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1、配电网中无功补偿技术的应用摘 要随着时代的发展，越来越多的用电器出现在人们的日常生产生活之中，使配电网的负荷越来越大，配电网的无功功率补偿是改善电压质量和降低损耗、节约能源的有效手段之一。应用无功补偿设备，能够有效的提高电网的功率因数、改善电网电压质量、避免大量无功的远距离传输，从而达到降低损耗、降低发电费用的目的。本文阐述了无功补偿的优点及补偿方案，并以电气公司所作项目为依托，具体的阐述了无功补偿在实际中的应用。关键词：配电网；无功补偿；降低损耗目 录一 绪论11.1 无功补偿技术的概念及原理11.2 无功补偿的意义1二 无功补偿的几种方案22.1 变电站集中补偿方式32.2 低压集中补偿方
2、式32.3 杆上补偿方式32.4 用户终端补偿方式4三 工程实例5四 总结9参考文献11致谢12一 绪论由于配电网中的负荷大部分是感性负荷，而且配电网中的变压器也基本上是感性的，所以，配电网中的无功功率有可能比有功功率大。假设配电网的综合发电负荷为100%，那么电网的无功需求有可能高达130%。发电机的功率因数一般大于0.8，这样仅靠发电机提供无功功率是无法满足电网的无功需求。同时，远距离的传输会产生无功损耗，还会造成有功损耗，产生过大的电压降，为此必须尽力避免无功的远距离传输，在无功负荷附近进行无功补偿是十分有必要的。1.1 无功补偿技术的概念及原理交流电在通过纯电阻的时候，电能都转成了热能
3、，而在通过纯容性或者纯感性负载的时候，并不做功。也就是说没有消耗电能，即为无功功率。当然实际负载，不可能为纯容性负载或者纯感性负载，一般都是混合性负载，这样电流在通过它们的时候，就有部分电能不做功，就是无功功率，此时的功率因数小于1，为了提高电能的利用率，就要进行无功补偿。无功补偿的基本原理：电网输出的功率包括两部分：一是有功功率：直接消耗电能，把电能转变为机械能、热能、化学能或声能，利用这些能作功，这部分功率称为有功功率；二是无功功率：不消耗电能，只是把电能转换为另一种形式的能，这种能作为电气设备能够作功的必备条件，并且，这种能是在电网中与电能进行周期性转换，这部分功率称为无功功率（如电磁元
4、件建立磁场占用的电能，电容器建立电场所占的电能）。电流在电感元件中作功时，电流滞后于电压90度；而电流在电容元件中作功时，电流超前电压90度。在同一电路中，电感电流与电容电流方向相反，互差180度。如果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。1.2 无功补偿的意义在电网中进行无功补偿后，可以提高感性负荷的功率因数(如图1.1所示)，降低了电源向感性负荷提供，并由输电电路传输的无功功率，减少了无功功率在电网内的流动，减少了无功功率所造成的损耗。补偿前后的电压与电流相位差如图1.1所示 图1.1 无功补偿前后电压与电流的相位差应用无功补偿有
5、以下作用：1. 降低电能损耗；2. 改善电能质量。电网中无功补偿设备的合理配置，与电网的宫殿电压质量关系密切，可以显著改善电压质量。3. 可以发掘发供电设备潜力(1) 如有功功率不变，则需要的无功功率减小，配电容量也相应变小。(2) 在设备容量不变条件下，提高了功率因数，减小了无功功率的输送。(3) 安装智能补偿设备，可以使发电机多发有功功率。4. 减少用户的电费由此可见,在配电网中进行无功补偿是十分必要的,对于节约能源、保护环境具有重要的现实意义。二 无功补偿的几种方案无功补偿的方式主要可以分为以下四种：2.1 变电站集中补偿方式针对输电网的无功平衡，在变电站一侧进行补偿，补偿的装置包括并联
6、电容器、同步调相机、静止补偿器等。这种方式的主要目的是改善电网的功率因数、提高终端变电所的电压和补偿主变压器的无功损耗。这些装置一般连接在变电站10KV母线上，以补偿负荷的无功功率。补偿分为固定补偿和自动补偿两部分，因为有功负荷是随时变化的，无功负荷也随之变化，但是不论怎么变化，总可以将之分为固定部分和变化部分，所以变电站集中补偿方式一般采用固定补偿和自动补偿相结合的方式，固定补偿可以节约成本，自动补偿可以根据电网负荷的变化来进行补偿。变电站集中补偿方式具有管理、维护方便的优点，但是对整个配电网的降损起到的作用不大。2.2 低压集中补偿方式目前，国内应用较普遍的无功补偿方式是在配电变压器380
