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電容器無功補償是什么?怎么配置?一文告訴你

發(fā)布時間:2018-08-31 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】電容器無功補償又稱為電容補償、無功補償或者功率因數(shù)補償。無功補償裝置是電力供電系統(tǒng)不可缺少的組成,合理選擇補償裝置,可以做到最大限度的減少網(wǎng)絡(luò)的損耗,使電網(wǎng)質(zhì)量提高。反之,如選擇或使用不當,可能造成供電系統(tǒng)電壓波動、諧波增大等諸多因素。那什么是電容器無功補償?無功補償?shù)挠惺裁醋饔茫繜o功補償方法有哪些?無功補償裝置有哪些種類?怎么合理配置?下面小編就這幾個問題,給您一一講解。
 
電容器無功補償是什么?
 
電網(wǎng)輸出的功率包括兩部分:有功功率和無功功率。有功功率是指直接消耗電能,把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能、熱能或化學(xué)能,利用這部分能量作功。而無功功率則是指為建立交變磁場所需要的電功率,這部分電能并不做功。
 
電網(wǎng)中的電力負荷如電動機、變壓器等,大部分屬于感性負荷,在運行過程中需向這些設(shè)備提供相應(yīng)的無功功率。在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器等無功補償設(shè)備以后,可以提供感性負載所消耗的無功功率,減少了電網(wǎng)電源向感性負荷提供、由線路輸送的無功功率,由于減少了無功功率在電網(wǎng)中的流動,因此可以降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗,這就是電容器無功補償。
 
電容器無功補償是什么?怎么配置?一文告訴你
 
無功補償?shù)挠惺裁醋饔茫?/div>
 
在正常情況下,用電設(shè)備不但要從電源取得有功功率,同時還需要從電源取得無功功率。如果電網(wǎng)中的無功功率供不應(yīng)求,用電設(shè)備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場,這些用電設(shè)備就不能維持在額定情況下工作,用電設(shè)備的端電壓就要下降,從而影響用電設(shè)備的正常運行。
 
但是從發(fā)電機和高壓輸電線供給的無功功率遠遠滿足不了負荷的需要,所以在電網(wǎng)中要設(shè)置一些無功補償裝置來補充無功功率,以保證用戶對無功功率的需要,這樣用電設(shè)備才能在額定電壓下工作。無功補償是把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷并聯(lián)接在同一電路,能量在兩種負荷之間相互交換,這樣,感性負荷所需要的無功功率可由容性負荷輸出的無功功率補償。
 
采用無功補償?shù)膬?yōu)點:
 
1)根據(jù)用電設(shè)備的功率因數(shù),可測算輸電線路的電能損失。通過現(xiàn)場技術(shù)改造,可使低于標準要求的功率因數(shù)達標,實現(xiàn)節(jié)電目的。
 
2)采用無功補償技術(shù),提高低壓電網(wǎng)和用電設(shè)備的功率因數(shù),是節(jié)電工作的一項重要措施。
 
3)無功補償,它就是借助于無功補償設(shè)備提花必要的無功功率,以提高系統(tǒng)的功率因數(shù),降低能耗,改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量,穩(wěn)定設(shè)備運行。
 
4)減少電力損失,一般工廠動力配線依據(jù)不同的線路及負載情況,其電力損耗約20%-30%左右,使用電容提高功率因數(shù)后,總電波降低,可降低供電流與用電端的電力損失。
 
5)改善供電品質(zhì),提高功率因數(shù),減少負載總電流及電壓降,于變壓器二次側(cè)加裝電容可改善功率因數(shù)提高二次側(cè)電壓。
 
6)延長設(shè)備壽命,改善功率因數(shù)后線路總電流減少,使接近中已經(jīng)飽和的變壓器、開關(guān)等機器設(shè)備和線路容量負荷降低,因此可以降低溫升增加壽命(溫度每降低10攝氏度,壽命可延長1倍)。
 
7)最終滿足電力系統(tǒng)對無功補償?shù)谋O(jiān)測要求,消除因為功率因數(shù)過低而產(chǎn)生的罰款。
 
8)無功補償可以改善電能質(zhì)量、降低電能損耗、挖掘發(fā)供電設(shè)備潛力、無功補償減少用戶電費支出,是一項投資少、收效快的節(jié)能措施。
 
9)無功補償技術(shù)對和電單位的低壓配電網(wǎng)的影響以及提高功率因數(shù)所帶來的經(jīng)濟效益和社會效益,確定無功功率的補償容量,確保補償技術(shù)經(jīng)濟、合理、安全可靠,達到節(jié)約電能的目的。
 
無功補償方法有哪些?
 
