您当前位置:电力自动化产品信息网 » 行业资讯 » 杂志期刊 » 无功就地补偿的效益与不足之处

无功就地补偿的效益与不足之处

来源:金秋生发布时间:2016-09-30分类:[杂志期刊] 关键词: 6EP电源

引言
情系万家灯火的供电网络是个互联系统,各参变量之间存在着千丝万缕的联系。在电网运行中输送给用户的是有功与无功同时存在的视在功率,而无与电压有着较强耦合关系,无功电流变化比有功电流变化对负载电压影响更大,无功功率在潜移默化地影响着电网运行电压的质量。无功和有功一样是交流电功率组成部分,形影相随缺一不可,时刻陪伴和呵护着电气设备的安全运行,为电力系统提供支持,为有功功率的输送保驾护航。
电网在输送电能的运行中,一般要经多级变压和长距离输送,以及网内大量感性设备的投运,势必造成因数下降,无功损耗增大。若消耗无功大于有功,必然导致功率因数降低,电网运行电压质量欠佳,网损增加。鉴于功率因数下降,感性设备所需无功功率则需通过线路进行输送。电网线路在输送无功功率过程中,必然会出现送端与受端电压差,若输送无功越多,则电压差也越大,势必导致运行电压质量劣化,网损增大。欲要维持线路运行电压合格,则需在电气设备安全运行的前提下实施无功补偿。通过各种无功补偿措施,使之达到无功电源送出无功,实时与线路各环节及感性设备消耗的无功总和相平衡,减少无功潮流,才能达到电网运行电压的合格。
在交流电路中,电压与电流之间相位差角φ的余弦叫功率因数。根据余弦函数可知:任何无功补偿措施,其实质都是要减小电压与电流之间的夹角(φ)。实施无功补偿方法之一,即是在感性设备并联补偿电容器。由于电容电流超前电压90°,并与感性电流方向相反,则能起到补偿作用,实质上是减少电路中电压与电流之间相位角(φ),这是无功补偿提高功率因数的机理。
众所周知:无功补偿方式有:高压集中补偿、低压集中补偿、低压分散随机随器就地补偿等,各司其职,各有千秋。本文简介无功补偿效益、应用场合以及不足之处。
一、无功就地补偿的效益
1.无功补偿提高用电设备出力
用电设备所需的视在功率用下式表示:
S=√(P2+Q2)=P/cosφ
从上式可知:当用电设备输出一定的有功功率时,若cosφ高,用电设备输出额定功率时,则可减小无功消耗,增加有功输出,提高用电设备的出力。
2.无功补偿改善电压质量
设输电线路首端电压为U1,末端电压为U2,输送电流为I,则线路的电压损失为:
△U=I·X·sinφ+I·R·cosφ=(PR+QX)/U1
从上式可知:输电线路在供电运行中,若是线路的cosφ提高了,则线路运行中消耗的无功就会减少,线路电压损失就小,对线路实施无功补偿则可改善运行电压质量.
3.无功补偿减小线路功耗
输电线路运行中的有功功率损耗表达式为:
△P=3I2R=3P2R/U2cos2φ
从上式可知:输电线路输送视在功率运行中,若是线路的cosφ提高了,则可降低线路运行中的电能损耗。如采用线路集中补偿,只能提高安装补偿电容器线路的cosφ,这对减少线路损耗有一定作用。但对支线、内部线路的补偿效益不明显。实践表明,分散就地补偿的节能效益优于集中补偿。
4.就地补偿可消除过补引起附加损耗
在一些企业由于产生的季节性或工艺要求,致使用电负荷处于变化之中,若采用无功集中补偿,尽管是根据用电设备的无功需求安装补偿电容量。但由于用电负荷变化较大,又缺乏补偿自动跟踪设施,因而在无功补偿过程中,难免也会出现欠补或过补情况。若产生过补,则有超前无功电流倒流电网而引起附加损耗。若是采用集中补偿与分散就地补偿相结合的办法,可对主要的感性设备另设就地补偿,即可避免过补偿而引起附加损耗。这种补偿方式更有利于提高企业用电的功率因数。
二、无功就地补偿的应用场合
1.农田排灌用电
农田排灌是季节性用电,泵站功率较大,有的远离配电所线路电压降较大,这种场合适宜采用无功就地补偿,不但可提高功率因数,改善电压质量,而且还有降损节能效益。
2.企业远离配电所大功率感性设备
企业内配电所一般均装设无功集中补偿电容器,主要对配变及附加线路及感性负载进行无功补偿,但对远离的大功率设备提高功率因数作用不明显。故对远离的大功率设备仍需进行无功就地补偿,这对远离大功率设备的功率因数提高作用明显,不但可改善电压质量,而且还能取得降损节能效益。
3.工况企业生活区用电
工况企业的生活区是职工生活用电,随着家庭家用电器的普及也带来用电负荷功率因数的下降。企业配电所无功集中补偿对生区功率因数提高的作用效果不明显。为改善职工家庭用电的质量,则需对生活区若干单位实施无功就地补偿,不仅可改善职工家庭用电的电压质量,而且也有利于降损节能。
4.城镇居民社区用电
居民社区用电均为生活负荷,随着经济发展居民生活水平的不断提高,也带来家用电器的普及,大多家用电器的功率因数较低会增加无功消耗,导致社区电压质量劣化,影响居民生活用电正常运作。据此,可在社区配变低压侧实施无功就地补偿,这不仅可改善整个社区电压质量,而且对每个家庭也有降损节能的作用。