7、V侧进行无功补偿。通常采用微机控制的电压并联电容柜，容量在几十至几千乏之间，可以根据用户负荷水平的波动投入相应数量的电容器进行补偿。主要目的提高用户的功率因数，实现无功的就地平衡，对配电网的降损有一定的作用。目前，国内的各个厂家生产的自动补偿设备是按照功率因数进行电容器的自动投切的，也可以根据电压的水平来进行自动控制。这种补偿虽然对于用户保持功率因数和电压有显著地作用，但是对于整个电网来说并不可取，虽然线路电压的波动主要由无功引起的，但是线路的电压主要是由于系统的情况决定的。当线路的电压偏高或者偏低时，无功的投切量可能会与实际值相差太多，造成无功的过补偿或欠补偿。2.3 杆上补偿方式由于配电网
8、中存在大量的功用变压器没有进行无功补偿，使得补偿度受到了限制。由此造成很大的无功缺口需要由变电站或发电厂来填，大量的无功沿线传输使得配电网网损仍然居高难下。所以，采用在10KV户外并联电容器安装在架空线路的杆塔上进行无功补偿，来提高功率因数，达到降损升压的目的。因为杆上并联的电容器远离变电站，容易出现保护不易配置、维修不便、难以实现控制、安装困难等缺点。因此，实现杆上的补偿要因地制宜，必须结合工程的实际要求来进行项目的实施：(1) 补偿点应该尽量少，一条配电线路上，最好采用单点补偿，不宜采用多点补偿；(2) 控制方式尽量从简，不设分组投切；(3) 补偿量不宜多大。杆上的补偿量过大会引起在轻载时
9、过电压或者过补偿现象；另外，杆上的空间有限，过大的补偿量必须增加电容器的数量，有限的空间可能会增加电容器散热困难，也不安全。2.4 用户终端补偿方式目前，在我国广大的城镇，低压用户迅速增长，企业、工厂以及居民区等对无功的需求很大，直接在用户末端进行无功补偿将最恰当的降低电网的损耗和维持电网的电压水平。供电系统设计规范（GB50052-1995）指出：容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备无功负荷宜单独就地补偿。所以对于企业和厂矿中的电动机，应该进行就地无功补偿，即随机补偿；针对小区用户终端，由于用户分散、负荷较小、波动大，所以管理困难。鉴于以上条件，应当开发出一种新型的无功补偿设备，满足以下要
10、求：（1） 体积小，易安装；（2） 智能控制，免维护；（3） 功能强，价格低。 该补偿方式可以减少线损约20%、改善电压质量、释放系统能量以提高供电能力。但是，由于无功补偿设备一般按照配电变压器低压侧最大的无功需求来确定安装容量，而小区用户用电波动较大，容易造成大量电容器在轻载时闲置，设备的利用率不高，造成资源浪费。.三 工程实例在电气公司所作外部市场项目中，大多数都需要进行无功补偿，进行无功补偿不仅可以调节企业用户的功率因数，提高供电的质量，保证生产的有序正常进行，还可以在最大程度上降低电费，做到节能减排，为环保做出贡献。本章以合力车轮项目为实例，对无功补偿的方案设计进行阐述。合力车轮项目选
11、用SCB10-1600/10干式变压器，补偿前功率因数为0.78，负载多为电动机等感性负载，设计中采用低压集中补偿的方式，可以有效的进行无功补偿，在低压侧并联低压电容补偿柜。根据电业局要求，补偿后的功率因数要达到0.9以上。需要补偿的无功功率计算： (1)其中， -系统需要的无功功率 P -系统有功功率，取值为变压器的额定容量与功率因数的乘积，变压器以90%负荷率运行，1600*0.9*0.91=1310.4kW COSF1 补偿前，系统功率因数，取值0.78 COSF2 补偿后，系统功率因数，取值0.91代入，计算结果得=453.77kVar（一）补偿方案的确定选用士林BSH-SR85050
12、T-7去谐滤波器补偿方案，电抗率7%，能够对负荷产生的谐波进行有效治理。由于用户负载变化较大，故选用动态补偿，采用可控硅控制电容器的投入与切除，电容器无需放电即可重新投入，动态响应时间在1个周期(20ms)之内，能够实现快速、准确地自动跟踪补偿装置。电容器的选择： 1.电压等级的选择： (2) 其中，为电网电压，为400V；为电容器的端电压；P为电抗率，为7%。 计算得 =425V按照电容器的端电压的1.2倍取电容器额定电压为510V，所以选取额定电压为525V的电容器。2.电容器额定输出容量选择： 由于与去谐电抗器串联，电抗器要抵消掉一部分无功输出，所以实际去谐滤波器的输出并不是电容器的额定
