浅谈电力系统中的无功功率补偿
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摘要:合理地投用无功补偿设备,对调整电网电压、提高供电质量、抑制谐波干扰、保证电网安全运行都有着十分重要的作用。
Abstract: Reasonable onset of reactive power compensation devices plays a very important role to adjust and improve the quality of power supply voltage, restrain harmonics disturbance, guarantee the safe operation of the power grid.
关键词:无功补偿;电容补偿;低压电容柜;选择合理容量。
Key words: reactive power compensation;capacitor compensation;low voltage capacitor;choose reasonable capacitry
中图分类号:TM7 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)13-0124-01
1无功补偿的概念
交流电在通过纯电阻的时候,电能都转成了热能,而在通过纯容性或者纯感性负载的时候,并不做功。也就是说没消耗电能,即为无功功率。当然实际负载,不可能为纯容性负载或者纯感性负载,一般都是混合性负载这样电流在通过它们时,就有部分电能不做功,就是无功功率,此时的功率因数小于1,为了提高电能的利用率,就要进行无功补偿。电网中的电力负荷如电动机、变压器等,大部分属于感性电抗,在运行过程中需要向这些设备提供相应的无功功率。减少无功功率在电网中的流动,降低输电线路因输送无功功率造成的电能损耗,改善电网的运行条件,这种做法称为无功补偿。
电力系统中无功补偿对电力系统的重要性越来越受到重视,合理地投用无功补偿设备,对调整电网电压、提高供电质量、抑制谐波干扰、保证电网安全运行都有着十分重要的作用。如果系统中无功电源不足,则会使电网处于低电压水平上的无功功率平衡,即靠电压降低、负荷吸收无功功率的减少来弥补无功电源的不足。同样,如果由于电网缺乏调节手段或无功补偿元件的不合理运行使某段时间无功功率过剩,也会造成整个电网的运行电压过高。因此,搞好电力系统的无功平衡,提高负荷的功率因数,可以减少线路和变压器中的有功功率损耗和其他电能损耗,从而提高电能质量,降低电能损耗,并保证了电力系统的稳定运行和用户的供电质量。10kV配电线路普通存在电压过低或偏高问题,其原因除了电网结构不合理和导线过细外,主要是无功功率不足或过剩。系统的无功功率对电压影响极大,无功功率不足,将引起电网电压下降,而无功过剩将引起电网电压偏高。无功功率平衡是维持及保证电网电压质量的基础,必须采取有效的调压措施,以提高电压水平。要维持整个系统的电压水平,就必须有足够的无功补偿容量,实行无功分区分压就地平衡,同时要求有足够的无功调节能力,实现高峰负荷时较高电压运行和低谷负荷时较低电压运行的逆调压要求。
3无功功率补偿的方式
近年来,随着国民经济的跨越式发展,电力行业也得到了快速发展,特别是电网建设,负荷的快速增长对无功的需求也大幅上升,也使电网中无功功率不平衡,导致无功功率大量的存在。目前,我国电力系统无功功率补偿主要采用以下几种方式:①同步调相机:同步调相机属于早期无功补偿装置的典型代表,它虽能进行动态补偿,但响应慢,运行维护复杂,多为高压侧集中补偿,目前很少使用;②并联电抗器:目前所用电抗器的容量是固定的,除吸收系统容性负荷外,用以抑制过电压;③并补装置:并联电容器是无功补偿领域中应用最广泛的无功补偿装置,电容补偿主要补偿固定的无功,采用电容分组投切能更有效适应负载无功的动态变化,属于一种有级的无功调节。作为无功补偿设备,电容器有以下显著优点:电容器的损耗低,效率高。目前国内外电力系统中90%的无功补偿设备是并联电容器。电容器是由间隔以不同介质(如云母、绝缘纸、空气等)的两块金属组成。当在两极板上加上电压后,两板板上分别聚集起等量的正、负电荷,并在介质中建立电场而具有电场能量。将电源移去后,电荷可继续聚集在极板上,电场继续存在。所以电容器是一种能储存电荷或者说储存电场能量的部件。在电网中,最常用的无功补偿设备是电容补偿柜。电容柜的主要作用是向电力系统提供无功功率,提高功率因数。采用就地无功补偿,可以减少输电线路输送电流,起到减少线路能量损耗和压降,改善电能质量和提高设备利用率的重要作用。一般来说,低压电容补偿柜由柜壳、母线、断路器、隔离开关,热继电器、接触器、避雷器、电容器、电抗器、一、二次导线、端子排、功率因数自动补偿控制装置、盘面仪表等组成。其中,电容柜中电容器的好环对电能质量与效益起着至关重要的作用,因此电容器组应采用适当保护措施,如采用平衡或差动继电保护或采用瞬时作用过电流继电保护,对于3.15kV及以上的电容器,必须在每个电容器上装置单独的熔断器,熔断器的额定电流应按熔丝的特性和接通时的涌流来选定,一般为1.5倍电容器的额定电流为宜,以防止电容器油箱爆炸。电容器的运行环境也尤其重要:①电容器周围的环境温度不能太高或太低。如果环境温度太高,电容工作时所产生的热就散不出去;而如果环境温度太低,电容器内的油就可能会并冻结,容易电击穿。②电容器工作时,其内部介质的温度应低于650℃,最高不得超过700℃,否则会引起热击穿,或引起鼓肚现象。③电容器对电压十分敏感,因为电容器的损耗与电压平方成正比,过电压会使电容器发热严重,电容器绝缘会加速老化,寿命缩短,甚至电击穿。为了使电网中的无功补偿设备得到最大的效益,应选择合理的无功补偿容量。计算电容柜容量前先进行负荷计算,确定有功功率P和无功功率Q,补偿前自然功率因数为cos?准1,要补偿到的功率因数为cos?准2,则Qc=P(tg?准1-tg?准2)。式中:Qc为补偿电容器容量;P为负荷有功功率;COS?准1为补偿前负荷功率因数;COS?准2为补偿后负荷功率因数。如容量为800KW的负荷,可以先测量一下其自然功率因数值,就是全部负荷起动情况下,不带电容器时的功率因数值。若没有办法精确测量,估计大部分负荷都是电机,以功率因数COS?准1=0.70估算,若要在额定状态下,将其功率因数提高到0.90,则需要补偿电容器容量为:
COS?准1=0.70,?准1=0.7953,tg?准1=1.020
COS?准2=0.90,?准2=0.451,tg?准2=0.483
Qc=P(tg?准1-tg?准2)=800*(1.020-0.483)=429.6(Kvar)
取整,约需要补偿429Kvar的电容器,若选择单台30Kvar的电容器组,则需要14块。
4无功补偿应用注意的事项
在无功补偿中应注意以下事项:①线路分散补偿电容器组容量在150kvar及以下时,可采用跌落式熔断器作控制和保护,其熔断器的额在定电流按电容器组额定电流的1.43~1.55倍选取;150kvar以上时应采用柱上断路器或负荷开关自动控制;②为防止线路非全相运行时,有可能发生铁磁谐振引起过电压和过电流,损坏电容器和变压器,线路分散补偿电容器组不应与配电变压器同台架设并使用同一组跌落式熔断器;③补偿电容器组中性点不应直接接地,避免电容器某相贯穿性击穿引起线路相间短路;④无功补偿装置应装设氧化锌避雷器过电压保护装置;⑤无功补偿装置应采用自动投切装置,防止过补偿和电压升高损坏电容器及其他设备。