无功补偿培训

无功补偿培训刘成军2014年5月个人简介•刘成军男•国家注册电气工程师（供配电）•国家一级注册建造师（机电）•安徽大学工学学士（电气工程及其自动化）•合肥工业大学工程硕士（柔性交流输电系统）•近十年来一直致力于电能质量领域，圆满完成数百个高、低压动态无功补偿、谐波治理等电能质量项目。有功功率：直流电路中，从电源输送到电器（负载）的电功率，是电压与电流的乘积，也就是电器实际所吸收的功率。在交流电路中，由于有电阻和电抗（感抗和容抗）的同时存在，所以电源输送到电器的电功率并不完全做功。因为其中有一部分电功率（电感和电容所储的电能）仍能回输到电源，因此，实际为电器所吸收的电功率叫有功功率。用字母P表示。国际单位瓦，用字母W表示。通常有功功率的单位用千瓦，用字母KW。无功功率：电感和电容所储的电能仍能回输到电源，这部分功率在电源与电抗之间进行交换，交换而不消耗，称为无功功率。用字母Q表示，国际单位乏，用字母var表示。通常无功功率的单位用千乏，用字母Kvar表示。功率和功率因数感性无功功率：接在电网中的许多用电设备是根据电磁感应原理工作的。例如：通过磁场，变压器才能改变电压并将能量送出去，电动机才能转动并带动机械负荷。磁场所具有的磁场能是由电源供给的。电动机和变压器在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收和释放的功率相等，这种功率叫感性无功功率。容性无功功率：电容器在交流电网中接通后，在一个周期内，上半周期的充电功率与下半周期的放电功率相等，不消耗能量，电容器的这种充放电功率叫容性无功功率。视在功率：电容器在交流电网中接通后，在一个周期内，上半周期的充电功率与下半周期的放电功率相等，不消耗能量，电容器的这种充放电功率叫容性无功功率。功率因数：有功功率与视在功率的比值。用cosΦ表示，它是没有单位的。cosΦ=P/S功率因数：反映有功功率出力在设备容量中所占的比重。222PQScosSPsinSQ节电：PScos1Q0或功率三角形0.1cos0SPQ自然功率因数负荷自然功率因数：无功补偿前负荷的功率因数cos=P/S负荷空载25％50％75％满载配电变压器0.15以下0.670.730.750.76感应电动机0.2以下0.5-0.550.7-0.750.8-0.850.85-0.9典型负荷功率因数表：电焊设备0.35-0.60锻压设备0.55-0.65工业电热0.5-0.85金属加工0.55-0.65铸钢铸铁(中频炉)0.88-0.97家用电器照明电器0.5-0.80.3-0.7提升、皮带0.5-0.75水泵风机0.70-0.80冷轧设备0.3-0.7标准功率因数•规定用户标准功率因数用户在当地供电局规定的电网高峰负荷时的功率因数，应达到下列规定：高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调整电压装置的电力用户功率因数为0.90及以上，其他100kVA(kW)及以上电力用户和大、中型电力排灌站功率因数为0.85及以上，农业用电功率因数为0.80及以上。凡功率因数未达到上述规定的新用户，供电局可拒绝接电或加收力率调整费。(能源电［1988］18号，电力系统电压和无功电力管理条例)无功补偿原理功率平衡：系统P+jQ负载-jQC无功补偿原理图PL+jQL0.1cos0{:)(cos)(1----QPPQQPQtgQQQPPQQjPjQjQPjQPLCLCLLCLLCLL时当cos功率因数低的不良影响1、降低发电机的输出功率，当发电机需提高功率无功输出，低于额定功率因数运行时，将使发电机有功输出降低。2、降低了变电、输电设施的供电能力。3、使网络电力损耗增加（网络中的电能损失与功率值一平方成反比），如电机、变压器、电力电缆等。4、功率因数愈低线路的电压降愈大，使得用电设备的运行条件恶化。无功补偿经济效益分析•功率因数考核和电费调整为调动用户改善电压，管好无功设备的积极性，凡受电容量在100kVA(kW)及以上的用户均应按国家批准的《功率因数调整电费办法》的有关规定，实行功率因数考核和电费调整。•用户总电费的计算总电费＝（高峰电度电费＋平段电度电费＋低谷电度电费＋基本电费）×（１±功率因数奖惩率）＋城市建设附加费（关于实行峰谷电价的通知，粤价〔2003〕19号）•功率因数调整电费办法力率电费：是指电力用户无功消耗量过大，造成功率因数低于国家标准，从而按电费额的百分比追收的电费。根据计算的功率因数，高于或低于规定标准时，在按照规定的电价计算出其当月电费后，再按照“功率因数调整表”（表一、二、三）所规定的百分数增减电费，如用户的功率因数在“功率因数调整电费表”所列两数之间，则以四舍五入计算。表一：以0.90为标准值的功率因数调整电费表减收电费实际功率因数0.900.910.920.930.940.95-1.00月电费减少%0.00.150.300.450.600.75增收电费实际功率因数0.890.880.870.860.850.840.830.820.810.800.790.780.77月电费增加%0.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.5增收电费实际功率因数0.760.750.740.730.720.710.700.690.680.670.660.65功率因素自0.64及以下,每降低0.01月电费增加%7.07.58.08.59.09.510.011.012.013.014.015.0电费增加2%表二：以0.85为标准值的功率因素调整电费表减收电费实际功率因数0.850.860.870.880.890.900.910.920.930.94-1.00月电费减少%0.00.10.20.30.40.50.650.80.951.10增收电费实际功率因数0.840.830.820.810.800.790.780.770.760.750.740.730.72月电费增加%0.