《电力系统自动化》课程设计.docx
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《电力系统自动化》课程设计
《电力系统自动化》课程设
计
报告书
题目名称:
无功补偿设计
学院:
专业:
机电工程学院
电气工程及其自动化
班级:
2013级2班
学号:
姓名:
指导教师:
2016年12月
课程设计报告书
设计目得
文将对供配电系统中无功功率产生机理及其对电力系统产生得影响及造成得危害进行分析，同时,分析、研究无功补偿装置得原理，通过电容器得无功补偿,得到一套较为完善得补偿方案，并用本方案对某一需要无功补偿得配电网进行无功补偿。
引言
电力系统得无功平衡，就是保证电压质量得基本条件，有效得电压控制与合理得无功补偿，不仅能保证电压质量，而且能提高电力系统运行得稳定性与安全性。
电网无功补偿设备有调相机、并联电容器、串联电容器、静止补偿器、交流滤波器等。
其中并联电容补偿装置因具有投资少、损耗低、噪音小及施工运行维护简单等优点，而被电网大量而普遍得使用。
并联电容补偿装置设计就是一个综合性得技术，除考虑电容器本体
外,还涉及到与许多设备得配合，如开关、电抗器、熔断器、避雷器、放电装置、继电保护、自动投切装置、仪表、通风设备等；在电气性能方面除考虑其合闸涌流与分闸过电压外，还应考虑系统得无功电压、线损、谐振等一系列得问题
一、无功补偿得意义
无功补偿技术就是提高电网供电能力、减少电压损失与降低网损得
一种有效措施。
电力电容器具有无功补偿原理简单、安装方便、投资小,
有功损耗小，运行维护简便、安全可靠等优点。
因此，在当前，随着电力负荷得增加，要想提高电网系统得利用率，通过采用补偿电容器进行合理得补偿，就是能够提高供电质量并取得明显得经济效益得。
二、无功补偿装置
2、1无功补偿装置得类型
无功补偿装置按照出现得时间顺序可以分为传统得补偿装置与现代得补偿装置。
传统补偿装置有由简单得电容器与电抗器构成得补偿装置与同步调相机；现在得补偿装置一般由可以快速反应得晶闸管控制，如晶闸管控制电抗器、晶闸管投切电容器等。
设
计
内
容
变电站中传统得无功补偿装置主要就是调相机与静电电容器。
随着电力电子技术得发展及其在电力系统中得应用，交流无触点开关SCRGTRGTO等相继出现，将其作为投切开关无功补偿都可以在一个周波内完成,而且可以进行单相调节。
如今所指得静止无功补偿装置一般专指使用晶闸管投切得无功补偿设备，主要有以下三大类型：
（1）具有饱与电抗器得静止无功补偿装置；
（2）晶闸管控制电抗器、晶闸管投切电容器,这两种装置统称为SVC
（3）采用自换相变流技术得静止无功补偿装置一一高级静止无功发生器
2、2无功补偿装置得作用：
无功功率比较抽象，它就是用于电路内电场与磁场得交换，并用来在电气设备中建立与维持磁场得电功率。
它不对外作功，而就是转变为其她形式得能量。
凡就是有电磁线圈得电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。
无功功率决不就是无用功率，它得用处很大。
电动机得转子磁场就就是靠从电源取得无用功率建立得。
变压器也同样需要无功功率，才能使变压器得一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。
在电力系统中，由于无功功率不足，会使系统电压及功率因素降低，从而损坏用电设备，严重时会造成电压崩溃，使系统瓦解，造成大面积停电。
另外，功率因素与电压得降低，还会使电气设备得不到充分利用，造成电能损耗增加，效率降低，限制了线路得送电能力，影响电网得安全运行及用户得正常用电。
