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无功补偿技术简介

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  • 发布时间:2017/10/16 17:04:39
  • 作者:ly_yinhe

  电网中的电力负荷如电动机、变压器等大部分属于感性负荷,在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后,可以提供感性负载所消耗的无功功率,减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率,由于减少了无功功率在电网中的流动,因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗,这就是无功补偿

无功补偿系统示意图

图示:无功补偿系统示意图

无功补偿原理

  当电网电压的波形为正弦波,且电压与电流同相位时,电阻性电气设备如白炽灯、电热器等从电网上获得的功率P等于电压U和电流I的乘积,即:P=U×I。

  电感性电气设备如电动机和变压器等由于在运行时需要建立磁场,此时所消耗的能量不能转化为有功功率,故被称为无功功率Q。此时电流滞后电压一个角度φ。在选择变配电设备时所根据的是视在功率S,即有功功率和无功功率的矢量和:

a

  无功功率为:

b

  有功功率与视在功率的比值为功率因数:

  Cosφ=P/S

  无功功率的传输加重了电网负荷,使电网损耗增加,系统电压下降。故需对其进行就近和就地补偿。并联电容器可补偿或平衡电气设备的感性无功功率。当容性无功功率QC等于感性无功功率QL时,电网只传输有功功率P。根据国家有关规定,高压用户的功率因数应达到0.9以上,低压用户的功率因数应达到0.85以上。

  如果选择电容器功率为Qc,则功率因数为:

  cosφ= P/ (P^2 + (QL-Qc)^2)^1/2

  在实际工程中首先应根据负荷情况和供电部门的要求确定补偿后所需达到的功率因数值,然后再计算电容器的安装容量:

  Qc = P(tanφ1 - tanφ2)=P〔(1/cos2φ1-1)1/2-(1/cos2φ2-1)1/2〕

  式中:

  Qc——电容器的安装容量,kvar;

  P——系统的有功功率,kW;

  tanφ1——补偿前的功率因数角, cosφ1——补偿前的功率因数;

  tanφ2——补偿后的功率因数角, cosφ2——补偿后的功率因数;

  在大系统中,无功补偿还用于调整电网的电压,提高电网的稳定性;在小系统中,通过恰当的无功补偿方法还可以调整三相不平衡电流。按照wangs定理:在相与相之间跨接的电感或者电容可以在相间转移有功电流。因此,对于三相电流不平衡的系统,只要恰当地在各相与相之间以及各相与零线之间接入不同容量的电容器,不但可以将各相的功率因数均补偿至接近1,而且可以使各相的有功电流达到平衡状态。

无功补偿意义

01增加有功功率的比例常数

  补偿无功功率,可以增加电网中有功功率的比例常数。

02减少发、供电设备的设计容量,减少投资

  例如当功率因数cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95时,装1Kvar电容器可节省设备容量0.52KW;反之,增加0.52KW对原有设备而言,相当于增大了发、供电设备容量。因此,对新建、改建工程,应充分考虑无功补偿,便可以减少设计容量,从而减少投资。

03降低线损

  由公式ΔΡ%=(1-cosθ/cosΦ)×100%得出其中cosΦ为补偿后的功率因数,cosθ为补偿前的功率因数则:

  cosΦ>cosθ,所以提高功率因数后,线损率也下降了,减少设计容量、减少投资,增加电网中有功功率的输送比例,以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益。所以,功率因数是考核经济效益的重要指标,规划、实施无功补偿势在必行。

无功补偿的主要方式

  电网中常用的无功补偿方式包括:

  1. 集中补偿:在高低压配电线路中安装并联电容器组;

  2. 分组补偿:在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器;

  3. 单台电动机就地补偿:在单台电动机处安装并联电容器等;

  4. 加装无功补偿设备,不仅可使功率消耗小,功率因数提高,还可以充分挖掘设备输送功率的潜力。

  选择无功补偿方式时一般综合考虑以下因素:

01谐波含量及分布

  配电系统中可能会产生电流以及电压谐波,根据电流谐波次数与幅值及电压谐波总畸变率等特性确认补偿方案。

02负荷类型

  配电系统线性负荷和非线性负荷占总负荷比例,根据比例确定补偿方案。

03无功需求

  配电系统中如果感性负荷比例大则无功需求大,补偿容量应增大。

04负荷变化情况

  配电系统中若静态负荷多,则采用静态补偿,若频繁变化负荷多则采用动态跟踪补偿较合适。

05三相平衡性

  配电系统中若三相负荷平衡则采用三相共补,若三相负荷不平衡则采用分相补偿或混合补偿。

无功补偿注意

  确定无功补偿容量时,应注意以下两点:

  ① 在轻负荷时要避免过补偿,倒送无功造成功率损耗增加,也是不经济的。

  ② 功率因数越高,每千伏补偿容量减少损耗的作用将变小,通常情况下,将功率因数提高到0.95就是合理补偿。

  无功就地补偿容量可以根据以下经验公式确定:

  Q≤UΙ0

  式中:Q——无功补偿容量(kvar);U——电动机的额定电压(V);Ι0——电动机空载电流(A)。

  但是无功就地补偿也有其缺点:

  就地补偿不能全面取代高压集中补偿和低压分组补偿;众所周之,无功补偿按其安装位置和接线方法可分为:高压集中补偿、低压分组补偿和低压就地补偿。其中就地补偿区域最大,效果也好。但它总的电容器安装容量比其它两种方式要大,电容器利用率也低。高压集中补偿和低压分组补偿的电容器容量相对较小,利用率也高,且能补偿变压器自身的无功损耗。为此,这三种补偿方式各有应用范围,应结合实际确定使用场合,各司其职分类。