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博客

无功功率补偿的意义和方案

已有 383 次阅读2014-12-29 12:06

随着国民经济的快速发展和持续增长, 电力建设更是取得了令人瞩目的成就,但是电力需求的增长更是迅速, 电力供需矛盾日益突出,电力供应的严重不足已制约了国民经济发展的速度。而要缓解当前乃至今后一个时期电力供需之间的矛盾, 并从根本上解决问题, 除了增加发电量这一主渠道外,采用各种节电措施, 最大限度地利用现有各种电力设施资源也是非常重要的。利用无功功率补偿技术来挖掘现有电力资源潜力, 是一种能够迅速见效的、切实可行的措施之一, 同时也能够节约大量的电力能源。   

    1无功功率补偿的概念 1.1无功功率和有功功率一样是输配电网中不可缺少的组成部分, 无功功率对供电系统和负载系统的正常运行是十分重要的、也是必需的。 1.2由于电网中存在大量的感性负载, 所以就需要供电部门提供足够的无功功率。如果这些无功功率都有发电机(厂)发出并通过长距离的输电线路传送到所需的地方, 这显然是不合理、不经济的, 实际上也是不可能的。而合理的也是最有效的方法就是在需要无功功率的地方或附近产生(发出)无功功率, 即无功功率补偿。

    2无功功率补偿的作用 2.1由于无功功率的存在, 对电网也会带来不利的影响, 主要表现在以下方面: (1) 无功功率的增加, 导致电流的增大和视在功率的增加, 从而使发电机、变压器、起动及控制设备和导线等电气设备容量的增加。 (2) 供电设备及线路损耗增加。 (3) 变压器及线路的电压降增大, 使供电网电压产生波动。在电网中, 有功功率的波动一般对电网电压的影响较小, 电网电压的波动主要是无功功率的波动引起的。如果是冲击性无功功率负载, 还会使电网产生剧烈的波动, 甚至发生事故。 2.2无功功率补偿的作用就是要尽量减少无功功率对电网的影响。其作用主要有: (1) 提高供电系统及负载的功率因数, 降低输电线路及用电设备的容量和负荷, 减少功率消耗。 (2) 稳定用电端及电网的电压, 提高供电质量, 增加输电系统的稳定性, 提高输电能力。 (3) 平衡三相负荷, 减少无功功率对电网的冲击。   

     3.无功功率补偿的方案无功功率补偿的工作方式可分为:(1)三相共同补偿;(2)三相分别 补偿;(3)共补、分补相结合的综合补偿;(4)三相不平衡补偿等几种。根据供、用电系统的无功功率实际需求情况, 决定采取并联电容器进行无功功率补偿时, 要对所采用装置的类型及配置方案进行策划、设计、确认。在确定最终方案时需要考虑多方面的影响因素, 还要吸取现有各种装置运行的经验和教训。 因需要进行无功功率补偿的位置不同, 要达到的预期目标有所区别, 而负载的性质以及供、用电质量也不一样, 同时也要从经济角度(投资成本)去考虑, 所以要从实际情况出发对各种方案进行综合的评定, 从中选择出合适的方案来。 

    3.1在有条件的情况下或必需时, 要对拟补偿系统的电能质量进行测试, 分析和评估。这项工作需要专用的测试仪器并由专业技术人员来完成。这一点是非常重要的, 对于一个完整、有效的解决方案以及整套装置的设计和制作可以说是不可缺少的环节。而以前乃至现在大多数的补偿装置在设计制作之前都没有认真进行此项工作, 或者说有不少的生产企业根本就没有技术和能力进行此项工作, 在制作装置之前仅凭以往的经验或参考同行厂的样机。这是目前在运行的大多数无功功率补偿装置补偿效果不理想, 达不到设计的功能, 而且经常出现故障, 不能正常工作(有些已弃之不用), 乃至发生火灾事故的主要原因之一。另外, 在装置设计时, 所选元器件的质量以及各种元器件之间参数的匹配是否合理或组装工艺等也是很重要的原因。