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.5增收电费实际功率因数0.710.700.690.680.670.660.650.640.630.620.610.60功率因素自0.59及以下,每降低0.01月电费增加%7.07.58.08.59.09.510.011.012.013.014.015.0电费增加2%表三：以0.80为标准值的功率调整电费表减收电费实际功率因数0.800.810.820.830.840.850.860.870.880.890.900.910.92-1.00月电费减少%0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.51.30增收电费实际功率因数0.790.780.770.760.750.740.730.720.710.700.690.680.67月电费增加%0.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.5增收电费实际功率因数0.660.650.640.630.620.610.600.590.580.570.560.55功率因素自0.54及以下,每降低0.01月电费增加%7.07.58.08.59.010.010.011.012.013.014.015.0电费增加2%无功补偿装置•无功补偿装置发展历史•无功补偿装置的应用范围•无功补偿装置•补偿容量的确定无功补偿装置发展历史同步调相机机械开关投切式电容器（MSC）静止式动态无功补偿装置（SVC）无功发生器（SVG）超导磁储能系统（SMES）•同步调相机由于同步电机处在过励状态时，可以从电网汲取相位超前于电压的电流，从而改善电网的功率因数（见功率因数的提高，因此在过去的生产实际中，除选用一部分同步电动机外，还在电网的受电端装设一些同步调相机，用于改善电网的功率因数。这种运行于电动机状态，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。又称同步补偿机。用于改善电网功率因数，维持电网电压水平。•机械开关式投切电容器组（MSC)使用机械开关（接触器、断路器）为投切元件，将电力电容器安装在高低压母线上，实现无功补偿目的的装置。MSC型低压无功补偿装置MSC型高压无功补偿装置•静止式无功补偿装置（SVC)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。这类装置的典型代表有：（1）电容器调节方法：晶闸管投切电容器（TSC）。（2）电抗器调节方法：可控饱和电抗器型（MCR);相控电抗器型（TCR）。晶闸管投切电容器（TSC型SVC)磁控电抗器（MCR型SVC)相控电抗器（TCR型SVC)•静止无功发生器SVG并联于电网中，相当于一个可控的无功电流源，其无功电流可以快速地跟随负荷无功电流的变化而变化，自动补偿电网系统所需无功功率，对电网无功功率实现动态无级补偿。SVG的基本原理是利用可关断大功率电力电子器件（如IGBT）组成自换相桥式电路，经过电抗器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。•超导磁储能系统（SMES)SMES是利用超导磁装置将电磁能直接储存起来，在需要时再将电磁能返回给电网或负载的装置。SMES在美国、日本已经有成功应用的实例，我国还在研究、开发的过程中。华中科技大学超导电力研究中心自1999年以来对超导磁储能系统展开了研究，并于2005年成功研制35kJ高温超导磁储能系统，现已通过了动模试验，下一步拟接入电力系统试运行。在高温超导磁体、电流引线、直接冷却等关键技术上有较好的基础，可联合进行装置的技术开发、系统应用研究等。•各种无功设备各自特点如下：1）同步调相机：响应速度慢，噪音大，损耗大，技术陈旧，属淘汰技术；2）开关投切固定电容：慢响应补偿方式，连续可控能力差；3）静止无功补偿器（SVC）：目前相对先进实用技术，在输配电电力系统中得到了广泛应用；4）静止无功发生器SVG（STATCOM）：目前虽然有技术上局限性，属少数示范工程阶段，但SVG是一种更为先进的新型静止型无功补偿装置，是灵活柔性交流输电系统（FACTS）技术和定制电力（CP）技术的重要组成部分，现代无功功率补偿装置的发展方向。无功补偿装置应用范围该装置广泛应用于电力、钢铁、煤矿、铁道、石油、机械、冶炼、化工、造船、港口、轻工、建材、矿山等高低压供配电系统中，要求无功补偿的场合。根据现场负荷工作周期的快慢选择常规或动态无功补偿方式。煤炭行业负荷特点：矿井提升机属于动态负荷，从提升机启动、稳定到制动一个工作周期一般在几分钟之内，而且在这一过程中无功变化大，功率因数在提升阶段最低（达到0.2左右），制动阶段则较高。提升机启动频繁，一般箕斗从井下提升到井上需要2～3分钟时间，其中加速时间约为10～12秒。大功率提升机普遍采用晶闸管供电的直流系统或交-交变频调速系统。对电网的供电质量要求较高，在供电突然中断时，容易产生危险事故，设备损坏，生产中断，造成企业重大损失。因此，煤矿企业负荷属于重要负荷，必须保证供电的可靠性。港口负荷特点码头主要负荷是卸船机、斗轮机、装船机、皮带机等设备，这些设备在生产过程中频繁起动，具有很大的波动性。特别是在吊装货物的过程中，无功波动更加明显，影响电压稳定。造船、汽车行业负荷特点造船、汽车的焊装车间负荷以点焊机作为单相非线性负荷，具有短时工作制（1秒以内）、频繁工作、冲击电流大等特点，给系统带来一系列不良影响，主要有：1）导致电网三相电流严重不平衡，变压器发热严重；2）无功消耗大，功率因数偏低。如采用常规的接触器投切电容方式，反应速度慢，很难补偿到位，经常出现过补偿或负补偿，极易造成系统故障导致故障跳闸；3）产生高次谐波，电压畸变严重；4)存在严重电压闪变，系统电压不稳