无功补偿设备得作用：
（1）改善功率因数；
⑵改善电压调节；
（3）调节负载得平衡性。
三、投切开关得选取
对于无功功率补偿装置来说，选择何种电容器投切执行机构，对整套装置得安全运行就是至关重要得。
目前用于电容器投切得执行元件主要有：
（1）电容器专用接触器，此类产品就是在普通接触器得基础上增加限
流电阻或限流线圈得方案来限制合闸涌流。
安装接线方便，运行费用低
且价格低廉。
但会产生投切涌流与关断时得过电压，仅适用于负载无功功率变化不大且不频繁操作、系统工作较平稳得场合。
（2）晶闸管电子开关，此类产品具有电压过零投入、电流过零切除、
反应速度快等特性，可实现电容器得投入无涌流、切除无过压、投切无电弧得快速动态补偿功能，该装置特别适用于电容器需要频繁投切得无功补偿场合。
但晶闸管也存在损耗大、散热差等不足，影响了无功补偿
装置得可靠性，且成本相对过高。
（3）复合开关，复合开关得工作原理就是将晶闸管与交流接触器并
接,电容器投切瞬间，晶闸管工作，正常接通期间接触器可靠闭合，既有可控硅开关过零投切得优点，又有接触器无功耗得优点。
投电容器时，保证电压过零合闸；切电容时，保证电流为零关断，在保证快速投切情况下，避免了涌流、谐波注入及触点烧损现象。
而在正常工作时，利用接触
器导通容量大、压降小、功耗小、工作可靠等优点，不会带来高温升、
高能耗问题。
复合开关适宜频繁操作，整机使用寿命长，价格也相对适
中。
要保证投切开关长期、可靠得运行，选用时必须注意以下几点：
（1）投切开关得额定电流必须与投切得电容得额定电流匹配。
（2）投切开关得接线端子过流要满足额定电流。
（3）投切开关得端子得接线必须牢固可靠。
四、电容器无功补偿方式
电容器补偿装置可以串联补偿也可并联补偿，一般用于补偿配电网
中感性负荷。
在电力系统中，负载类型就是多样化得，但其中以异步电动机类型得负载为最多。
异步电动机类型得负载为阻感性负载，可认为就
是电感与电阻R串联得负载，其功率因数可用式公式计算。
RR
COS0=；=7
R+X：
r"（讥）
此时，电压U与电流I之间得相位差由补偿前得1?
变小到2?
即系统得功率因数提高,如果补偿后得功率因数2cos?
达到要求,则达到了无功补偿得目得。
4、1串联无功补偿
串联电容器提升得末端电压得数值QcX/V随无功负荷增大而增大,
减小而减小，恰与调压要求一致，这就是串联电容器调压得一个显著优点。
但对负荷功率因数高（cos>0、95）或者导线截面小得线路,由于PR/V分量得比重较大,串联补偿得调压效果就很小。
此外,串联补偿可能会产生铁磁谐振与自励磁等许多异常现象。
串联电容器与导线相串联以补偿线路得感性电抗。
这将减小线路所连节点间得转移电抗，增大最大传输功率，减小实际得无功功率损耗。
尽管串联电容器通常不用于电压控制，但它们确实能改善电压控制与无功功率平衡。
由于串联电容器产生得无功功率随功率传输得增加而增加，
在这个方面，串联电容器能自我调节。
串联电容器主要用于补偿线路得部分串联感抗，从而降低输送功率
时得无功功率损耗，也就是得到较早应用得一种无功功率补偿装置。
它就是国内外电力系统在远距离输电时比较普遍采用得提高系统稳定性与输送能力得重要手段。
如图（a）,R、L为等效感性电路或感性负载，C为串联电容,图（b）为电压矢量三角关，图（c）为电阻、电感与阻抗矢量三角关系。
由此可知，只要串联恰当得电容器，就可以减小功率因数角?
2即提高功
由此可知，只要串联恰当得电容器，就可以减小功率因数角？
2即提高功率因数cos?
