高压无功补偿示例.docx

1、高压无功补偿示例第6章 高压无功补偿设计示例第一部分 设计任务书一、高压无功补偿的设计内容（1）根据负荷资料、变电所负荷位置计算补偿无功功率值。（2）选择适当的无功电源设备及补偿位置。（3）通过技术经济综合比较，确定无功补偿装置。（4）评定无功补偿装置的补偿方案。二、设计文件及图纸要求（1）设计说明书一份。（2）计算书一份。（3）系统接线图一张。三、原始资料（1）35KV双电源变电站10KV供电变电站电缆供电负荷位置统计资料如图：说明：数据单位（km）图1（2）变电站负荷（不含输电线路）反馈资料如下：名称有功负荷（kw）同期启动系数自然功率因数目标功率因数矿机厂13500.920.750.92

2、电机厂9500.950.670.91炼油厂10500.870.740.92汽车厂10000.880.760.93化工厂9000.860.820.95表1名称站用电（kw）目标功率因数变电站120.9表2名称型号电压（KV）电阻（/km）电抗（/km）电缆 ZLQ2-3170100.450.08表3（3）变电站采用单母线分段接线电缆供电方式，变压器总容量为4000KVA（4）10KV电缆充电功率忽略不计第二部分 设计说明书一、 解题步骤说明1、 计算无功总负荷（明确无功性质：感性还是容性）1 用电设备负荷无功2 站用电负荷无功3 电力线路负荷无功2、 设计无功补偿方案1 无功功率补偿设备的设计方

3、案1 无功功率电源的选择1 方案一：同步电动机2 方案二：并联电容器3 方案三：同步调相机4 方案四：静止无功发生器5 方案五：并联电抗器2 无功功率补偿装置容量的选择1 总容量3 无功电源容量的分区选择1 分区容量4 断路器（开关）的合理选择无功功率补偿装置位置的设计方案1 变电站高压（相对变压器而言）母线侧2 变电站低压（相对变压器而言）分段母线母3 变电站低压（相对变压器而言）分段母线母4 变电站低压（相对变压器而言）旁路母线上3、 各种方案之间的类比1 无功补偿设备方案名称额定电压最高工作电压额定容量经济投资/台数量总体经济优点缺点方案一同步电动机方案二并联电容器方案三同步调相机方案四

4、静止无功发生器方案五并联电抗器2 无功补偿设备的位置方案位置断路器台数刀闸数电缆数经济占地面积/平方米占地面积总体经济优点缺点方案一高压母线侧方案二低压分段母线母方案三低压分段母线母4、 选定最恰当的方案组合5、 绘制变电站电气主接线图二、 对待设计无功补偿装置的位置说明电力系统中针对无功补偿装置的安装位置来说，都是只管补偿后面的负荷，不管补偿装置前面的负荷。无功补偿的节能只是降低了补偿点至发电机之间的供电损耗，所以高压侧的无功补偿不能减少低压网侧的损耗，也不能使低压供电变压器的利用率提高。根据最佳补偿理论，就地补偿的节能效果最为显著。但是由本变电站采用的是集中补偿方式（装设在企业或地方总变电

5、所635KV母线上，可减少高压线路的无功损耗，而且能提高本变电所的供电电压质量。），故无功补偿装置安装在10KV母线上。三、 无功补偿装置选择的说明无功补偿装置的选择在电力系统中都是有固定的原则择优选用。1、 保证供电的可靠性；2、 设备的经济性；3、 设备的操作维护的方便性。四、 无功补偿装置的容量组合根据相关的设备容量分区而制定。具体的请参考计算书。五、 变电站主接线的确定依据原始资料可知变电站的部分主接线方式为双电源供电，单母线分段送电。然后添加无功补偿装置电气装置即可。第三部分 计算书一、 负荷反馈资料中的最大有功负荷计算依据最大有功功率的计算公式：式中：为最大有功负荷，其国际单位为瓦

6、（w）。 为同期启动系数（又名需用系数），其单位为1。 为统计有功负荷，其国际单位为瓦（w）。说明：为计算方便令1,2,3,4,5字符分别代表矿机厂，电机厂，炼油厂，汽车厂，化工厂（下同，不再重复说明）。二、功率因数角的计算依据功率因数利用反三角函数求出功率因数角，其计算公式为：式中：为功率因数符号，单位为1。 为功率因数值，单位为1。 为功率因数角，单位为度。 为反三角函数的代号。自然功率因数角： 目标功率因数角： 三、最大无功负荷的计算依据最大无功负荷计算公式：式中：为最大无功功率，其国际单位为乏（var）。 为最大有功功率，其国际单位为瓦（w）。 为功率因数角的正切值，其单位为1。最大自

