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無功補償必要性及補償技術方案

發(fā)布時間:2017-09-07

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發(fā)布者:未知

    襄陽源創(chuàng)電氣有限公司王工告訴我們:“無功”是相對于“有功”而言,人們對“有功”較容易理解,而要深刻認識“無功”卻并不是輕而易舉之事,無功功率對供電系統(tǒng)和負荷的運行十分重要,電力系統(tǒng)網(wǎng)絡元件阻抗呈感性,電感元件中,儲存能量W=1/2LI2,當系統(tǒng)電流增大時,電能轉化為磁能,形成磁場,電感元件從電源取用能量,當系統(tǒng)電流減小時,磁場能量減小,磁能轉化為電能,即向電源返還能量,隨交流電周期性地改變,電感元件與電源之間進行能量交換,這種交換的部分功率,稱之為“無功功率”,大多數(shù)網(wǎng)絡元件消耗無功功率,大多數(shù)負載也需要消耗無功功率。
 
    在工業(yè)和生活用電負載中,阻感負載占有很大的比例,如異步電動機、變壓器、熒光燈等都是典型的阻感負載。他們必須吸收無攻功率才能正常工作,這是由其本身的性質所決定的。電力電子裝置等非線性裝置也要消耗無攻功率,特別是各種機控裝置,不但消耗大量的無功功率,而且也會產(chǎn)生大量的諧波電流,諧波源也要消耗無功功率。
 
    綜上所述:阻感負載以及大量的諧波源要正常工作,必須消耗一定的無功功率。它們所需要的無功功率必須從網(wǎng)絡中某個地方獲得,顯然這些如果都要由發(fā)電機提供并經(jīng)過遠距離傳遞是不合理的,通常也是不可能的,合理的方法應是在需要消耗無功功率的地方產(chǎn)生無功功率,這就是所謂的無功補償
 
    目前我國城市電網(wǎng)的電壓質量不高,有相當數(shù)量的城網(wǎng)電壓沒有達到部頒標準,嚴重影響電器工作的安全。電壓質量不高的原因是多方面的,因為電能在生產(chǎn)、傳輸、分配、消耗的過程中,要產(chǎn)生電壓降落△U=(PR+QX)/U,如果感性無功功率很大,故電壓降落大,所以末端電壓偏低,嚴重影響電能質量,對社會和居民都將帶來經(jīng)濟損失,故進行無功補償,減少電壓降落,提高電能質量。
 
    同理電能在傳輸過程中,要產(chǎn)生有功功率和無功功率的損耗:
 
    在電力負荷中,異步電動機和中小容量變壓器占有很大比重,它們消耗的無功功率約占全國無功負荷的80~90%,同時架空線路也消耗一定的無功電能。目前全國主要能耗指標與發(fā)達國家相比還有一定差距,輸電線損率比國際先進電力公司高2%到2.5%,全國電網(wǎng)綜合線損率還需要進一步降低。2010年,全國電網(wǎng)綜合線損率6.53%,2011年實現(xiàn)6.52%,比“十一五”確定的7%的目標值低0.48個百分點。2012年,國家電網(wǎng)完成售電量32539億千瓦時,營業(yè)收入18855億元,利潤650.7億元。如果按2012年全國線損率6.62%估算,損失電能2154億度,按照最便宜的北京市第一檔階梯電價0.48元/度估算,線損的金額為1033.9億元。 由此可見線損率降低即使是0.1%,也是十億元人民幣的凈利潤,大量電能白白地消耗在全國各級電網(wǎng)中,不但不能創(chuàng)造財富,而且造成環(huán)境污染,故降低線損迫在眉睫,
 
    總之,無功電源不足(過剩)和分配不合理是造成電壓質量低和能量損耗大的根本原因。
 
    2 無功補償?shù)男问?/div>
 
    無功補償?shù)男问接校杭醒a償、分散補償、個別補償。目前效果最好最經(jīng)濟的補償方式是個別補償,即為就地補償。無功補償應從低壓配電系統(tǒng)向中高壓系統(tǒng)逐級進行補償配置。低壓配電系統(tǒng)負荷較集中,負荷設備容量不同,線路短,分支多。對其中設備容量較大的采用就地補償,容量偏小的采用集中補償。因此補償方式一般應采用集中補償、個別補償相結合的綜合補償方式最為合理,這不僅可取得較好的節(jié)電效果,而且投資合理,方便控制與維修。
 