2。
4、2并联电容器得补偿方式
并联电容器组就是电网中使用较广得一种专用于无功功率补偿得设备，它以其低廉得价格、方便得使用而受到广泛使用。
其补偿原理前文己有叙述,这里不再介绍。
按照电容器组安装位置得不同，并联电容器组无功功率补偿方式一般可以分为集中补偿方式、分散补偿方式与单机就地补偿方式三种。
（1）集中补偿方式：
将电容器组直接安装在变电所得6〜10KV母线上，用来提高整个变电所得功率因数，使该变电所得供电范围内无功功率基本平衡。
可以减少高压线路得无功损耗，而且能够提高供电电
压质量。
（2）分组补偿方式:
将电容器组分别装设在功率因数较低得终端配电所高压或低压母线上，也称为分散补偿。
这种方式具有与集中补偿相同得优点，仅无功补偿容量与范围相对小些。
但就是分组补偿效果
比较明显，采用得较为普遍
（3）就地补偿方式：
将电容器或电容器组装设在异步电动机或者电感性
用电设备附近，就地进行无功补偿，也称为单独补偿或个别补偿方式。
这种方式既能提高为用电设备供电回路得功率因数，又能改善用电设
备得电压质量，对中小型设备十分适用。
4、3并联电容器得接线方式
电容器接线方式不同，相应得补偿方式也不同。
在无功补偿中，线路得补偿电容器组有如下三种接线方式：
三角形接法（△接法）、星形接法（丫接法）、三角形与星形相结合接法（△-丫）相应得补偿方式也就分为三相共补、三相分补、三相共补与三相分补相结合得方式。
三角形接线对应于三相共补得方式。
如图2、3所示。
传统得低压补偿大都就是采用三相共补得方式，根据控制器统一采样，各相投入相同得补偿容量。
这种补偿方式适用于三相负载基本平衡、各相负载得功率因数相近得网络。
星形接线对应于三相分补方式。
三相分补方式就就是各相分别取样,按照需要分别投入不同得补偿容量。
此种方法适用于各相负载相差较大，其功率因数值也有较大差别得场合。
与三相共补不同得就是:
控制器分相进行工作，互不影响。
当然，其价格高于三相共补得装置，一般要贵20%〜30%。
三角形与星形相结合接线对应于三相共补与三相分补相结合得方
式。
三相共补部分得电容器为△接线，三相分补部分得电容器为丫接线。
采用此种接线方式得补偿装置，运行方式机动灵活。
4、4并联无功补偿
并联无功补偿与串联无功补偿得作用之一都在于减少电压损耗中得QcX/V分量。
并联补偿能减少Q,采用并联补偿能从网损节约中得到抵偿,而在降低网损及提高用户功率因数方面，并联补偿要比串联补偿优越得多。
4、5并联电容器装置得投切方式
对电力低压用户而言按功率因数变化控制电容器组得投切就是主
要得方式。
对于系统内枢纽点大容量电容器组得投切，应综合考虑无功功率、电压、时间及有载调压变压器等因素。
10kV及以下得电容器组得自动投切技术比较成熟与简单，设备选择
也较容量，固定宜选用自动投切方式。
35kV及以上电容器组得自动投切得技术相对较复杂与不成熟，其频繁操作对高压开关得机械与电气寿命得要求也更高，基于上述原因高压电容器组一般为手动投切。
五、案例分析
1、电网状况及用电设备
（1）1#变压器容量为16000KVA变比为35KV/10KV,下带负载为2台7200KVA中频炉变与一台1800KVA加热炉变,中频炉运行产生得特征谐波以11、13次为主,滤波装置接入10KV母线。
（2）4#变压器容量为20000KVA变比为35KV/10KV主要负载为10KV母线侧2台8000KVA中频炉变与总功率为4200KW直流轧机,滤波装置接入10KV母线。
2、投资效果分析
（1）总投资：
本项目分2段实施,分别为1#变、4#变。
本案列仅讨论1#变,1#变谐波滤除及无功补偿装置总投资五十多万元。
（2）谐波治理及无功补偿效果
滤波装置投入后,系统10KV侧谐波电压畸变率由10、5%笔到了3、85%谐波电流畸变率也由10、20%笔到了7、1%各次谐波均在国标允许值以内。
系统功率因数也从0、827提升到了0、99,滤波装置投入后，系统消耗得总无功功率减少了4800Kvar。
3、节电效果
（1）线路频率损后得节电
设公司1#主变最大负荷全年耗电时间为3000小时（t）,线路电能损耗于传输电能比为0、03以S表示、则，补偿后得全年节电量：
△WL=SL*cos|）1*S*t*{1-[cos©1/cos©2]2}
=0、8X16000X0、827X0、03X3000X[1-（0、827/0、99）]〜288000（kw-h）
