无功补偿方案

随着科学技术的进步和人民生活水平的提高，配电系统结构日趋复杂，人们对具有降低线损和提高电能质量起重要作用的无功补偿措施越来越重视，并提出了更高的要求。配电系统无功潮流分布是否合理，不仅关系到电力系统向电力用户提供电能质量的优劣，而且还直接影响电网自身运行的安全性和经济性。由于电网容量的增加，对电网无功要求也与日增加。若无功电源容量不足，网络的功率因数降低，系统运行电压将难以保证，电压的降低将使电气设备得不到充分利用，降低了网络传输能力，并引起损耗增加。因此，解决好配电网络无功补偿的问题，对电网的安全性和降损节能有着重要的意义。合理的无功补偿点的选择以及补偿容量的确定，能够有效地维持系统的电压水平，提高系统的电压稳定性，避免大量无功的远距离传输，从而降低有功网损，减少发电费用。而且由于我国配电网长期以来无功缺乏，其造成的网损相当大，因此无功功率补偿是降损措施中投资少回报高的方案，是电力部门及用户不可缺少的节能设备。把具有容性功率的装置与感性负荷联在同一电路，当容性装置释放能量时，感性负荷吸收能量；而感性负荷释放能量时，容性装置吸收能量，能量在相互转换，感性负荷所吸收的无功功率可由容性装置输出的无功功率中得到补偿。在电网运行中，因大量非线性负载的运行，除了要消耗有功功率外，还要消耗一定的无功功率。负荷电流在通过线路、变压器时，将会产生电能损耗，由电能损耗公式可知，当线路或变压器输出的有功功率和电压不变时，线损与功率因数的平方成反比。功率因数越低电网所需无功就越多，线损就越大。因此，在受电端安装无功补偿装置，可减少负荷的无功功率损耗，提高功率因数，降低线损耗。接入电网要求：安装地点和装设容量，应根据分散补偿和降低线损的原则设置。补偿后的功率因数应符合现行国家标准《全国供用电规则》的规定(一般不低于0．9)。无功补偿的作用：功率因数低，电源设备的容量得不到充分利用，负载功率因数越低，通过变压器送出的有功功率就越小，有相当大的一部分功率在电源和负荷之间来回传输，这部分功率不能做有用功，变压器不能被充分利用。功率因数偏低，在线路上会产生较大的压降和功率损耗。线路压降增大则负载电压降低，有可能使负载工作不正常。补偿方式：1)集中补偿：电容器组集中安装在总降压变电所6—10kV母线上，提高整个变电所的功率因数，这样可减少高压线路的无功损耗，提高变电所的供电电压质量。2)分组补偿：电容器组安装在终端变电所的高压或低压线路上。3)就地补偿：将电容器安装在感性负载附近，就地进行无功补偿。4)静态补偿：电容柜的控制器测出电路的功率因数并决定要补偿的电容器，并投入电容器补偿，需要一定的时间。特别是某个或几个电容器从电路中切除后需要有一定的时间间隔进行放电，才可以再次投入。有的负载变化快，这时电容器的切除、投入的速度跟不上负载的变化，所以称为静态补偿。静态补偿的优点：价格低，初期的投资成本少，无漏电流。缺点：涌流大，即使采用了限流接触器，涌流仍可达到电容器工作电流的十几倍。寿命短、故障多、维修费用多。5)动态补偿：采用晶闸管控制电容器的接入和切除，选择电路上电压和电容器上电压相等时投入、切除，此时流过晶闸管和电容器的电流为零。解决了电容投入时的涌流问题。动态补偿的优点：涌流小、无触点、使用寿命长、维修少、投切速度快(≤20ms)。缺点：价格高、发热严重、耗能、有漏电流。低压并联电容器无功补偿回路配置总回路刀开关和分回路交流接触器或功能相同的其他的元件：保护用避雷器：熔断器，热继电器(装设谐波超值保护时可不装》限制涌流的限流线圈(交流接触器或电容器本身具备限制涌流的功能时可不装》放电元件：动投切控制器、保护元件、信号和测量表计等配套元件，谐波含量超限保护，在电容器前装上HFX消谐波磁环，阻止谐波进入电容器，保护设备正常运行。电器和导体的选择：1)并联电容器装置的总回路、分组回路的电器和导体的稳态过电流，应为电容器组额定电流的1．35倍。2)开关：额定电流不能小于电容器组额定电流的1．35倍。