無功補償通常采用的方法主要有3種:低壓個別補償、低壓集中補償、高壓集中補償。下面簡單介紹3種補償方式的適用范圍及使用該種補償方式的優(yōu)缺點。
 
1)低壓個別補償
 
低壓個別補償就是根據(jù)個別用電設(shè)備對無功的需要量將單臺或多臺低壓電容器組分散地與用電設(shè)備并接,它與用電設(shè)備共用一套斷路器,通過控制、保護裝置與電機同時投切。隨機補償適用于補償個別大容量且連接運行(如大中型異步電動機)的無功消耗,以補勵磁無功為主。低壓個別補償?shù)膬?yōu)點是:用電設(shè)備運行時,無功補償投入,用電設(shè)備停動時,補償設(shè)備也退出,因此不會造成無功倒送,具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護簡單、事故率低等優(yōu)點。
 
2)低壓集中補償
 
低壓集中補償是指將低壓電容器通過低壓開關(guān)接在配電變壓器低壓母線側(cè),以無功補償投切裝置作為控制保護裝置,根據(jù)低壓母線上的無功負荷而直接控制電容器的投切,電容器的投切是整組進行,做不到平滑的調(diào)節(jié)。低壓補償?shù)膬?yōu)點:接線簡單、運行維護工作量小,使無功就地平衡,從而提高配變利用率,降低網(wǎng)損,具有較高的經(jīng)濟性,是目前無功補償中常用的手段之一。
 
3)高壓集中補償
 
高壓集中補償是指將并聯(lián)電容器組直接裝在變電所的6——10KV高壓母線上的補償方式。適用于用戶遠離變電所在供電線路的末端,用戶本身又有一定的高壓負荷時,可以減少對電力系統(tǒng)無功的消耗并可以起到一定的補償作用;補償裝置根據(jù)負荷的大小自動投切,補償效益高。
 
無功補償裝置有哪些種類?
 
從補償?shù)姆秶鷦澐挚梢苑譃樨摵裳a償與線路補償,從補償?shù)男再|(zhì)劃分可以分為感性與容性補償。下面將并聯(lián)容性補償?shù)姆椒ù笾铝信e:
 
1)同步調(diào)相機
 
調(diào)相機的基本原理與同步發(fā)電機沒有區(qū)別,它只輸出無功電流。因為不發(fā)電,因此不需要原動機拖動,沒有啟動電機的調(diào)相機沒有軸伸,實質(zhì)就是相當于一臺在電網(wǎng)中空轉(zhuǎn)的同步發(fā)電機。
 
調(diào)相機是電網(wǎng)中最早使用的無功補償裝置,當增加激磁電流時,其輸出的容性無功電流增大。當減少激磁電流時,其輸出的容性無功電流減少。當激磁電場減少到一定程度時,輸出無功電流為零,只有很小的有功電流用于彌補調(diào)相機的損耗,當激磁電流進一步減少時,輸出感性無功電流。
 
調(diào)相機容量大、對諧波不敏感,并且具有當電網(wǎng)電壓下降時輸出無功電流自動增加的特點,因此調(diào)相機對于電網(wǎng)的無功安全具有不可替代的作用。
 
由于調(diào)相機的價格高、效率低,運行成本高,因此已經(jīng)逐漸被并聯(lián)電容器所替代。但是近年來出于對電網(wǎng)無功安全的重視,一些人主張重新啟用調(diào)相機。
 
2)并聯(lián)電容器
 
并聯(lián)電容器是目前最主要的無功補償方法。其主要特點是價格低,效率高,運行成本低,在保護完善的情況下可靠性也很高。
 
在高壓及中壓系統(tǒng)中主要使用固定連接的并聯(lián)電容器組,而在低壓配電系統(tǒng)中則主要使用自動控制電容器投切的自動無功補償裝置。自動無功補償裝置的結(jié)構(gòu)則多種多樣形形色色,適用于各種不同的負荷呢況。對于低壓自動無功補償裝置將另文詳細介紹。
 