     3.2补偿装置是否需要配置谐波治理功能(抑制或吸收) 随着各种新型电子设备/装置(主要是非线性负载)的安装使用, 在大量消耗无功功率的同时还会产生大量的谐波, 对公用电网造成了很大的“污染”。由于谐波的产生和存在, 已对电网的安全运行及用电设备的安全带来很大的危害, 而由于谐波原因造成的电力事故和经济损失也是有目共睹的。“谐波”-这一电网的公害, 现已引起相关部门越来越多的关注。 (1)根据GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》的要求, 必须对各种非线性负载注入电网的谐波电压和谐波电流加以限制。当负载产生谐波或供电系统中存在谐波且超标时, 则需要设置滤波无功补偿装置。反之, 则不需要。 (2)在有些场合, 虽然谐波未超过标准的规定, 但已影响到系统的正常工作时, 也需要设置滤波无功补偿装置。 (3)在一些特殊场合, 例如:医院、宾馆、写字楼、智能小区、民航、军事、科研、精密测量、矿山、码头、冶金等, 都应该设置滤波无功补偿装置, 甚至需要配置专用的滤波装置。 (4)在同一供电系统(同一变压器)中, 当非线性负载(整流/变频、中/高频等设备, 一般情况下是谐波源)容量占总容量的25%以上时, 就应该配置滤波无功补偿装置。随着科学技术的不断发展, 我国工业化程度的逐步提高, 传统的无功功率补偿装置(这种方案纯由并联电容器组构成), 在越来越多的场合将不能正常的使用, 将逐步被具有滤波功能的补偿装置以及不断出现的新型装置所取代。

     3.3补偿装置需要采用何种控制类型 (1)当需要无功功率补偿位置的供电质量较好; 负载的无功功率变化不大(负荷相对稳定); 系统中无谐波或谐波含量较少; 可考虑采用相对固定的控制方法(固定分组、循环投切)-静态无功补偿装置。 (2)对于负载无功功率变化较大(快)而且频繁的场合;系统中无谐波或谐波含量较少; 则需要进行动态控制(非固定分组、快速编码投切)—动态无功补偿装置。 (3)对于单台的大功率平衡性负载或相对集中的小型设备, 则可考虑采用静止的就地补偿装置。 

     3.4采用何种补偿方式 (1) 当三相电压/电流基本平衡时, 采用共补或分补的补偿方式。 (2) 当三相电压/电流不平衡时, 采用共补、分补相结合的综合补偿方式。 (3) 当三相电压/电流严重不平衡时, 采用三相不平衡的补偿方式。        补偿的原则:(1)局部为主,总体平衡与局部平衡相结合。(2)电力部门补偿与用户补偿相结合。因配电网络中,用户消耗的无功功率占50%-60%,其余消耗在配电网中。为了减少无功功率在网络中的输送,要尽可能地实现就地补偿,就地平衡。所以应电力部门和用户共同补偿。(3)分散补偿为主,并与集中补偿相结合。集中补偿,是在变电所集中装设大容量的补偿电容器。分散补偿是在配电网中分散的负荷区补偿,如配电线路、配电变压器和用户的用电设备等进行的无功补偿。集中补偿的作用是补偿主变压器本身的无功损耗。为了有效地降低损耗,必须做到无功功率在哪里发生,就应在哪里补偿。(4)降损与调压相结合,降损为主。

     影响功率因数的因素:  (1)供电电压超出规定范围对功率因数造成的影响。当供电电压高于额定电压值的10%时,由于磁路饱和的影响,无功功率就增长得很快。根据有关资料统计,上述高电压值时,一般厂矿的无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时,无功功率也相应减少,而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低一定程度会影响电气设备的正常工作。因此,应当采取措施,使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。  (2)无功功率的主要耗用设备——异步电动机和电力变压器。异步电动机的定子与转子间的气隙,,决定异步电动机需要较多无功的主要因素,其所耗用的无功功率由空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分组成。要改善异步电动机的功率因数,就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。变压器消耗无功的主要成分是空载无功功率,与负载率的大小无关。为改善电力系统和企业的功率因数,变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。  (3)电网频率的波动对异步电机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响   

    无功补偿方法: (1)随机补偿:它是将低压电容器组与电动机并接,通过控制、保护装置与电机,同时投切。适用于补偿电动机的无功损耗,以补励磁无功为主,该方式可较好地限制用电单位无功负荷。优点:用电设备运行时,无功补偿投入,用电设备停运时,补偿设备也退出,且不需要频繁调整补偿容量。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等。  (2)随器补偿。它是将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧,以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。配电变压器在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功,配变空载无功是用电单位无功负的主要部分,对轻负载的配变,这部分损耗占供电量的比例很大,从而导致电费单价的增加。优点:接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配变空载无功,限制农网无功基荷,使该部分无功就地平衡,从而提高配变利用率,降低无功损耗,具有较高的经济性,也是目前补偿无功最有效的方法。  (3)跟踪补偿。它是以无功补偿投切装置作为控制保护装置,将电压电容器组补偿在大用户0.4KV母线上的补偿方式。适用于100KVA以上的专用配变用户,可以替代随机、随器两种补偿方式,且效果好。优点:运行方式灵活,运行维护工作量小,比前两种补偿方式的寿命相对延长,运行更可靠。缺点是控制保护装置复杂、首期投资较大。当这三种补偿方式的经济性接近时,应应优先选用跟踪补偿方式。


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