无功补偿方案.docx
《无功补偿方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无功补偿方案.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
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“大马拉小车”状态。
这些电动机多数角接，平均功率因数在0．6～0．7。
将这类电动机采用星三角自动转换装置控制。
能显著提高功率因数；负载率在46％以下的角接电动机，均可将角接改星接运行。
角改星运转电动机负载率可提到0．7～0．8功率因数可提高到0．85以上。
由于电动机的铁芯有功损耗与相电压平方成正比，因此，角改星运行后相线包电压由380伏降到220伏，铁芯有功损耗大致减低到50～60％。
虽然相包中电流增加，铜损耗也有所增加，但总有功损耗仍下降很多。
二、根据用户配变容量和低压网络的实际情况，采用不同的补偿方案提高功率因数。
1．配变容量在560～320千伏安的用户，一般有配电室和数个车间，供电半径300米左右，宜用综合补偿方案。
（1）集中补偿
将所需补偿总容量的50～60％的电容器，装设在低压配电室，购置BJZ－3一01功率因数自动投切开柜，可达到最佳补偿。
总投资6．5～20千元左右，2年即可收回。
（2）分散成组补偿
将剩余部份电容器分散到各车间，成组接在车间动力配电箱母排上，由车间电工投切控制，使无功负荷就地平衡，减少低压线路无功负荷穿越损耗。
（3）个别补偿
对单台容量较大的电动机，宜采用个别补偿方式。
电容器与电动机引出线并联，既可省去控制设备，减少投资，又可提高电动机启动电压，缩短启动时间。
2．配变容量在320～180千伏安的低压用户，宜用集中补偿为主，辅以车间成组补偿方案。
3．配变容量在180～100千伏安的低压用户，应采用集中补偿方案。
这类用户，低压供电半径一般不足百米，车间与配电室相隔很近，低压网总电阻很小，负荷较集中，因此在配电室安装功率因数自动投切柜，资力不足的用户，可采用简易式手动投切电容器组。
控制电器在市场皆可购到。
从安装到投运需投资2～3千元，1～2年可全部收回。
三、无功补偿容量的确定
1．根据国务院《二号节能指令》和水电部、物价局颁发的《功率因数调整电费办法》的通知精神，规定了各类用电户必须达到的功率因数标。
因此，确定用户补偿容量时，应按用户历年最高负荷月平均功率因数值与国家规定值的差额部分，作为补偿容量。
计算式：
QC=P2D（tgф1一tgф2）千乏
式中QC一应补偿的电容量，千乏
P2d一用户最高负荷月平均有功功率，千瓦；
tgф1一补偿前功率因数角的正切值；
tgф2一补偿到规定值时的功率因数角正切值。
2．单台电动机个别补偿容量的确定
电容器与电动机并联补偿，是简单、经济的补偿方式。
补偿容量与电动机所带机械负荷惯性大小有关。
当电动机轴负荷惯性小（如风机）时，并按电容器容量应不大于电动机空载无功容量即：
Qc≤
ucI0千乏
式中I0一电动机空载的电流，安；
UE一电动机额定电压，千伏；
QC一个别补偿容量，千乏。
当电动机轴负荷惯性很大（如水泵、磨机）时，电容器容量可按电动机额定有功功率1．35～1．5倍选择即：
Qc≤（1．35～1．5）Peo
这样选择的补偿容量，虽大于电动机空载无功容量，但在电动机退出运行时因仍带有一定轴负载，故不会发生电容自激过压危险。
有关低压无功补偿的讨论
一、补偿前平均功率因数的计算
1.刚投产不久或处在设计中的用户，按计算负荷平均功率因数。
式中：
Ppj——年平均有功负荷（kW）
信息来自:
输配电设备网
Pjs——计算有功负荷（kW）