并聯(lián)電容器的最主要缺點是其對諧波的敏感性。當電網(wǎng)中含有諧波時,電容器的電流會急劇增大,還會與電網(wǎng)中的感性元件諧振使諧波放大,另外,并聯(lián)電容器屬于恒阻抗元件,在電網(wǎng)電壓下降時其輸出的無功電出下降,因此不利于電網(wǎng)的無功安全。
 
3)SVC
 
SVC的全稱是靜止式無功補償裝置,靜止兩個字是同步調(diào)相機的旋轉(zhuǎn)相對應(yīng)的。
 
國際大電網(wǎng)會議將SVC定義為7個子類:
 
a、機械投切電容器(MSC)
 
b、機械投切電抗器(MSR)
 
c、自飽和電抗器(SR)
 
d、晶閘管控制電抗器(TCR)
 
e、晶閘管投切電容器(TCR)
 
f、晶閘管投(TSC)
 
g、自換向或電網(wǎng)換向轉(zhuǎn)換器(SCC/LCC)
 
根據(jù)以上這些子類,我們可以看出:除調(diào)相機之外,用電感或電容進行無功補償?shù)难b置幾乎均被定義為SVC。因此,目前一些資料或者廣告中大量出現(xiàn)"SVC"字樣,其原因不外乎兩條:其一是作者自已并不明白SVC的定義,其二就是以普通人不懂的字母組合故弄玄虛。
 
目前國內(nèi)市場上被宣傳 SVC的產(chǎn)品主工是晶閘管控制電抗器(TCR)和晶閘管投切電容器(TSC)。對于TSC我們另文敘述,這里只簡要介紹一下晶閘管控制電抗器(TCR)。
 
TCR的基本結(jié)構(gòu)包括一組固定并聯(lián)連接在線路中的電容器和一組并聯(lián)連接在線路中用晶閘管控制的電抗器,通常將電抗器的容量設(shè)計成與電容器一樣。由于電抗器是用晶閘管控制的,其感性無功電流可以變化,當晶閘管關(guān)斷時,電抗器沒有電流,而電容器固定連接,因此整套裝置的補償量最大,當調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角時,電抗器的感性電流就會抵消一部分電容器電流,因此補償量減少,導(dǎo)通角越大,電抗器的電流越大,補償量就越小,當晶閘管全通時,電抗器電流就會將電容器電流全部抵消,此時補償量為0。必須將固定電容器組設(shè)計成濾波器形式或者配備另外的濾波器。
 
綜上所述,可以看出TCR的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,損耗大,但其具有補償量連續(xù)可調(diào)的特點,在高壓系統(tǒng)中還有應(yīng)用。
 
4)STATCOM
 
STATCOM是一種使用IGBT、GTO或者SIT等全控型高速電力電子器件作為開關(guān)控制電流的裝置中,其基本工作原理是:
 
通過對系統(tǒng)電參數(shù)的檢測,預(yù)測出一個與電源電壓同相位的幅度適當?shù)恼译娏鞑ㄐ巍.斚到y(tǒng)瞬時電流大于預(yù)測電流的時候,STATCOM將大于預(yù)測電流的部分吸收進來,儲存在內(nèi)部的儲能電容器中。當系統(tǒng)瞬時電流小于預(yù)測電流的時候,STATCOM將儲存在電容器中的能量釋放出來,填補小于預(yù)測電流的部分,從而使得補償后的電流變成與電壓同相位的正弦波。
 
根據(jù)STATCOM的工作原理,理論上STATCOM可以實現(xiàn)真正的動態(tài)補償,不僅可以應(yīng)用在感性負荷場合,還可以應(yīng)用在容性負荷的場合。并且可以進行諧波濾除,起到濾波器的作用。但切是實際的STATCOM由于技術(shù)的原因不可能達到理論要求,而且由于開關(guān)操作頻率不夠高等原因,還會向電網(wǎng)輸出諧波。
 
STATCOM的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜,價格昂貴,可靠性差,損耗大,目前仍處于研究試用階段,沒有實際應(yīng)用價值。電抗器(TSR)償,從補償?shù)姆绞絼澐挚梢苑譃榇?lián)補償與并聯(lián)補償。
 
怎么合理配置?
 