7、然无功负荷：最大目标无功负荷：四、 电缆输电损耗（此处忽略不计）依据功率损耗公式：五、负荷资料整理依据负荷求和公式：式中：为有功功率的求和公式符号 为无功功率的求和公式符号最大有功负荷为：最大自然无功负荷：最大目标无功负荷：变电站站用电负荷：所以： 综上所述应该补偿感性的无功功率2292.6 kvar六、 设计方案1、 无功补偿装置方案方案一：并联电容器方案二：同步补偿机（同步电动机同步调相机）方案三：静止无功补偿器方案四：静止无功发生器2、 无功补偿装置位置方案方案一：变压器高压侧方案二：低压侧母方案三：低压侧母七、 方案之间类比1、无功补偿装置的类比：三种无功补偿类别的比较类别装置类型并联

8、电容器同步补偿机静止无功补偿器设备情况静止电器，设备简单旋转机械，要附属系统，设备复杂静止电器，设备复杂操作性1 、通过开关（断路器）投切，实现单向（容性）级差调节，开关投切次数和间隔均受到限制2 属于静态无功补偿，主要用于稳态电压调整和功率因数校正3 无功出力与电压平方成正比，调节效应差4 不增加投运点的短路容量5 不能分相控制6 本身不产生谐波，可配置成滤波器能吸收外部谐波7 设计中要校核谐振条件8 运行中本身损耗小1 通过控制系统实现双向平滑调节2 属于动态无功补偿，但响应速度受到限制（约100400ms）主要用于调相、调压，换流站提供短路容量，对提高电力系统稳定性起一定作用3 调节效应

9、好，过载能力强，可短期强励磁4 增加投运点的短路容量5 不能分相控制6 本身不产生谐波，也不能吸收谐波7 运行中要防止自励磁8 运行中本身损耗大1 通过控制系统实现双向平滑调节2 属于快速动态无功补偿，响应速度快（120ms）主要用于调相、调压，电压的动态支撑。提高电力系统的动态性能，抑制低频振荡，限制动态过电压，不平衡负荷的平衡化3 依靠增大设备容量，正常运行时感性负荷对容性负荷的覆盖，改善调节效应4 不能增加投运点的短路容量5 能分相控制6 本身产生谐波，电容器支路配置成滤波器可吸收本身和外部的谐波7 设计中要校核谐振条件8 运行中本身消耗较小，但大于电容器使用范围1 容量大小和设置地点灵

10、活2 主要用于电力系统负荷变电站1 容量大小和设置地点均受到限制2 主用用于电力系统枢纽变电站和换流站1 容量大小和设置地点灵活2 主要用于电力系统枢纽变电站、换流站，也用于特殊负荷（如轧机、电弧炉、电气化铁道、升降机等冲击快速变化和不平衡负荷）对运行的需要1 简单，运行维护要求低2 单位容量投资小3 运行费用低1 运行维护工作量大2 单位容量投资大3 运行费用极高1 运行维护工作量小于同步补偿机，但是要求较高技术水平2 单位容量投资大3 运行费用较高静止无功补偿器和静止无功发生器的比较类别SVC（静止）STATCOM（静发）基本原理控制或投切并联阻抗通过电抗连接的控制电压或电流源稳态特性见图

11、5.0.3-1和图5.0.3-2见图5.0.3-1和图5.0.3-2高/低电压下的运行恒阻抗/电纳恒电流占地面积大（电抗器，电容器）小于SVC损耗1.01.5%1.01.5%对暂态的影响无输出最大电流电压控制及其响应响应取决于系统强度，要求变增益控制响应取决于系统强度，比SVC更快、更稳定对传输功率、稳定及阻尼的改善取决于容量和位置取决于容量和位置，但性能大大优于SVC初始通电从高压系统直接通电储存能量迅速充电到运行电压闪变补偿优于SVC谐波产生产生低阶谐波产生高次谐波，取决于开关模式系统及谐振对既有谐振有影响不影响既有谐振滤波通常要求无源滤波通常不要求无源滤波电压/电能质量改善能力存在响应限

12、制性能大大优于SVC2、无功补偿装置位置的类比：三个位置的比较类别位置高压侧低压侧母低压侧母电压要求1 高压侧电压相对较高2 要求设备技术水平高3 相对操作较为复杂化1 低压侧电压相对较低2 要求设备技术水平不高3 相对操作较为方便同母（负荷均分分段母线负荷相同）经济性1 设备的电压越高那么对设备绝缘投资就越大，这样经济性反而不显著。2 占地面积较大，击穿电压影响较大。3 维修费用昂贵。1 设备的电压越低，那么对设备的绝缘投资就越小，这样经济性就较为明显。2 占地面积较小，击穿电压影响很小。3 维修费用较为便宜。同母（负荷均分分段母线负荷相同）效果1 高压的无功功率补偿不明显2 增大了变压器的损耗3 降低了变压器效率4 可能造成无功倒送1 低压无功功率补偿较为明显2 降低了变压器无功损耗3 提高了变压器的效率4 几乎不会无功倒送同母（负荷均分分段母线负荷相同）八、方案的选定综上所述，选定合理的方案为：并联电容器在变电站低压分段母线的两侧，且容量为均分方式 。九、电气主接线图