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“电能质量”那些事儿(补偿篇)
[ 编辑:徐长风 | 时间:2015-12-10 13:31:32 | 浏览:12330次 | 来源:电力设备微信公众账号 | 作者: ]
    无功功率补偿(Reactive power compensation),简称无功补偿, 在电力供电系统中起提高电网的功率因数的作用,降低供电变压器及输送线路的损耗,提高供电效率,改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在 一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置,可以做到最大限度的减少电网的损耗,使电网质量提高。反之,如选择或使用不当,可能造成供电系统,电 压波动,谐波增大等诸多因素。

    一、无功功率的定义及影响
 

    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.也就是说没有消耗电能,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的时候,就有部分电能不做功,就是无功功率。无功功率指的是交流电路中,电压U与电流I存在一相角差时,电流流过 容性电抗(XC)或感性电抗(XL)时所形成的功率分量。
 

    这种功率在电网中会造成电压降落(感性电抗时)或电压升高(容性电抗时)和焦耳(电阻发热)损失,却不能做出有效的功。
 

    二、无功功率的分类
 

    感性无功:电流矢量滞后于电压矢量90°,如电动机、变压器、晶闸管变流设备等。容性无功:电流矢量超前于电压矢量90°,如电容器、电缆输配电线路等。基波无功:与电源频率相等的无功(50HZ)。谐波无功:与电源频率不相等的无功。
 

    三、无功功率补偿的定义
 

    在电力系统中的变电所或直接在电能用户变电所装设无功功率电源,以改变电力系统中无功功率的流动,从而提高电力系统的电压水平,减小网络损耗和改善电力系统的动态性能,这种技术措施称为无功功率补偿。电力系统中,不但有功功率要平衡,无功功率也要平衡。
 

图1 无功功率补偿图
 

    四、无功补偿的原理
 

    无功补偿的基本原理:电网输出的功率包括两部分:一是有功功率:直接消耗电能,把电能转变为机械能、热能、化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率称为有 功功率;二是无功功率:不消耗电能,只是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且,这种能是在电网中与电能进行周期性转 换,这部分功率称为无功功率(如电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所占的电能)。
 

    无功补偿的具体实现方式:把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路,能量在两种负荷之间相互交换。这样,感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。无功补偿的意义:
 

    ⑴ 补偿无功功率,可以增加电网中有功功率的比例常数。
 

    ⑵ 减少发、供电设备的设计容量,减少投资,例如当功率因数cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95时,装1Kvar电容器可节省设备容量0.52KW;反 之,增加0.52KW对原有设备而言,相当于增大了发、供电设备容量。因此,对新建、改建工程,应充分考虑无功补偿,便可以减少设计容量,从而减少投资。
 

    ⑶ 降低线损,由公式ΔΡ%=(1-cosθ/cosΦ)×100%得出其中cosΦ为补偿后的功率因数,
 

    cosθ为补偿前的功率因数则:
 

    cosΦ>cosθ,所以提高功率因数后,线损率也下降了,减少设计容量、减少投资,增加电网中有功功率的输送比例,以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益。所以,功率因数是考核经济效益的重要指标,规划、实施无功补偿势在必行。
 

    电网中常用的无功补偿方式包括:
 

    ① 集中补偿:在高低压配电线路中安装并联电容器组;
 

    ② 分组补偿:在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器;
 

    ③ 单台电动机就地补偿:在单台电动机处安装并联电容器等。
 

    加装无功补偿设备,不仅可使功率消耗小,功率因数提高,还可以充分挖掘设备输送功率的潜力。
 

    确定无功补偿容量时,应注意以下两点:
 

    ① 在轻负荷时要避免过补偿,倒送无功造成功率损耗增加,也是不经济的。
 

    ② 功率因数越高,每千伏补偿容量减少损耗的作用将变小,通常情况下,将功率因数提高到0.95就是合理补偿。
 

    无功就地补偿容量可以根据以下经验公式确定:Q≤UΙ0式中:Q---无功补偿容 量(kvar);U---电动机的额定电压(V);Ι0---电动机空载电流(A);但是无功就地补偿也有其缺点:⑴不能全面取代高压集中补偿和低压分组 补偿;众所周之,无功补偿按其安装位置和接线方法可分为:高压集中补偿、低压分组补偿和低压就地补偿。其中就地补偿区域最大,效果也好。但它总的电容器安 装容量比其它两种方式要大,电容器利用率也低。高压集中补偿和低压分组补偿的电容器容量相对较小,利用率也高,且能补偿变压器自身的无功损耗。为此,这三 种补偿方式各有应用范围,应结合实际确定使用场合,各司其职分类。
 

    五、无功功率补偿的常见方法及方式
 

    1、无功功率补偿的常见方法
 

    (1)并联电容器组
 

    电力电容器是一种静止的无功补偿设备。它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。
 

图2 电容组
 

(    2) 静止无功补偿器
 

    静止无功补偿器是一种没有旋转部件,快速、平滑可控的动态无功功率补偿装置。它是将可控的电抗器和电力电容器(固定或分组投切)并联使用。电容器可发出无功 功率(容性的),可控电抗器可吸收无功功率(感性的)。通过对电抗器进行调节,可以使整个装置平滑地从发出无功功率改变到吸收无功功率(或反向进行),并 且响应快速。
 


 

    (3) 同步补偿
 

    运行于电动机状态,不带机械负载也不带原动机,只向电力系统提供或吸收无功功率的同步电机。用于改善电网功率因数,维持电网电压水平。
 


    2、无功功率补偿的方式
 

    (1)、集中补偿:装设在企业或地方总变电所6~35KV母线上,可减少高压线路的无功损耗,而且能提高本变电所的供电电压质量。
 

    (2)、分散补偿:装设在功率因数较低的车间或村镇终端变、配电所的高压或低压母线上。这种方式与集中补偿有相同的优点,但无功容量较小,效果较明显。
 

    (3)、就地补偿:装设在异步电动机或电感性用电设备附近,就地进行补偿。这种方式既能提高用电设备供电回路的功率因数,又能改变用电设备的电压质量
 

    六、无功功率补偿的作用
 

    提高用户的功率因数,从而提高供电设备的利用率;减少电力网络的有功损耗。合理地控制电力系统的无功功率流动,从而提高电力系统的电压水平,改善电能质量,提高了电力系统的抗干扰能力。在动态的无功补偿装置上,配置适当的调节器,可以改善电力系统的动态性能,提高输电线的输送能力和稳定性。装设静止无功补偿器(SVS)还能改善电网的电压波形,减小谐波分量和解决负序电流问题。对电容器、电缆、电机、变压器等,还能避免高次谐波引起的附加电能损失和局部过热。
 

    七、结束语
 

    电能质量分析仪是一种对电网中电能质量问题进行测量、记录及分析的专业测量工具。它不但可以测量有功功率、无功功率、视在功率、功率因素、位移功率因素,而 且还捕捉故障现场的谐波、电压波动、闪变、功率和三相不平衡等常见的电能质量问题,为智能电网、新能源、电气化铁路和大型工业用户提供电能质量方面的性能 评估和治理决策。

 

 

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