Qjs——计算无功负荷（kvar）信息来自:
输配电设备网
α——有功负荷系数，α≈0.7~0.8
β——无功负荷系数，β≈0.75~0.85
2.投产一年以上的老厂;按过去一年的电能消耗量计算平均功率因数
式中：
Wni——全年有功电能耗消量（kW·h）信息请登陆:
输配电设备网
Vni——全年无功电能消耗量（kvar·h）
二、无功补偿容量的确定
1.按补偿前后平均功率因数计算补偿容量
信息请登陆:
输配电设备网
式中Qc——需要补偿的无功功率（kvar）
Q′pj——补偿后的无功功率（kvar）信息来自:
输配电设备网
tgφ1——对应cosφ1的正切值信息请登陆:
输配电设备网
tgφ2——对应cosφ2的正切值
Δqc——比补偿容量（kvar/kW）可查表
cosφ2——补偿后功率因数
2.按年电能消耗量和年最大负荷利用小时计算补偿容量。
3.单台电动机个别补偿容量的计算。
①当电机轴负荷惯性小（如风机）时，按空载视在功率计算补偿容量：
信息请登陆:
输配电设备网
式中Ul——电动机额定电压（kV）信息来自:
输配电设备网
I0——电动机空载电流（A）
②当电动机轴负荷惯性很大（如抽水机）时，按额定有功功率计算补偿容量：
式中Pe——电动机额定有功功率kW数。
经验证明，这样选择的补偿容量，前者在任何负载下的功率因数不会低于0.90，后者也不会造成电动机自激过电压危险。
q——单个电容器的额定容量少var）机取相近的偏大的整数信息来 四、放电电阻和保护熔丝的计算
1.放电电阻验算
按GB3983-83规定，放电电压由电网电压值Ul的
倍放电到65V的时间应为：
式中R——放电回路每相电阻（Ω）信息请登陆:
输配电设备网
C——电容器组投切每步每相电容（F）信息请登陆:
输配电设备网
t——电容器组投切每步放电时间（S）信息来自:
输配电设备网
Ul——电网额定电压（kV）
其中C=qc/nφ,nφ为电容器的相数
对于装在380V低压电网上的电容器来说（8）式可简化为：
信息来自:
输配电设备网
t=2.1Rc≤10（S）（9）
①放电电阻值，由（9）式得：
注意，我们一般将电阻接成Y形。
在放电过程中也就是Δ形联接的电容器每边电阻。
故有.
③放电电阻的功率计算
电容器在运行状态及考虑耐久性放电，电阻消耗功率分别为：
式中PRn——额定电压下消耗的功率
电容器储存总能量
③放电电阻选择信息请登陆:
输配电设备网
根据运行中消耗功率最大值，取其两倍的放电能力，即可按两倍PRn和RY而选定。
信息来自:
输配电设备网
当然也应指出，可用白炽灯泡放电，只要电阻能满足要求。
若电容器直接与电动机等绕组联在一起。
可不另装放电装置.
2.电容器探护熔丝规格选择
电容器应有短路保护。
于本文所讨论的低压范围可按电容器的额定电流和熔丝规格选择，综合考虑一般按：
Ie熔≤l.43～1.50Ie容
式中Ie熔——熔丝的额定电流（A）
信息来自:
输配电设备网
Ie容——电容器的额定电流（A）。
[无功补偿]低压非对称无功补偿解决方案
（1）
随着经济生力产水平的发展，电费已成为企业的主要生产成本（这里面包括由于不合理用电造成电能效率降低、设备故障率增加、设备寿命减短等因素造成的维护成本增加）。
解决企业电力供需矛盾，除采用科学节能的新产品、新技术、新工艺外，改善电力环境、搞高电能使用效率、降低损耗也是缓解供电压力的有效途径。
采用无功补偿系统是企业改善供电质量不失为一条有效的途径。
做好无功补偿工作，不但可起到扩大现有输变电设备供电能力、改善电能质量、降低线路损耗、缓解供电能力不足的作用，而且还能取得良好的经济效益，如延长供用电设备的使用寿命、降低用户的电费支出等。
随着矿物能源的日益枯竭，不可再生能源已经不能满足人类未来发展的需要。