    低壓無功補償的目標實際是無功的就地補償。通常采用的方法有隨機補償、 隨器補償、 跟蹤補償三種。
 
    2.1 隨機補償
 
    就是將低壓電容器與電動機并接,并通過控制,保護裝置與電動機同時投切。隨機補償不需頻繁調整補償容量,投資少,占位小,安置維護簡單,事故率低,推薦補償容量為Q=(0.95—0.98)UI,一般地,電動機年運行小時數(shù)大于1000,選用隨機補償較其它補償方式更經(jīng)濟,線損率可減少20%,用戶的投資在1~2年內全部收回,補償電動機無功負荷效果最佳。
 
    2.2 隨器補償
 
    就是將低壓電容器保險接在配電變壓器二次側,補償配電變壓器空載無功,隨器補償只能補償配電變壓器空載無功功率Q,如果補償容量大于空載無功功率,就會造成過補償,因此推薦補償容量為(0.95—0.98)Q。
 
    2.3 跟蹤補償
 
    是指以無功補償投切裝置作為控制保護裝置,將低壓電容器組補償在大用戶0.4kV母線上。一般地,用戶負荷有一定的波動性,故推薦選用自動投切方式。跟蹤補償適用于100kVA以上專用配電變壓器。
 
    3 配電網(wǎng)四種補償技術方案比較
 
    3.1 變電站集中補償
 
    要平衡輸電網(wǎng)的無功功率,可在變電站進行集中補償,補償裝置一般連接在變電站的10kV母線上,主要目的是改善輸電網(wǎng)的功率因數(shù)、提高終端變電所的電壓和補償主變的無功損耗,具有管理容易、維護方便等優(yōu)點。但是這種方案對配電網(wǎng)的降損起不到什么作用,為了實現(xiàn)變電站的電壓控制,通常無功補償裝置(一般是并聯(lián)電容器組)結合有載調壓抽頭來調節(jié)。通過兩者的協(xié)調來進行電壓/無功控制在國內已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗。
 
    3.2 隨器補償
 
    目前國內較普遍采用的另外一種無功補償方式是在配電變壓器380V側進行隨器補償,補償裝置通常采用微機控制的低壓并聯(lián)電容器柜,它是根據(jù)用戶負荷水平的波動投入相應數(shù)量的電容器進行跟蹤補償。主要目的是提高專用變壓器用戶的功率因數(shù),實現(xiàn)無功功率的就地平衡,對配電網(wǎng)和配電變壓器的降損有一定作用,也保證該用戶的電壓水平。這種補償方式的投資及維護均由變壓器用戶承擔。目前國內各廠家生產(chǎn)的自動補償裝置通常是根據(jù)功率因數(shù)來進行電容器的自動投切的,也有為了保證用戶電壓水平而以電壓為判據(jù)進行控制的。后者對電力系統(tǒng)并不可取,因為線路電壓的波動主要由無功量變化引起,而線路的電壓水平是由系統(tǒng)情況決定的,當線路電壓基準偏高或偏低時,無功的投切量可能與實際需求相差甚遠,可能出現(xiàn)無功過補償或欠補償。
 
    3.3 桿上無功補償
 
    由于配電網(wǎng)中大量的公用變壓器沒有進行低壓補償,由此造成很大的無功功率缺口需要由變電站或發(fā)電廠來填,大量的無功功率沿線傳輸使得配電網(wǎng)網(wǎng)損仍然居高難下,因此可以采用10kV戶外并聯(lián)電容器安裝在架空線路的桿塔上(或另行架桿)進行無功補償,以提高配電網(wǎng)功率因數(shù),達到降損升壓的目的。由于桿上安裝的并聯(lián)電容器遠離變電站,容易出現(xiàn)保護不易配置、控制成本高、維護工作量大、受安裝環(huán)境和空間等客觀條件限制等工程問題。
 
    3.4 隨機補償
 
    目前在我國城鎮(zhèn),低壓用戶的用電量大幅增長,企業(yè)、廠礦和小區(qū)等對無功功率需求都很大,直接對用戶末端進行無功補償,將最恰當?shù)亟档碗娋W(wǎng)的損耗和維持網(wǎng)絡的電壓水平?!豆╇娤到y(tǒng)設計規(guī)范》(GB50052-1995)指出,容量較大,負荷平穩(wěn)且經(jīng)常使用的用電設備無功負荷宜單獨就地補償及隨機補償。
 
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