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        淺談配電系統(tǒng)無功補(bǔ)償技術(shù)

        2013-11-16 06:27:50陳應(yīng)霞梁德華
        關(guān)鍵詞:功率因數(shù)電容器損耗

        陳應(yīng)霞 梁德華

        (國(guó)網(wǎng)重慶大足區(qū)供電有限責(zé)任公司,重慶 402360)

        1 目前我國(guó)電網(wǎng)中常見的無功補(bǔ)償方式分類及其特點(diǎn)

        1.1 按補(bǔ)償方式進(jìn)行分類

        (1)在變電站集中補(bǔ)償:在高低壓配電線路中安裝并聯(lián)電容器組,用以補(bǔ)償主變的空載無功損耗并適當(dāng)補(bǔ)償輸電線路的無功功率損耗,以改善輸電網(wǎng)的功率因數(shù),提高終端變電站電壓;(2)隨線補(bǔ)償:在高壓配電線路上分散安裝并聯(lián)電容器,主要補(bǔ)償配電線路的無功功率,以提高配電網(wǎng)功率因數(shù),達(dá)到降損升壓的目的;(3)隨器補(bǔ)償和隨機(jī)補(bǔ)償:在配電變壓器低壓側(cè)和用戶車間配電屏或電動(dòng)機(jī)上直接安裝并聯(lián)補(bǔ)償電容器,接線簡(jiǎn)單,投資少,安裝容易,配置方便靈活,維護(hù)簡(jiǎn)單,事故率低,但易產(chǎn)生鐵磁諧振;(4)低壓集中補(bǔ)償:在用戶專用變壓器及農(nóng)網(wǎng)中廣泛采用,但在公用變壓器上由于管理、維護(hù)問題,容易成為生產(chǎn)安全隱患而難以采用,而且無法減少低壓線路上的無功傳輸;(5)低壓分散補(bǔ)償:在節(jié)能降損、改善電壓質(zhì)量、提高線路供電能力方面效果明顯,但容易造成補(bǔ)償容量和地點(diǎn)較難選擇,電容器在輕載時(shí)閑置,使設(shè)備利用率不高;(6)單臺(tái)電動(dòng)機(jī)就地補(bǔ)償:在單臺(tái)電動(dòng)機(jī)處安裝并聯(lián)電容器等無功補(bǔ)償設(shè)備,不僅可使功率消耗小,功率因數(shù)提高,還可以充分挖掘設(shè)備輸送功率的潛力。

        1.2 按補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行分類

        (1)同步調(diào)相機(jī):同步調(diào)相機(jī)實(shí)質(zhì)是一種不帶機(jī)械負(fù)載的同步電動(dòng)機(jī),它在過激運(yùn)行時(shí)向系統(tǒng)供應(yīng)感性無功功率,欠勵(lì)運(yùn)行時(shí)從系統(tǒng)吸收感性無功功率,對(duì)提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很大好處;(2)靜止補(bǔ)償裝置:該裝置主要由并聯(lián)電容器和飽和電抗器組成,能平滑無級(jí)地調(diào)節(jié)無功功率和電壓,可實(shí)現(xiàn)在幾個(gè)周波內(nèi)進(jìn)行快速調(diào)節(jié);(3)同步電動(dòng)機(jī):同步電動(dòng)機(jī)過激運(yùn)行時(shí)向系統(tǒng)供應(yīng)感性無功功率,欠勵(lì)運(yùn)行時(shí)從系統(tǒng)吸收感性無功功率,能明顯改善系統(tǒng)的功率因數(shù),但設(shè)備投資成本高,維護(hù)工作量大;(4)移相電容器:移相電容器設(shè)備投資少,有功損耗小,維護(hù)工作量小,不會(huì)增大系統(tǒng)的短路容量,但只能分級(jí)補(bǔ)償,不能吸收無功功率,且對(duì)環(huán)境溫度及運(yùn)行電壓要求較高。

        2 無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用與分析

        2.1 無功功率補(bǔ)償技術(shù)的原理及作用

        在交流電路中,有功功率將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能、光能、熱能;無功功率則用于電路內(nèi)電場(chǎng)與磁場(chǎng)的交換,并用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場(chǎng)。凡是有電磁線圈的電氣設(shè)備,要建立磁場(chǎng)就要消耗無功功率。無功功率決不是無用功率,它的用處很大,電動(dòng)機(jī)需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng),從而帶動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng),電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)就是靠從電源取得無功功率建立的;變壓器也同樣需要無功功率,才能使變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場(chǎng),在二次線圈感應(yīng)出電壓,如果沒有無功功率電動(dòng)機(jī)就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng),變壓器也不能變壓,交流接觸器不會(huì)吸合

        無功補(bǔ)償電壓的調(diào)整:

