除時撤銷觸發(fā)信號，靠自然過零來切除。

抑制諧波。使用調(diào)諧濾波器進行無功補償，能有效的抑制系統(tǒng)諧波的放大、避免系統(tǒng)諧振并濾除部分諧波。

可分相補償。可通過控制單相晶閘管的導(dǎo)通與截止，來實現(xiàn)對單相調(diào)諧濾波器的快速投切，可對三相不平衡負載進行分相補償。

提高供電效率。TSC通過解決快速變化負荷的無功補償和諧波問題，使供電系統(tǒng)損耗減小，增大供電系統(tǒng)的使用裕度，提高出力比率，從而提高供電系統(tǒng)效率。

結(jié)論

如上所述，現(xiàn)在TSC在補償技術(shù)上越來越完美，越來越多的碼頭和港口也采用了這種補償方式，這種方式也將會作為無功補償?shù)倪M一步發(fā)展方向而得到越來越多的應(yīng)用。也將會給產(chǎn)品使用方帶來越來越多的方便與實惠。

（作者單位：中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司）