馬麗
(國網(wǎng)山西省電力公司黎城縣供電公司,山西長(zhǎng)治 047600)
配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)奶剿髋c思考
馬麗
(國網(wǎng)山西省電力公司黎城縣供電公司,山西長(zhǎng)治 047600)
無功補(bǔ)償作為保證電力系統(tǒng)無功功率平衡、降低網(wǎng)損、提高供電質(zhì)量的一項(xiàng)重要措施。本文以配電網(wǎng)為例,就無功補(bǔ)償?shù)脑?、補(bǔ)償?shù)淖饔?、補(bǔ)償?shù)姆绞竭x擇及無功補(bǔ)償?shù)娜萘看_定等方面進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述。
配電網(wǎng) 無功補(bǔ)償 補(bǔ)償容量
在配電網(wǎng)中,有功功率和無功功率要保持平衡,有功電源不足,會(huì)造成頻率下降,無功電源不足,會(huì)造成電壓下降,嚴(yán)重時(shí),兩者都會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞,系統(tǒng)解列。常見的用電設(shè)備如異步電動(dòng)機(jī)、變壓器等,大部分屬于感性負(fù)荷,在運(yùn)行過程中需要向這些設(shè)備提供相應(yīng)的無功功率。如果由發(fā)電企業(yè)直接向用戶提供所需的大量無功功率,會(huì)導(dǎo)致輸電線路及變壓器因輸送大量無功功率而造成大量的電能損耗,這是不經(jīng)濟(jì)的。為了最大限度地減少無功功率的傳輸損耗,提高輸配電設(shè)備的效率,就需要進(jìn)行無功補(bǔ)償。而且,合理的選擇補(bǔ)償裝置,可以改善電壓質(zhì)量、提高電網(wǎng)的功率因數(shù),降低供電變壓器及輸送線路的損耗,增加電網(wǎng)有功容量傳輸提高供電效率,減少電費(fèi)支出、節(jié)約能源,改善供電環(huán)境。無功補(bǔ)償利國利民!目前正值全國農(nóng)網(wǎng)改造大規(guī)模進(jìn)行階段,在改造中為方便設(shè)計(jì)人員對(duì)電容器的優(yōu)化配置,筆者通過多年來在電壓無功崗位上的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),結(jié)合相關(guān)專業(yè)知識(shí),就無功補(bǔ)償?shù)脑怼o功補(bǔ)償?shù)淖饔?,無功補(bǔ)償?shù)姆绞竭x擇及無功補(bǔ)償?shù)娜萘看_定等多方面與大家共同分享。
我們知道,發(fā)供電部門除了要供給用戶有功功率外,還要供給用戶無功功率。電力系統(tǒng)中常見的用電設(shè)備如異步電動(dòng)機(jī)、變壓器等,大部分屬于感性負(fù)荷,在運(yùn)行過程中需要向這些設(shè)備提供相應(yīng)的無功功率。如果由發(fā)電企業(yè)直接向用戶提供所需的大量無功功率,會(huì)導(dǎo)致輸電線路及變壓器因輸送大量無功功率而造成大量的電能損耗,這是不經(jīng)濟(jì)的。為了最大限度地減少無功功率的傳輸損耗,提高輸配電設(shè)備的效率,就需要進(jìn)行無功補(bǔ)償設(shè)備的配置。
圖1
圖2
無功補(bǔ)償技術(shù)中主要包括視在功率S、有功功率P、無功功率Q、功率因數(shù)COSφ等參數(shù),它們之間的關(guān)系如(圖1)。
提高功率因數(shù)的方法常用的是補(bǔ)償法,低壓配電系統(tǒng)中常用并聯(lián)電力電容器的辦法來補(bǔ)償用電設(shè)備需要的無功功率,這就稱為電容無功補(bǔ)償法。在感性負(fù)載上并聯(lián)電容器可用電容器的無功功率來補(bǔ)償感性負(fù)載的無功功率,從而減少甚至消除感性負(fù)載于電源之間原有的能量交換。在交流電路中,純電阻電路,負(fù)載中的電流與電壓同相位,純電感負(fù)載中的電流滯后于電壓90度,而純電容的電流則超前于電壓90度,電容中的電流與電感中的電流相差180度,能相互抵消。電力系統(tǒng)中的負(fù)載大部分是感性的,因此總電流將滯后電壓一個(gè)角度,如圖2所示,將并聯(lián)電容器與負(fù)載并聯(lián),則電容器的電流將抵消一部分電感電流,從而總電流減少,功率因數(shù)提高。
在設(shè)備容量不變的條件下,由于提高了功率因數(shù)可以少送無功功率。因此可以多送有功功率,可多送的有功功率
如需要的有功不變,則由于需要的無功減少,因此所需要的配變?nèi)萘恳蚕鄳?yīng)地減少:ΔS=S-S1=P(1/COSφ-1/COSφ1)。
安裝無功補(bǔ)償設(shè)備可使發(fā)電機(jī)多發(fā)有功功率,系統(tǒng)采取無功補(bǔ)償后,使無功負(fù)荷減少,發(fā)電機(jī)就可以少發(fā)無功,多發(fā)有功,充分達(dá)到銘牌出力。
由公式I=P/(U·cosφ)可知當(dāng)有功功率P為定值時(shí),負(fù)荷電流I與cosφ成反比,安裝無功補(bǔ)償裝置后,功率因數(shù)提高,使線路中的電流I減小,從而使功率損耗ΔP降低:ΔP=I2R,降低電網(wǎng)中的功率損耗是安裝無功補(bǔ)償設(shè)備的主要目的。