        1)電容器投入對(duì)變壓器負(fù)載側(cè)電壓的調(diào)整:在電容器投入前變壓器負(fù)載側(cè)功率因數(shù)為cosψo(hù),負(fù)載側(cè)電壓值為偏,而當(dāng)電容器投入后負(fù)載功率因數(shù)提高為cosψ,則電容器投入后負(fù)載側(cè)電壓值增加為U20,其計(jì)算式為:

        式中,嘛為變壓器負(fù)載側(cè)額定電壓(kV) ; U1:為變壓器電源側(cè)運(yùn)行電壓(kV);U2為變壓器電源側(cè)運(yùn)行電壓分接頭值(kV) 。

        2)電容器切除對(duì)變壓器負(fù)載側(cè)電壓值的調(diào)整:在電容器切除前變壓器負(fù)載側(cè)功率因數(shù)為coscψo(hù),負(fù)載側(cè)電壓值為U20,而當(dāng)電容器切除后負(fù)載側(cè)功率因數(shù)下降為cosψo(hù),則電容器切除后負(fù)載側(cè)電壓值下降為U1,則電容器切除后負(fù)載側(cè)電壓值下降為U2,其計(jì)算

        式為:

        2.2 應(yīng)用無功功率補(bǔ)償技術(shù)的必要性

        無功功率補(bǔ)償?shù)闹饕康氖菫榱颂岣吖β室驍?shù),常用電氣設(shè)備的功率因數(shù)除白熾燈、電熱器等接近1外,電動(dòng)機(jī)、變壓器、架空線及電氣儀表的功率因數(shù)均小于1,如交流異步電動(dòng)機(jī),在空載時(shí)的功率因數(shù)只有0.2-0.3;在輕載時(shí)均為0.5;在額定負(fù)載時(shí)均為0.7-0.89。負(fù)載時(shí)功率因數(shù)低對(duì)供、用電設(shè)備會(huì)產(chǎn)生一定的不良影響,具體為:(1)降低發(fā)電機(jī)有功功率的輸出;(2)降低輸、變電輸電線路供給的無功功率,使得供電質(zhì)量降低;(3)造成線路電壓損失增大和電力系統(tǒng)電能損耗的增加;(4)造成低功率因數(shù)運(yùn)行和電壓下降,使電力系統(tǒng)和用電企業(yè)的電氣設(shè)備不能被充分利用。對(duì)電力系統(tǒng)輸配電線路來說,當(dāng)輸送同樣大小的有功功率P=IUcosφ準(zhǔn)時(shí),功率因數(shù)cos準(zhǔn)越低,輸電線路中的電流I=P/Ucosφ準(zhǔn)就越大,勢(shì)必造成線路中電壓降增大,這將導(dǎo)致線路末端的電壓降低,所以在電網(wǎng)中要設(shè)置一些無功補(bǔ)償裝置來提高功率因數(shù)是非常必要的,這樣可保證用電設(shè)備在額定電壓下工作及用戶對(duì)無功功率的需求,不僅提高電力系統(tǒng)和用電企業(yè)設(shè)備的利用率,減小電能損耗,也是提高用電質(zhì)量、節(jié)約用電的一項(xiàng)很重要的技術(shù)措施。

        2.3 電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償技術(shù)的現(xiàn)狀和策略

        在電力系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是電能質(zhì)量,而電壓是電能質(zhì)量的最核心的影響因素。近些年,我國(guó)對(duì)電氣自動(dòng)化中的無功補(bǔ)償技術(shù)做了很多深入的研究,采用的無功補(bǔ)償技術(shù)主要有:(1)真空斷路投切電容器;(2)可控飽和電抗器;(3)有源濾波器;(4)固定濾波器、電容器和電抗器的調(diào)壓;(5)有源濾波器和無源濾波器等,應(yīng)用在變電站方面居多,一般的220kV變電站有較多的無功調(diào)節(jié)功能,其調(diào)節(jié)的容量根據(jù)地區(qū)的不同而有所不同,負(fù)荷功率因數(shù)在最高峰時(shí)可以達(dá)到0.98左右,要根據(jù)實(shí)際情況來對(duì)變壓器合理地進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)償,還需要有具體細(xì)化的應(yīng)用方案來提升無功補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用效果。我國(guó)的電氣化鐵路對(duì)無功補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用主要方式是AT供電方式,用的是SCOTT變壓器,用晶閘管電子開關(guān)來控制電容的投切,這個(gè)策略在我國(guó)鐵路的現(xiàn)狀上來看,能夠很大程度地降低較長(zhǎng)輻射線路上存在的負(fù)序問題,既降低了資源浪費(fèi)的可能性,也提高了電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的安全性。