人们不断的寻求新能源、倡导绿色消费。
但据有关统计表明，可再生能源发电占全球总发电量的比例从1993的20.6%下降到2001年的18.4%。
而在此期间，石油、煤炭及天然气等矿物燃料的发电量以年均3.24%的速度增长，核能发电的年均增长率也高达2.43%。
这表明风能、水力、太阳能等可再生能源发电能力的开发速度，难以满足日益增长的电力负荷需求。
在开源节流的同时，节能降耗、提高电能使用效率也是缓解供电压力的有效途径。
1、无功补偿目前存在的问题
由于无功补偿系统设备选型不合理、设备运行参数设置不正确造成的设备非正常工作，不仅没有给企业带来经济效益反而由于无功过补偿或欠补偿造成不必要的罚款，甚至是影响其它设备的正常工作。
无功补偿系统非正常工作主要集中在以下几个方面：
1.1容量不匹配
一般控制器均配备有12组电力移相电容器，容量不匹配主要集中在电容器单体容量配置过大。
由于每个单体电容器容量是固定的，当系统所需的电容量小于单组电容器最小容量时，电容器组不投入工作时系统存在功率因素过低呈感性（久补），而当电容器投入工作时又会因为所投的电容器容量过大造成系统过补呈容性（同样导致功率因素过低）。
如果投切控制不当，还会造成电容器不断的投入、断开、投入、断开形成投切振荡。
1.2负荷变动造成不匹配
对于建站初期负荷较小，以后负荷逐渐增大的情况。
由于无功补偿系统设计上都有一定的冗余量，故此情况下扩容量不超过冗余量是不会引起无功补偿异常。
反倒是由于企业设备更新、改造后，原有设备功率因素提高后造成系统无功的需求减少，从而引起容量不匹配。
如：
某隧道灯具原使用线圈式整流器高压纳灯，后改为电子式整流器高压纳灯。
影响最大的还要数正负无功变化较大的场合。
如企业某设备群无功分量较大，下班后设备群停止工作后系统无功分量就主要来自于变压器等电源设备。
此时系统所需的电容量若小于单组电容器最小容量时，系统就容量出现过补或欠补。
这也是企业变压器轻载后功率因素不达标的因素之一。
1.3参数设置不当引起的异常
由于移相电容无功补偿系统的工作原理是通过增加容抗抵消系统感抗，从而实现系统无功的调节。
但电容和电抗的组合必然会在某些频率下产生共振，这种由电感L和电容C组成的，可以在一个或若干个频率上发生谐振现象的电路，统称为谐振电路（如图1）。
图1
此时系统阻抗最低，容抗和感抗相抵消后系统阻抗等于电阻。
用公式表示为：
Z=R+jXL−jXC=R
其中，Z为阻抗，R为电阻，XL-XC=感抗-容抗=电抗。
从公式中间可以清晰的看出：
当感抗XL与容抗XC相等的时候，Z中间只包含实分量R，即纯电阻。
此时即为谐振。
高电压、大电流将会破坏电器设备。
电路谐振时，电流或电压将会增大。
这是由于自由电子运动与宏观物体运动一样具有惯性，如果没有外力作用，将保持静止或匀速直线运动，在电感与电容并串联电路中，当纯电阻很小时，自由电子在电场力作用下，应产生匀加速运动，但因电子运动速度是恒定的，就使同向运动电子的数量匀加速增大，因此要避免电力系统产生谐振，功率因素的设置就不能设置为1，介于变压器、发电机等均为感性设备避免出现“空载谐振”功率因素应偏感性为好。
此外由于电容补偿具有抬升电压的作用，而发电机的出厂功率因素一般为0.8，此时若无功补偿系统将功率因素设置过高，即可将发电机电压抬升。
如某发电机输出电压为400V（考滤输出压降，一般变压器、发电机均将输出调节至400V），此时若无功系统投入工作后，容抗与感抗抵消后电源的阻抗变小后电源电压降减少，故而系统输出电压得以提升。
柴油发电机，容量小，其无功功率小，变化大，很难实现补偿的适配切换;一旦出现过补偿，发电机输出电压上飘过压，发电机将会过高保护而停机。
E=I（Z内+Z外）U外=E-U内=IZ内-IZ外Z=R+
升级会员 