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无功功率补偿

时间:2011-07-21 07:24 来源:未知

电力系统中的变电所或直接在电能用户变电所装设无功功率电源,以改变电力系统中无功功率的流动,从而提高电力系统的电压水平,减小网络损耗和改善电力系统的动态性能,这种技术措施称为无功功率补偿。无功功率指的是交流电路中,电压U与电流I存在一相角差时,电流流过容性电抗(XC)或感性电抗(XL)时所形成的功率分量(分别为)。这种功率在电网中会造成电压降落(感性电抗时)或电压升高(容性电抗时)和焦耳(电阻发热)损失,却不能做出有效的功。因而需要对无功功率进行补偿。合理配置无功补偿(包括在什么地点、用多大容量和采用何种型式)是电力系统规划和设计工作中一项重要内容。在运行中,合理使用无功补偿容量,控制无功功率的流动是电力系统调度的主要工作之一。
  无功功率的产生和影响在交流电力系统中,发电机在发有功功率的同时也发无功功率,它是主要的无功功率电源;运行中的输电线路,由于线间和线对地间的电容效应也产生部分无功功率,称为线路的充电功率,它和电压的高低、线路的长短以及线路的结构等因素有关。电能的用户(负荷)在需要有功功率 (P)的同时还需要无功功率(Q),其大小和负荷的功率因数有关;有功功率和无功功率在电力系统的输电线路和变压器中流动会产生有功功率损耗(ΔP)和无功功率损耗(ΔQ),也会产生电压降落(ΔU)。它们之间有如下关系:
  式中P、Q分别为流入输电线(或变压器)的有功功率和无功功率,U 是输电线(或变压器)与P、Q同一点测得的电压,R、X 则分别是输电线(或变压器)的电阻和电抗。
  由此可见,无功功率在输电线、变压器中的流动会增加有功功率损耗和无功功率损耗以及电压降落;由于变压器、高压架空线路中电抗值远远大于电阻值,所以无功功率的损耗比有功功率的损耗大,并且引起电压降落的主要因素是无功功率的流动。
  一般情况下,电力系统中电机所发的无功功率和输电线的充电功率不足以满足负荷的无功需求和系统中无功的损耗,并且为了减少有功损失和电压降落,不希望大量的无功功率在网络中流动,所以在负荷中心需要加装无功功率电源,以实现无功功率的就地供应、分区平衡的原则。
  无功补偿的作用无功补偿可以收到下列的效益:①提高用户的功率因数,从而提高电工设备的利用率;②减少电力网络的有功损耗;③合理地控制电力系统的无功功率流动,从而提高电力系统的电压水平,改善电能质量,提高了电力系统的抗干扰能力;④在动态的无功补偿装置上,配置适当的调节器,可以改善电力系统的动态性能,提高输电线的输送能力和稳定性;⑤装设静止无功补偿器(SVS)还能改善电网的电压波形,减小谐波分量和解决负序电流问题。对电容器、电缆、电机、变压器等,还能避免高次谐波引起的附加电能损失和局部过热。
  无功补偿装置除发电机和输电线外的无功电源主要有:①并联电容器组是一种静态的无功补偿装置。用它进行的补偿称为并联电容补偿。②同步调相机;③静止无功补偿器。后两者属于动态的无功补偿装置。3种无功补偿装置的性能比较见表。

  另外,在远方水电站和坑口火电厂等的出线母线上,长距离输电线的两侧线路上,以及长距离输电线的开关站等地方接有并联电抗器,也是一种无功补偿装置。用其进行的补偿称为并联电抗补偿。远方电站出口母线上的并联电抗器主要是吸收发电机所发的无功功率,以使发电机能运行在合理的功率因数下而又避免无功的长距离输送。长距输电级上配置的并联电抗器,主要是吸收线路空载和轻载时的充电功率,使沿线电压分布合理并降低工频稳态和暂态过电压。

 

1 无功补偿的原则

无功补偿的总原则:全面规划,合理布局,分散补偿,就地平衡。无功补偿方式制定时,应全面分析本系统的无功电力需求量,综合比较无功补偿的经济效益与投资费用,以确定最优的补偿容量与最优的补偿方式。

我国在《电力系统电压和无功电力技术导则》中规定,无功补偿与电压调节应按以下原则进行:

•总体平衡与局部平衡相结合,既要满足全网的总无功平衡,又要满足分支线的无功平衡;

•电力补偿与用户补偿相结合,供电部门在电源点进行补偿与用户自身用电设备进行补偿,两者实现理想配合;

•分散补偿与集中补偿相结合,以分散补偿为主;

•降损与调压相结合,以降损为主。

2 无功补偿装置

从目前国内外无功补偿装置的应用情况看,无功补偿装置主要有同步调相机、并联电容器和静止补偿器等三种。

2.1 同步调相机

同步调相机相当于空载运行的同步电动机。在过励磁运行时,它向系统供给感性无功功率而起无功电源的作用,能提高系统电压;在欠励磁运行时,它从系统吸取感性无功功率而起无功负荷作用,可降低系统电压。由于实际运行的需要和对稳定性的要求,欠励磁最大容量只有过励磁容量的(50%~65%。装有自动励磁调节装置的同步调相机,能根据装设地点电压的数值平滑改变输出(或吸取)的无功功率,进行电压调节。特别是有强行励磁装置时,在系统故障情况下,还能调整系统的电压,有利于提高系统的稳定性。但是同步调相机是旋转机械,运行维护比较复杂。它的有功功率损耗较大,在满负荷时约为额定容量的(1.5%~5%,容量越小,百分值越大。小容量的调相机每千伏安容量的投资费用也较大。故同步调相机宜大容量集中使用,容量小于5 MVA的一般不装设。在我国,同步调相机常安装在枢纽变电所,以便平滑调节电压和提高系统稳定性。

2.2 静止电容器

静止电容器的结构比较简单,装设容量可大可小,而且既可集中使用,又可分散装设来就地供应无功功率,以降低网络的电能损耗。静止电容器的优点是经济、灵活、损耗低、安装维护方便。为了在运行中调节电容器的功率,可将电容器连接成若干组,根据负荷的变化,分组投入或切除,可控硅投切型电容器补偿装置就可以实现补偿功率的调节。

2.3 静止补偿器

静止补偿器是近年来发展起来的一种动态无功功率补偿装置。它是将电力电容器与电抗器并联起来使用,电容器可发出无功功率,电抗器可吸收无功功率,两者结合起来,再配以适当的调节装置,就成为能够平滑地改变输出(或吸收)无功功率的静止补偿器。静止补偿器有四种不同类型,即可控饱和电抗器型,自饱和电抗器型,可控硅控制电抗器型,以及可控硅控制电抗器和可控硅投切电容器组合型静止补偿器。电压变化时,静止补偿器能快速地、平滑地调节无功功率,以满足动态无功补偿的需要。与同步调相机比较,运行维护简单,功率损耗较小,能作到分相补偿以适应不平衡的负荷变化,对于冲击负荷也有较强的适应性,在我国电力系统中它将得到日益广泛的应用。

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