浅谈配网低压无功补偿
仪器信息网 · 2011-05-30 22:21 · 32110 次点击
摘要:浅谈配网低压无功补偿:1无功补偿的基本原理;2无功的经济补偿;3无功补偿方式;4无功补偿装置的安装.
关键词:配网低压无功补偿
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。
[attach]47638[/attach]
图1无功功率补偿原理图
S1为功率因数改善前的视在功率
S2为功率因数改善后的视在功率
2无功的经济补偿
对于电力系统而言,在高压侧或低压侧均可进行补偿。但是,如果在低压侧进行补偿,既可减少变压器、输电线路等的损耗,又可提高变压器、输电线路的利用率及提高负载端的端电压,所以补偿电容器的安装越靠近负载端,对用户而言越可获取较大的经济效益。由图1可见,装设补偿电容器后,改善了负荷侧的功率因数,用电负荷所需的无功功率,由电容器直接提供,可以降低电网的总电流
[attach]47639[/attach]
式中I--视在电流
Ip--有功电流
Ic--电容电流
因为在低压侧装设了电容器补偿无功电流,即无功电流由电容器提供,所以在进行电网设计时,只考虑有功电流即可,大大节省变压器及输电线路的投资。对于已有的电网,也能够提高电网的出力。
2.1减少输电线路及变压器的损耗
Pn=3I2·R
=3I2p·R+3I2q·R
式中Pn--有功功率损失
R--每项输电线路的电阻(含输电线路及变压器)
输电线路电阻R=KL/A
式中K--电阻系数
A--导线截面积
L--导线长度,m
变压器电阻R=YkU2/Sn
式中Yk--变压器短路阻抗,Ω
U--系统电压,V
Sn--变压器额定容量,kVA
2.2增加变压器及输电线路的利用率
所增加的利用率为:
(P2-P1)/P1=×100%
式中cosφ1--改善前的功率因数
cosφ2--改善后的功率因数
2.3提高系统的端电压减少系统的电压降
du(%)=Qc/Sn×Xk(%)
式中du(%)--电压提高百分比
Qc--补偿电容器的容量,kvar
Sn--变压器容量,kVA
Xk(%)--变压器阻抗百分比
3无功补偿方式
理论上而言,无功补偿最好的方式是在哪里需要的无功,就在哪里补偿,整个系统将没有无功电流的流动。但在实际电网当中这是不可能做到的。因为无论是变压器、输电线路还是各种负载,均会需要无功。所以实际电网当中就补偿装置的安装位置而言有如下几种补偿方式:①变电所集中补偿;②配电线路分散补偿;③负荷侧集中补偿;④用户负荷的就地补偿。
对于低压配网无功补偿,通常采用负荷侧集中补偿方式,即在低压系统(如变压器的低压侧)利用自动功率因数调整装置,随着负荷的变化,自动地投入或切除电容器的部分或全部容量。
3.1补偿容量的确定
考虑到动力类负荷,估计配变的功率因数在0.75左右,设计在满负荷状态下功率因数提高到0.90。
假设配变容量为S,补偿前有功功率、无功功率和功率因数角分别为P1、Q1、和φ1,补偿后有功功率、无功功率和功率因数角分别为P2、Q2和φ2,Qb为需补偿的容量。
由此可得出应补偿的容量为:
Qb=Q1-Q2
=S×sinφ1-S×sinφ2
=S×(0.661-0.436)
=0.225S
补偿百分比为:η%=Qb/S×100%=22.5%
根据电网的运行经验可以得出,补偿容量一般为变压器额定容量的20%~30%。
3.2补偿方式的选择
补偿方式分为三相共补、分相补偿和混合补偿(即共补加分补),一般而言当需要补偿的容量超过60kvar时,采用混合补偿是比较合适的,即可照顾到三相之间的不平衡,与分相补偿的效果完全相同,又可以降低成本。
3.3补偿级数的选择
补偿级数(即补偿电容器的分组数量)越多,补偿的精度越高,但随着补偿级数的增加,装置的成本会大幅度提高,而且箱壳的体积也会增大。综合考虑补偿精度、成本、箱体体积等因素,我们建议采用11级非常容量补偿,前9级为等容量以满足基本补偿,后2级为小容量以提高补偿精度。以1台180kvar的补偿装置为例:①前9级为每级18kvar,9×18=162kvar;②后2级为每级9kvar;9×2=18kvar,合计180kvar。
3.4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。
3.5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,则检测量和控制目标量相同,检测精度低。所以应采用无功电流为检测量,无功功率为控制目标。
4无功补偿装置的安装
对于箱式变在设计时应考虑无功装置及其安装位置,而对于公共杆变,可选用柜(箱)式低压无功补偿装置地面式安装,装置的底部加升高座,以便于进线。