        3 無功補(bǔ)償技術(shù)在供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

        3.1 變電站

        無功補(bǔ)償技術(shù)變電站是一個(gè)供電區(qū)域的供電中心,用不同電壓等級(jí)的配電線路向用戶供電。按照“分級(jí)補(bǔ)償,就地平衡”的原則,配電線路和電力用戶應(yīng)該基本達(dá)到無功功率平衡,不向變電站索取無功電力。容性無功補(bǔ)償裝置以補(bǔ)償主變壓器無功損耗為主,并適當(dāng)兼顧負(fù)荷側(cè)的無功補(bǔ)償。容性無功補(bǔ)償裝置的容量可根據(jù)主變壓器容量來確定,可按主變壓器容量的10%~30%配置,并滿足220~500kV主變壓器最大負(fù)荷時(shí),其高壓側(cè)功率因數(shù)不低于0.95的要求。當(dāng)主變壓器單臺(tái)容量為40MVA及以上時(shí),每臺(tái)主變壓器應(yīng)配置不少于兩組的容性無功補(bǔ)償裝置。變壓器為建立并維持交變磁場(chǎng)所需消耗的無功功率約占30%,一般約為其額定容量10%~15%,他的空載無功功率約為滿載時(shí)的1/3。變壓器的無功功率損耗由兩部分組成,勵(lì)磁支路的無功功率損耗和繞組漏抗中的無功功率損耗。勵(lì)磁支路的無功功率損耗與變壓器所施加的電壓有關(guān),繞組漏抗中的無功功率損耗與變壓器的通過功率成比例。無功功率不宜長(zhǎng)距離輸送,所以一般在超高壓樞紐變電站主變壓器低壓側(cè)安裝無功補(bǔ)償裝置來滿足無功功率的就地平衡,使其平衡在系統(tǒng)額定電壓運(yùn)行水平。

        3.2 配電線路的無功補(bǔ)償

        (1)以分支線路所帶配電變壓器的空載無功損耗來確定分組補(bǔ)償容量;(2)選擇負(fù)荷較大的分支線確定補(bǔ)償點(diǎn);(3)小分支和個(gè)別配電變壓器,可視為主干線上的近似均勻分佰負(fù)荷,可按需要確定補(bǔ)償點(diǎn)和補(bǔ)償容量;(4)所有配電變壓器的負(fù)載無功損耗均以用戶自主補(bǔ)償為主,如果用戶未進(jìn)行補(bǔ)償或補(bǔ)償容量不足,仍需向主干線索取無功。從以上分析可見,線路的補(bǔ)償容量是按配電變壓器的空載無功損耗來確定的。帶上負(fù)載以后,如果用戶補(bǔ)償設(shè)備投人不足,線路就會(huì)處于欠補(bǔ)償狀態(tài)。這雖然不是最優(yōu)補(bǔ)償方式,但可以達(dá)到補(bǔ)償無功需求量70%左右的水平,對(duì)于目前我國(guó)的配電線路來講,能做到也不容易了。研究表明,輸電線路的無功過剩部分應(yīng)在本線路的兩端等量補(bǔ)償,即在本線兩端等量動(dòng)態(tài)就地平衡。無功就地動(dòng)態(tài)平衡指的是哪里有無功負(fù)荷就在哪里補(bǔ)償,有多少無功負(fù)荷就補(bǔ)償多少,什么時(shí)候用就什么時(shí)候補(bǔ)償。

        3.3 電力用戶的無功補(bǔ)償

        用戶無功補(bǔ)償目的主要有兩個(gè):一是通過無功補(bǔ)償,使用戶內(nèi)部供電網(wǎng)絡(luò)的無功線損降到最低限度,以求獲得最大的降損節(jié)電效益;二是通過補(bǔ)償,達(dá)到國(guó)家規(guī)定的功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn),并爭(zhēng)取獲得更多的電費(fèi)獎(jiǎng)勵(lì)。加強(qiáng)用戶側(cè)無功補(bǔ)償?shù)墓芾砗凸?jié)能降損宣傳力度,使用戶認(rèn)識(shí)到即使是未進(jìn)行功率考核的小容量用戶,加強(qiáng)無功補(bǔ)償可以減少內(nèi)部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率損耗,因而相應(yīng)可以減少電費(fèi)的支出。因此在確定該單位應(yīng)達(dá)到的功率因數(shù)最佳水平后,應(yīng)分析并確定采用的最佳補(bǔ)償方式和最優(yōu)補(bǔ)償容量電力用戶的無功補(bǔ)償方式,根據(jù)用戶的供電規(guī)模和供電方式,分為三種形式:集中補(bǔ)償、分組補(bǔ)償和個(gè)別補(bǔ)償。

        [1]謝常華.電氣自動(dòng)化的發(fā)展[J].企業(yè)導(dǎo)報(bào),2010(11).

        [2]李征光.中低壓配電網(wǎng)的無功補(bǔ)償優(yōu)化[J].農(nóng)村電氣化,2006.

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