電力網(wǎng)的電壓損失可表示為ΔU=(PR+QXL)/Ue,由公式可以看出,影響ΔU的因數(shù)有四個(gè):有功功率P、無功功率Q、電阻R和電抗XL,如果采用XC的電容來補(bǔ)償,則電壓損失為:
ΔU1=[PR+Q(XL-XC)]/Ue,很明顯ΔU1<ΔU,即安裝補(bǔ)償電容后電壓損失減少了,由以上兩式可得出接入無功功率QC后電壓升高。
用戶安裝補(bǔ)償裝置既可以避免因功率因數(shù)低于規(guī)定值而受罰,也可以減少內(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。
(1)總體平衡與局部平衡相結(jié)合;(2)電力部門補(bǔ)償與用戶補(bǔ)償相結(jié)合;(3)分散補(bǔ)償與集中補(bǔ)償相結(jié)合,以分散補(bǔ)償為主;(4)降損與調(diào)壓相結(jié)合,以降損為主。
理論上而言,無功補(bǔ)償最好的方式是哪里需要無功,就在哪里補(bǔ)償,整個(gè)系統(tǒng)將沒有無功電流的流動(dòng)。但在實(shí)際電網(wǎng)當(dāng)中這是不可能做到的。因?yàn)闊o論是變壓器、輸電線路還是各種負(fù)載,均會(huì)需要無功。所以實(shí)際電網(wǎng)當(dāng)中就補(bǔ)償裝置的安裝位置而言有如下幾種補(bǔ)償方式:
(1)在變電所母線集中安裝并聯(lián)電容器組;(2)在高低壓配電線路中分散安裝并聯(lián)電容器組;(3)在配電變壓器低壓側(cè)和用戶車間配電屏安裝并聯(lián)補(bǔ)償電容器;(4)在單臺(tái)電動(dòng)機(jī)處安裝并聯(lián)電容器等。
(1)補(bǔ)償原則;35KV及以上電壓等級(jí)的變電站,無功補(bǔ)償一般只考慮補(bǔ)償變壓器本身所吸收的無功電力,包括空載無功損耗和負(fù)載無功損耗;當(dāng)二次負(fù)荷較重母線壓降很大,靠變壓器調(diào)壓不能滿足要求時(shí),可適當(dāng)增加補(bǔ)償容量,以提高電壓。
(2)補(bǔ)償容量的計(jì)算;按補(bǔ)償變壓器吸收的無功電力計(jì)算:
△Qb=(IO(%)/100+Uk(%)/100)Sn
IO變壓器的空載電流,IO約占額定電流的0.5-15%,變壓器容量越大,IO(%)越小。Uk變壓器的短路電壓,Uk(%)約為4-20%,變壓器容量越大,電壓越高,Uk(%)越大。變壓器總的無功功率損耗越占變壓器額定容量的10-20%。
按經(jīng)驗(yàn)計(jì)算配置:35-110KV變電站的容性無功補(bǔ)償裝置以補(bǔ)償變壓器無功損耗為主,并適當(dāng)兼顧負(fù)荷側(cè)無功補(bǔ)償,容性無功補(bǔ)償裝置的容量按主變壓器容量的10%-30%配置。
配電網(wǎng)的無功補(bǔ)償以配電變壓器低壓側(cè)集中補(bǔ)償為主,以高壓補(bǔ)償為輔。配電變壓器的無功補(bǔ)償裝置容量可按變壓器最大負(fù)載率為75%,負(fù)荷自然功率因數(shù)為0.85考慮;或按照變壓器容量的20%-40%進(jìn)行配置。
(1)用戶專線;負(fù)荷集中于線路末端,線路上不接負(fù)荷(配電變壓器)。補(bǔ)償設(shè)備裝于線路末端,且一般裝于降壓變壓器低壓側(cè),使負(fù)荷所需的無功電力由補(bǔ)償設(shè)備供給,線路不通過無功電力。計(jì)算方法為:
式中,Qb-補(bǔ)償容量
ΣQL-無功負(fù)荷總和
ΣQC-就地補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償容量總合
K-設(shè)備運(yùn)行同時(shí)系數(shù)
K按不同情況取0.5-0.9
(2)10KV公用配電線路;10KV公用配電線路上,一般裝有若干配電變壓器,負(fù)荷大體是均勻分布的。這是在變電站10KV母線上可裝設(shè)一定容量的并聯(lián)電容器,以補(bǔ)償主變壓器吸收的無功;同時(shí)在線路上裝設(shè)1-3組電容器,視線路長(zhǎng)短和負(fù)荷大小而定。線路電容器組應(yīng)自動(dòng)投切。
設(shè):全線長(zhǎng)度為L(zhǎng),總的無功負(fù)荷為Qx。則:
①在線路上裝設(shè)一組電容器時(shí),
Qx-全線總的無功負(fù)荷
電容器組的裝設(shè)點(diǎn),距線路首端的距離為2/3L,總補(bǔ)償容量為2/3Qx。
②在線路上裝設(shè)兩組電容器時(shí),
Qb//-兩組電容器中每組的容量
Qx-全線總的無功負(fù)荷
第一組裝設(shè)在距首端2/5L處;第二組裝設(shè)在距首端4/5L處??偟难a(bǔ)償容量為4/5Qx。
③在線路上裝設(shè)三組電容器時(shí),
Qx-全線總的無功負(fù)荷
第一組裝設(shè)在距首端2/7L處;第二組裝設(shè)在距首端4/7L處;第三組裝設(shè)在距首端6/7L處??偟难a(bǔ)償容量為6/7Qx。