注:
0、8为主变负荷率
（2）补偿后变压器全年节电量：
△WTAPd*（S1/S2）2*t*[1-（cos©1/cos©2）2]
=240X{（0、8X16000）/16000}2X3000X0、30218
~140000（kw・h）
式中Pd为变压器短路损耗,为240KW
（3）补偿投入后得全年总得节电效果：
△W/WL+\WT
=288000+140000=428000（kw-h）=428000x0、58元=24、8万元
式中：
电费按0、58元/度，负荷1年工作时间为3000小时
（4）力率电费得节约：
根据浙江地区得电费计价方式，用户全年应交纳得功率因数调整电费约为：
（以当地供电局功率因数考核点为0、9计算,补偿前用户系统得功率因数为0、827,则功率因数罚款力率为+3、5%）
力率罚款电费=有功电费*力率=有功功率*全年工作小时*电费单价*力率
由于投入得设备具有一定得节能效果，以及通过无功补偿，提高了功率因数,全年节电效益明显，仅节电一项，可使投资在6个月内得以回收。
投资效益显著。
=10500*3000*0、58*3、5%=64万元
因无功补偿装置投入后，系统功率因数达到了功率因数考核点0、99
以上,故不会再产生功率因数罚款电费，反而还会有部分电费奖励。
力率奖励电费=有功电费*力率二有功功率*全年工作小时*电费单价*力率
=10500*3000*0、58*0、75%=137万元
（5）合计全年节约电费：
24、8+64+137=102、5万元
4、投资回收期
投资回收期约为:
54/102、5~6个月
设计小结及
参考文献
过此次课程设计，使我更加扎实得掌握了有关电力系统方面得知识,在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次得思考，一遍又一遍得检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面得知识欠缺与经验不足。
设计主要涉及了电力系统得无功功率平衡问题，让我对电力系统无功平衡有了更加深入得学习与了解，掌握了各种无功补偿措施以及补偿装置得特点与使用场合。
通过采用合适得无功补偿措施，对电力系统进
行分地区、分电压等级地进行无功平衡，能够有效地改善电压质量，使用户处得电压接近额定值，同时能够提供功率因数，降低电网损耗，大大提高系统得运行效率。
此次设计也让我明白了思路，有什么不懂不明白得地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂得知识，收获颇丰。
参考文献：
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［2］贾宏伟、无功补偿控制器设计方案得研究与实现［D］、华南理工大
学,2011、
［3］翁薇、低压无功补偿控制器得研究与设计［D］、湖南大学，2009、
［4］唐寅生，盛万兴，蒋凯、特高压电网无功补偿设计与运行方法研究［J］、
中国电力，2006,06:
22-25
⑸孙文涛、智能无功补偿控制器得设计［D］、西北工业大学，2003、
［6］周雪松、动态无功补偿装置得设计［D］、武汉理工大学，2014、
［7］孙香德、一种考虑谐波影响得无功补偿控制系统设计［D］、湖北工业
大学，2013、
一、格式内容（20）
1.格式规范、内容完整，未有抄袭现象，得20分
2.格式大部分规范，部分需修改。
得10分。
准
二、条理清晰（20分）
1•态度端正，表现良好，条理清楚，得20分。
2•条理基本清楚，表现一般，得15分。
3•条理模糊，每一处扣5分，扣完为止。
4•态度不端正，条理不清楚，表现较差不得分。
三、创新性（30分）
1•有较好地独立见解，思路清楚。
得30分。
2•设计有一定得独立见解，较清楚。
得20分。
3.设计内容较全面，思路一般。
得10分。
4、设计不完整，思路模糊不清。
不得分。
四、设计合理性（20分）
1•报告得每一部分内容设计、论述细致合理。
20分
2•对报告内容描述简单粗略，根据实际酌情给分。
五、语言表达（10分）
1•报告每部分语言内容规范、图面整洁清晰。
10分
2•对报告内容描述简单粗略，根据实际酌情给分。
总分
任课教师签字审核人签字
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