13、输出，而要小于电容器的额定输出。 (3)其中：-电容器的额定输出功率；-电容器的有效输出功率，等于系统需要的无功功率为453.77kVar；-电容电压额定值，其值为525V；-电网电压其值为400V；P-电抗率，为7%。根据公式得=726kVar，所以选取的补偿容量为800 kVar，分为各400kVar的主辅柜。每台电容柜可分为7步进行补偿，分为60kVar6+40kVar1，共计60kVar12+40kVar2，这样选择的优点是可以最小补偿40 kVar，并在此基础上以20kVar级数进行补偿，如60kVar可以单独投入一个60kVar电容器，80kVar 可以投入两个40kVar电容器，
14、以此类推可以实现20 kVar级递增补偿，以20kVar为级数补偿可以对电网的小幅度变化进行微调,既防止了补偿量过大，也防止了补偿量过小，补偿精度较高，有利于电网的安全。所以，选择主辅柜各采用6个BSH-S525560T（容量为60kVar，额定电压525V）加1个BSH-S525540T（容量为40kVar，额定电压525V）电容器，可以满足容量要求。3.支路熔断器的选择：为了防止投切的瞬间电流过大，在每条支路上加一个熔断器，起到保护电容器的作用。Q/() (4)=(1.61.8) (5)其中， -补偿柜额定电流； -熔芯的额定电流； Q -各步电容补偿量，取值为60kVar、40kVar。
15、代入数据得86.6A、57.7A，所以，该项目选用125A 及80A熔断器。4.主电路刀熔开关的选型也可以以此公式进行计算，此时Q取值为400kVar，计算结果为=577A，= 923A，由于电路对主辅柜补偿要求最大为360kVar，所以，主电路选取HH15-800A/3刀熔开关。可以满足设计要求。5.电流互感器的选型由于=577A，可以选择600A以上的电流互感器，在此项目中选择AKH-0.66 600/5电流互感器，可以满足系统要求。结合以前所做项目，具体设计如下： 图2 电器柜主要元件及其设计（二）主辅柜的设计考虑 1. 出于电容柜散热的考虑，以及元器件（主刀熔）选择的问题，一般单柜容量
16、不宜设计过大，一般限制在400kVar以内；2. 电容补偿辅柜是对补偿系统容量的扩展，辅柜可按1-3面考虑；3. 比较常规的做法是采用主辅柜“联动”的方式，也就是说，主柜某回路接触器的辅助触点，去带动辅柜的一个回路，这样一来，控制器的这一路输出就是主柜一路加上辅柜联动的那一路。（三）电容柜的运行和维护1、对运行中的电容柜应加强巡视，检查(1)关于电压的监视，一般规定，电压低于额定电压1.05倍时电容器可以长期运行，并允许在一昼夜中，最高不超过1.1倍于额定电压下运行不超过6小时。(2)巡视时要检查电容器外壳有无膨胀，瓷套管破碎，漏油，接头是否发热，通风是否良好等。 2、无功功率自动补偿控制器是
17、电容柜的关键部件，它是否能正常工作则直接影响到电容柜的正常运行。因此用户必须全面了解控制器的功能特点，使用条件，技术参数，安装接线，一般定性检查，系统故障的排除。3、设计中采取了对柜体内温度进行自动控制，当温度超过设定最高温度40摄氏度时，风扇电机自动运转，进行强制通风散热。确保电容器正常工作。 4、具有保护功能，具备有过流、过压、欠压、温度超限多种保护。装置能在外部故障和停电时自动退出运行，送电后自动恢复。.四 总结 本文阐述了电网的无功补偿的必要性以及可行性，介绍了无功补偿的几种实现方式。并结合公司所做项目做了具体介绍。事实表明，无功补偿可以确保电网的功率因数，确保工厂生产的有序进行，减轻
18、电网的供电压力，降低电网损耗，并为用户节约电费。 参考文献1天津电气传动设计研究所电气传动自动化技术手册M2版北京：机械工业出版社20052 张勇军, 任 震, 廖美英等. 10kV长线路杆上无功优化补偿J. 中国电力, 2000, 33(9): 50-523 张勇军, 任 震, 李本河等. 基于配网潮流计算的杆上无功补偿优化算法研究J. 华南理工大学学报, 2001, 29(4): 22-25.4例健城乡电网建设与改造指南M北京：中国水利水电出版社20015孙成宝配电技术手册M北京：中国电力出版社，20006爱普科斯.爱普科斯无功补偿方案致谢在本论文的写作过程中，我的导师倾注了大量的心血，从选题到开题报告，从写作提纲，到一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。同时我还要感谢在我实习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同事和朋友。写作毕业论文是一次再系统学习的过程，毕业论文的完成，同样也意味着新的工作时刻的开始。