5.低压供电线路的末端用电
低压供电线路较长,而末端又有长期连续运行而功率较大的用电负荷,势必导致末端电压损失大而出现电压质量欠佳,也带来功率因数下降而增加电能损耗,如有电动机负载还可能出现难以起动情况。据此,可在线路末端实施无功就地补偿,不但提高功率因数改善运行电压资料,而且也游离月降损节能。
6.配电网局部出现电压降低
配电网某个区域因用电设备增容较大而出现电压下降,在供电变压器没有超载情况下,不必进行变压器增容改造。据此,可对电压下降区域实施无功就地补偿,通过装设无功补偿电容器以减少无功潮流以提高功率因数,同样可取得改善运行电压质量效果。
7.新增异步电动机的场合
低压供电中因新增异步电动机负载,必然会出现功率因数下降。对此,首先应考虑采用无功就地补偿措施,即对电动机随机并联补偿电容器,可达到提高功率因数作用。其并联电容器可不必另外单独装设开关,可与电动机控制开关同时投切,电动机停运,电容器退出,电动机定子绕组可作电容器放电电阻。但由于补偿电容器按电动机空载电流选择,运行中可能出现欠补偿状态,电容器利用率也不高,这是不足之处。
三、无功就地补偿的不足之处
1.电网的谐波污染处不宜无功补偿
无功补偿电容器对电网运行电压的变化尤为敏感,若是在有谐波处实施无功补偿,不但难以提高功率因数,反而还会造成不良影响。电容器容抗表达式为Xc=1/2πfc,即容抗与频率成反比。当补偿电容器接入有谐波污染处的电网时,由于谐波致使电压波形畸变,容抗变小,谐波电波增大,导致电容器过电流发热。另外,电容器对谐波电流又有放大作用,使过电流再增大,致使电压资料劣化。为此,只有经过谐波治理后,方可实施无功补偿,才有利于通过无功补偿来提高功率因数,改善运行电压质量。
2.无功就地补偿不能取代集中补偿作用
无功补偿按其安装地点、接线方法及电压等级可分为:高压集中补偿、低压集中补偿、低压分散就地随机补偿等。无功集中补偿,电容器集中在一地安装,其补偿电容器总量相对于分散补偿要小,电容器运行的利用率较高。而分散就地补偿的誓言范围广,随机灵活,补偿效果也较好。但分散补偿安装电容量总量要比集中补偿容量大,电容器利用率也较低,不能全面取代集中补偿。各种补偿方式的应用场合应结合实际需求来确定,各司其职各有千秋。
3.大功率电力电子设备不宜无功补偿
随着科学技术的发展,大功率电力电设备在生产领域得到广泛使用。但大功率的晶闸管电源,其电压波形容易发生畸变,谐波电流大,功率因数低。同事此类负载经常是快速变化,谐波次数增高,导致电压质量劣化,特变是对通信设备影响瞪大,故不宜实施无功补偿。
究其原因:电力电子设备容易产生高次谐波,若并联补偿电容器后会对谐波电流其放大作用,会增加供电网的谐波份量,也致使电压波形畸变。
另外,根据电容器无功功率表达式:
Qc=2πfcu2可知,电容器的无功功率与运行电压平方成正比。由于谐波电流的存在将导致电压畸变,再加上电容器的放大作用,反过来讲对电容器造成威胁,甚至损坏。
此外,对电弧炉、轧钢机此类负载若由电力电子电源供电,因此类负载具有冲击性无功负载,要求无功补偿的响应速度要很快,而并联电容器的补偿方法难以满足此类负载响应速度快的要求,不宜采用。
4.电动机频繁起停场合不宜无功补偿
异步电动机全压直接起动时,起动电流约为额定电流的4-7倍,即是降压起动,其起动电流也是额定电流的2-3倍。因而电动机起动瞬间与之并联电容器必然会受到过电流作用,而使电容器降低使用寿命。
另外,对无功补偿功率较大的电容器,若补偿电容器接于电源进线侧,当电动机停运时电源仍向电容器充电,导致电容器长期承受负荷电流而产生过热,影响电容器使用寿命。若补偿电容器接于电源进线侧时,应对电容器另设控制开关,当电动机停运时也要切断电容器电源,以免产生附加损耗。
5.无功补偿不宜使用普通电力电容器
无功补偿电容器若使用普通电力电容器,因其为油浸纸质电容器,自愈功能很差,运行过程可能会产生永久性击穿,而引发电容器的损坏。
电动机实施无功补偿时,其并联电容器若与电动机采用同一控制开关,当电动机停运时电容器将向定子绕组放电,放电电流会引起电动机产生自激高电压。为避免自激高电压产生,电容器应有专用放电电阻,普通电力电容器不具备放电电阻,故不宜使用。
据此,无功补偿应选用金属化聚丙烯干式电容器,或无功补偿专用的电容器。
四、结束语
无功是一种资源,对感性负载实施无功补偿是提高功率因数,改善电压质量,降损节能的重要举措。
但事物总是一分为二的,无功补偿有产生效益的一面,也有它局限性的另一面,若补偿不当,则适得其反。在实施无功补偿时,应充分了解各种补偿方式的特点与应用场合,真正达到各司其职才能取得更好效益。
实施无功补偿时们还要应用无功的微机监测与电容器的自动跟踪投切技术,以得带无功的实时平衡,维持无功消耗的合理与经济布局。随着无功补偿的自动控制功能的扩大,必将为降损节能开辟更大空间。
[关闭窗口] [打印本页] 浏览量:1909