3)接触器选型：对比表如表1所示。4)避雷器：应选用无间隙金属氧化物避雷器。5)熔断器：不应小于电容器额定电流的1．43倍，不宜大于额定电流的1．55倍。6)热继电器：电容器额定电流的1．35倍。7)限流线圈：额定电流不应小于所连接电容器的额定电流，其允许过电流值不应小于电容器组的最大过电流值。8)放电元件：放电性能应满足电容器组脱开电源后在3min内将电容器组上的剩余电压降至50V以下。9)自动投切装置：JKL型通过检测无功电流控制电容器投切；JKW型通过检测无功功率控制电容器投切。低压并联电容器装置应具有电流表、电压表、功率因数表及投入和切除信号。10)低压电容器：采用自愈式电容器。补偿容量的选择：当不具备设计计算条件时，变电所里的电容器安装容量可按以下方案确定：30—80kVA应有自动投切低压无功补偿装置，其容量按照变压器容量30％选择，无功补偿采用分补和三相共补结合的方式，接线方式分补采用Y接，共补采用Δ接。如已知补偿前的功率因数COSφ、补至0．9或0．95，查表可以查到每kW负荷需补电容的系数再乘以负荷kW数作为需要补的电容器的kvar。电容器安装时注意电容器间距不小于30mm，对地不小于20mm。具体参数如表2、表3所示。成套设备的标准GB／T15576—1995《低压无功功率静态补偿装置总技术条件》JB／DQ6141—8《低压无功功率静态补偿装置总技术条件》JB／DQ6141—86则压无功功率补偿装置》JB7113—93《低压并联电容装置》DL／T597-1996《低压无功补偿装置定货技术条件》GB7251．1—1997《低压成套开关设备和控制设备》。随着科学技术的进步和人民生活水平的提高，配电系统结构日趋复杂，人们对具有降低线损和提高电能质量起重要作用的无功补偿措施越来越重视，并提出了更高的要求。配电系统无功潮流分布是否合理，不仅关系到电力系统向电力用户提供电能质量的优劣，而且还直接影响电网自身运行的安全性和经济性。由于电网容量的增加，对电网无功要求也与日增加。若无功电源容量不足，网络的功率因数降低，系统运行电压将难以保证，电压的降低将使电气设备得不到充分利用，降低了网络传输能力，并引起损耗增加。因此，解决好配电网络无功补偿的问题，对电网的安全性和降损节能有着重要的意义。合理的无功补偿点的选择以及补偿容量的确定，能够有效地维持系统的电压水平，提高系统的电压稳定性，避免大量无功的远距离传输，从而降低有功网损，减少发电费用。而且由于我国配电网长期以来无功缺乏，其造成的网损相当大，因此无功功率补偿是降损措施中投资少回报高的方案，是电力部门及用户不可缺少的节能设备。1、无功补偿的基本原理无论是工业负荷还是民用负荷，大多数均为感性。所有电感负载均需要补偿大量的无功功率，提供这些无功功率有两条途径：一是输电系统提供；二是补偿电容器提供。如果由输电系统提供，则设计输电系统时，既要考虑有功功率，也要考虑无功功率。由输电系统传输无功功率，将造成输电线路及变压器损耗的增加，降低系统的经济效益。而由补偿电容器就地提供无功功率，就可以避免由输电系统传输无功功率，从而降低无功损耗，提高系统的传输功率。电感性负载由于电流滞后于电压，造成功率因数下降，如图1所示。利用电容电流超前于电压和储能特性将电流移相，使电流和电压相角一致，从而提高功率因数。2、低压无功补偿装置的选择采用以无功功率为检测量的智能型控制器，将低压无功补偿的功能纳入配电综合测试仪中，采集的数据包括无功补偿内容，更好地实现配网自动化。低压配电网络具有分布范围广、节点多、负荷特性不一、负荷变化大等特点，以往仅仅根据大概估计与人工短时测量的方法对低压配电网进行监视，安全性、可靠性与准确度均较低，无法了解各相有功、无功负荷的变化情况。根据现代配电网络的运行管理需要，无功补偿设备也应具有先进的数据采集与储存分析功能，通过高速率采样监测电网各种交流量，并整点记录，便于对电网运行数据进行总结与分析。