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关于电网无功补偿与功率因数的探讨

发布时间:2019-05-14    访问:441

    电网无功补偿,就是借助于无功补偿设备提供必要的无功功率,以提高系统的功率因数,降低能耗,改善电网电压质量。本文对电网无功补偿与功率因数进行了简单的论述。

    目前,我国电力工业发展迅猛,电网快速扩张,电力负荷飞快增长,电压等级越来越高,电网、发电厂以及单机容量也越来越大,电网覆盖的地理面积在不断扩大。由于电网容量的增加,对电网无功要求也与日俱增,此外,网络的功率因数和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技术的问题,提高功率因数以减少设备容量和功率损耗,稳定电压和提高供电质量具有重要意义。

    2.无功补偿

    无功补偿,就是借助于无功补偿设备提供必要的无功功率,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,改善电网供电质量。所以在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小,从而有效提高电能做功的能力,这就是无功补偿的原理。

    3.无功补偿与功率因数的关系

    无功补偿的主要作用是提高电网功率因数以减少设备容量和功率损耗,稳定电压和提高供电质量。

    (3)提高功率因数,当线路或变压器输送的有功功率和电压不变时,线损与功率因数的平方成反比。所以功率因数越低,电网所需无功越多,线损越大。因此,在受电端安装无功补偿装置,可以减少负荷的无功功率损耗,提高功率因数,降低线路损耗。

    4.影响功率因数的主要因素

    功率因数的产生主要是因为交流用电设备在其工作过程中,除消耗有功功率外,还需消耗无功功率,当有功功率P一定时,如减少无功功率Q,则功率因数便能够提高。在极端情况下,当Q=0时,则功率因数=1。因此提高功率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率需要量。

    (1)异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备。异步电动机的定子与转子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素。而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。变压器消耗无功的主要部份是它的空载无功功率,它和负载率的大小无关。因而,为了改善电力系统和企业的功率因数,变压器不应空载运行或长其处于低负载运行状态。

    (2)供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。当供电电压高于额定值的10%时,由于磁路饱和的影响,无功功率将增长得很快,据有关资料统计,当供电电压为额定值的110%时,一般工厂的无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时,无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以,应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。同时,电网频率的波动也会对异步电机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响。

    (3)电网频率的波动对异步电动机正常工作造成影响。当低频运行时,所有厂用交流电动机的转速都相应的下降,因而火电厂的给水泵、风机、磨煤机等辅助设备的出力也将下降,从而影响电厂的出力。其中影响最大的是高压给水泵和磨煤机,由于出力的下降,使电网有功电源更加缺乏,致使频率进一步下降,造成恶性循环。

    5.提高功率因数的主要方法

    (1)随变压器补偿。将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧,以补偿配电变压器空载无功功率和漏磁无功功率。随变压器补偿的优点:接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配变空载无功,限制农网无功负荷,使该部分无功就地平衡,从而提高配变利用率,降低无功网损,具有较高的经济性,是目前补偿无功最有效的手段之一。

    (2)随电动机补偿。将低压电容器组与电动机并接,通过控制、保护装置与电机同时投切,用于补偿电动机的无功消耗,以补励磁无功为主,此种方式可较好地限制用电单位无功负荷。随机补偿的优点是:用电设备运行时,无功补偿投入,用电设备停运时,补偿设备也退出,而且不需频繁调整补偿容量。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活,维护简单、事故率低等。

    (3)跟踪补偿。是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置,将低压电容器组补偿在大用户0.4kv母线上的补偿方式。适用于100kVA以上的专用配变用户,可以替代随机、随器两种补偿方式,补偿效果好。跟踪补偿的优点是运行方式灵活,运行维护工作量小,比前两种补偿方式寿命相对延长、运行更可靠。缺点是控制保护装置复杂、首期投资相对较大。但当这三种补偿方式的经济性接近时,应优先选用跟踪补偿方式。

    6.确定无功功率补偿容量配置

    补偿容量的配置,应优先在低压配网和就地进行补偿,并按基本无功负荷进行全补偿。35kV及以上电压等级的配变尽量采用集中式的动态无功补偿装置。补偿容量应优先控制长距离输电线路的功率因数,避免无功穿越补偿,减少无功功率在配网中流动。

    (1)对330~500kV电网,应按无功电力分层就地平衡的基本要求配置高、低压并联电抗器,以补偿超高压线路的充电功率。一般情况下,高、低压并联电抗器的总容量不宜低于线路充电功率的90%,高、低压并联电容器的容量分配应按系统的条件和各自的特点全面研究决定。

    (2)对330~500kV电网的受端系统,应按输入有功容量相应配套安装无功补偿设备。其容量(kvar)宜按输入容量(kvar)的40%~50%计算,主要考虑电压稳定并配置一定储备容量的动态无功补偿,以防电压崩溃。

    目前,采用的无功配置方式一般按变电站等级进行配置,对220kV电压等级的变电站按主变容量的0.1~0.3进行补偿,35kV与110kV电压等级的变电站一般按变压器容量的0.1~0.15进行补偿,10kV电压等级的电容器安装容量一般按配电变压器总容量的0.05~0.10。

    在实际应用中,由于考虑到不使电压在最小负荷时不过高,还作了一些规定。如在最大负荷时,一次侧功率因数不低于0.95;在最小负荷时,一次侧功率因数不高于0.95(110kV以下变电站,不高于0.98)。

    由于按上述原则进行配置,配电侧补偿容量往往偏少,配电侧很少装自动投切的无功补偿装置,导致由高电压等级向下一级电压等级进行无功补偿,造成大量无功在配网流动,没有充分发挥无功补偿降损节能作用。在小负荷时,低压侧由于采用集中补偿且没有根据实际情况进行分组,基本上没有投运,导致功率因数偏低。

    因此,应根据每种无功补偿方式的特点,合理选择无功补偿方式以及无功容量配置,才能最大限度提高功率因数,改善电压质量以及降损节能。