從電力網(wǎng)無功功率消耗的基本狀況可以看出,各級網(wǎng)絡(luò)和輸配電設(shè)備都要消耗一定數(shù)量的無功功率,尤以低壓配電網(wǎng)所占比重最大。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,無功補償設(shè)備的配置,應(yīng)按照“分級補償,就地平衡”的原則,合理布局。
 
1)總體平衡與局部平衡相結(jié)合,以局部為主。
 
2)電力部門補償與用戶補償相結(jié)合。
 
3)分散補償與集中補償相結(jié)合,以分散為主。
 
4)降損與調(diào)壓相結(jié)合,以降損為主。
 
電容器無功補償是什么?怎么配置?一文告訴你
 
功率容量與功率因數(shù)關(guān)系曲線
 
電容器無功補償是什么?怎么配置?一文告訴你
 
無功補償容量的確定
 
電容器無功補償是什么?怎么配置?一文告訴你
 
220kV及以下電網(wǎng)的容性無功補償設(shè)備總?cè)萘縌C,可按下式計算
 
QC=1.15QDM-QF-QR-QLC
 
QDM=kPDM
 
式中QDM——最大自然無功負荷;
 
QF——本網(wǎng)發(fā)電機的無功功率;
 
QR——上級網(wǎng)和鄰網(wǎng)輸入的無功功率;
 
QLC——110kV及以上架空線和電纜線的充電功率;
 
PDM——電網(wǎng)最大有功發(fā)電負荷;
 
K——電網(wǎng)最大自然無功負荷系數(shù),kvar/Kw。
 
K值與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、變壓級數(shù)、負荷組成、負荷水平及負荷電壓特性等因素有關(guān)。已運行的電網(wǎng)可通過實測確定,規(guī)劃中的電網(wǎng)可參照下表中數(shù)值估算,當本網(wǎng)中發(fā)電機有功功率比重大時,k宜取較高值;上級網(wǎng)或鄰網(wǎng)輸入有功功率比重大時,k值取較低值。
 
電容器無功補償是什么?怎么配置?一文告訴你
 
對于中低電壓等級電網(wǎng)的無功補償容量考慮原則
 
1)對于變電站10kV母線,一般按主變?nèi)萘康?5%——20%進行補償。
 
2)對于普通負荷的公用變壓器的0.4kV低壓補償,可按配變?nèi)萘康?0%——30%進行補償。
 
3)對于企業(yè)專用變壓器的0.4kV低壓補償,可按配變?nèi)萘康?0%——60%進行補償。
 
4)當三相電壓不平衡時(單相負荷較多),需考慮一定容量的分相補償。
 
5)當補償點處有諧波時,還要考慮串聯(lián)一定比率的電抗器,以構(gòu)成調(diào)諧支路,濾除線路上的高次諧波。
 
電容器無功補償是什么?怎么配置?一文告訴你
 
6)當采用固定補償方式時,補償總?cè)萘繎?yīng)選小些,避免線路輕載時出現(xiàn)過補,產(chǎn)生無功倒送。
 
7)當采用自動補償方式時,補償總?cè)萘繎?yīng)選取大些,避免高峰負荷時出現(xiàn)欠補,造成力率過低。
 
8)當電容器額定電壓與系統(tǒng)標稱電壓不相等時,補償容量≠安裝容量,裝機容量需進行修正。
 
電能是企業(yè)的必耗成本,與企業(yè)的效益息息相關(guān)。目前為此,進行電力電容器無功補償是降低無功功率比較經(jīng)濟的方法。加裝無補償裝置,能增加電網(wǎng)中有功功率的比例常數(shù),就近供給用戶或配電網(wǎng)所需要的滯相無功功率,減少發(fā),供電設(shè)備的設(shè)計容量,減少投資,能少在配電網(wǎng)中流失的無功功率,提高發(fā)輸電設(shè)備利用率,減少投資,增加電網(wǎng)中有功功率的輸送比例,降低有功網(wǎng)損,效提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性,保證電網(wǎng)的電壓質(zhì)量,最終提高供電企業(yè)的經(jīng)濟效益。
 
 
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