随着配电管理现代化要求的日趋强烈，通过集配网监测与无功补偿于一体的配电综合测试仪可以实现配电运行参数的测量、分析、统计，并实现无功补偿智能化和数据传输，得到了供电部门普遍认同。配电综合测试仪能够实时监测配网的三相电压、电流、有功功率、无功功率、有功电度、无功电度、功率因数、谐波等运行数据，目前的产品精度已比较高，并可以检测1～21次谐波参数，可以完成对整个低压配电线路的监测、分析处理、报表输出等综合管理，为低压配电线路的科学管理提供第一手可靠数据，还能够根据系统实时测量的无功功率，和投入门限及目标功率因数一起作为无功投切物理量，通过软件编程，可以更理想地补偿配网中的无功损耗，提高功率因数、降低线损，从而提高配网的负载能力和供电质量。装置提供无线和GPRS通讯功能，可实现就地和远程抄表，并提供强大的后台软件对历史运行数据进行分析与计算。电容倒送无功的问题得到彻底解决，电网电压高于245V时或者低于165V时，电容全部切除，从而有效地保护了电容器和电网。3、投切控制方式的选择为了尽可能地减小装置的体积，简化结构，提高装置的可靠性，即将电容器按一定容量比进行分组，通过控制器的软件对这些电容器组进行排列组合投切。当电容容量不相等时，电容按从小到大排列，取小于无功投切物理量的电容投入，当满足电容投切条件时，优先投切较大的电容，然后投切较小的电容，当无功投切物理量大于所配置的电容，而该投容量对应的电容已投入，该切容量对应的电容已切掉时，应投切最接近无功投切量的较大一个电容，对于相同容量的几个电容，应考虑小范围内的循环投切，这样既有利于提高投切精度，又有利于元器件的使用寿命。4、控制目标的选择通常的控制目标为：功率因数、无功功率、无功电流、电压。根据具体情况，以挖掘配变的容量为主要目的，所以电压不应该成为控制目标。以功率因数为检测量，缺点是轻载时容易产生投切振荡，重载时补偿不充分；以无功功率为检测量，是根据系统实时测量的无功功率，和投入门限及目标功率因数一起作为无功投切物理量，通过软件编程，使电容按最佳的方案投切。投入门限及目标功率因数是为防止投入电容后出现过补偿引起电容频繁投切作设定的，以达到最少的投切次数和最优化的补偿容量。5、切换电容接触器的选择传统采用电容切换交流接触器，近几年很多用户选用过零投切的智能复合开关。复合开关的基本工作原理是将晶闸管与磁保持继电器并接，实现电压过零导通和电流过零切断，使复合开关在接通和断开的瞬间具有晶闸管过零投切的优点和在正常接通期间又具有继电器开关无功耗的优点，其实现方法是投入时在电压过零的瞬间可控柜先触发导通，稳定后再将磁保持继电器吸合导通，而切断时先将磁保持继电器断开，晶闸管延时过零断开，从而实现电流过零时切除，最近很多厂家生产的复合开关又增加了让晶闸管在磁保持继电器接通后，正常运行的过程中保持在关断状态，只在复合开关在接通和断开的时候由晶闸管控制，因此复合开关浪涌电流小，对电流和电网冲击小，具有较高的电寿命。由于磁保持继电器关合时只有晶闸管的导通压降可以说几乎没有燃弧的可能，因此可不必考虑灭弧要求，从而体积小巧。为了保证复合开关的可靠运行，很多厂家把晶闸管的额定(通态)电流参数和额定电压相应作了提高，据计算需(1.5～2)的实际负载电流、U.ked需大于2500V，这样的晶闸管价格昂贵，现已有厂家在研究让晶闸管只起控制继电器过零电位导通的作用，并采取措施让电容在10s内放电完毕(电压为0V)，导通和切断电容器回路由提高电流等级的双电源继电器完成，稳定性可以进一步提高，经济性也较好。复合开关的动态投切效果和可靠性都优于电容切换专用接触器。目前农村低压网无功缺额很大，平均功率因数在0．6以下。由此造制的有功损耗约占整个低压网报60％～80％。为此，制订一个合理、切实可行、符合农村现实条件、以提高功率因数为主的最佳补偿方案十分必要。一、加强企业用电管理，做好设备配套工作，借以提高用户自然功率因数。据普查，乡镇企业和农用电动机，多数在10千瓦以下，负载率平均在20～50％左右，长期处在“大马拉小