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1、无功补偿技术介绍,主讲人：艾圣奇时间：2017年3月15日,2023/8/16,二、无功补偿的原理,四、我厂无功补偿技术的介绍,主要内容,三、无功与电压的调整,一、无功补偿的基础知识,2023/8/16,1.1 无功功率,一、无功补偿基础知识,电网中电力设备多数是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们在能量转换过程中建立交变的磁场，在一个周期中吸收的功率和释放的功率相等。电能在通过纯电容和纯电感电路时并没有能量消耗，仅在负荷与电网之间反复交换，由于这种交换不对外做功，因此成为无功功率。,2023/8/16,感性无功功率,一、无功补偿基础知识,由于电感线圈是储藏磁场能量的元件，当线
2、圈加上交流电压后，当电压交变时，相应的磁场能量也随着变化，当电压增大，电流和磁场能量也相应增强，此时线圈的磁场能量将外电源供给的能量以磁场能量形式储藏起来，当电流减小和磁场能量减弱时，线圈把磁场能量释放并输回外电路中，电感电路不消耗功率。电路中仅是电源能量与磁场能量之间的往复交换。,2023/8/16,容性无功功率,一、无功补偿基础知识,由于电容器是储藏电场能量的元件，当电容器加上交流电压后，当电压交变时，相应的电场能量也随着变化，当电压增大，电流和电场能量也相应增强，此时电容器的电场能量将外电源供给的能量以电场能量形式储藏起来，当电压减小和电场能量减弱时，电容器把电场能量释放并输回外电路中，
3、电容电路不消耗功率。电路中仅是电源能量与电场能量之间的往复交换。,2023/8/16,a、感性无功：电流滞后电压90，如电动机、变压器等设备；b、容性无功：电流超前电压90，如电容器、电缆、电力输电线路；c、基波无功：与电源频率相等的无功；d、谐波无功：与电源频率不相等的无功；,1.2、无功分类,一、无功补偿基础知识,2023/8/16,电力系统中的负荷并不是纯感性或纯容性的，是集容性、感性和阻性的综合负载，这种负载的电压和电流的向量之间有一定的相位差，相位角的余弦值就是功率因数值，也是有功功率与视在功率之比。计算公式为：COS=P/S=P/(P2+Q2),1.3 功率因数,一、无功补偿基础知
4、识,2023/8/16,式中：COS功率因数 P有功功率，kW Q无功功率，kvar S视在功率，kVA在中高压系统中，三相电压和电流均对称，三相功率因数基本相同，总功率因数为三相功率因数的平均值。,1.3 功率因数,一、无功补偿基础知识,2023/8/16,4.1、无功补偿的作用(提高功率因数的意义)无功补偿的主要作用是提高功率因数，以减少设备容量、功率损耗，稳定电压提高供电质量。安装无功补偿设备，可以减少无功功率在电网中的传输，减少了线路中的电压损耗，提高了配电网的电压质量。,1.4 无功补偿,一、无功补偿基础知识,2023/8/16,(1)、减少电压损耗把线路中的电流分成有功电流Ip和无
5、功电流Iq，线路中的电压损耗：U=(IpR+IqX)=(PR+QX)/UP有功功率，kWQ无功功率，kvarU线路末端电压，kVR线路电阻，X线路电抗，,1.4、无功补偿,一、无功补偿基础知识,2023/8/16,因此进行无功补偿后，可减少线路上传输的无功功率Q，若传输的有功功率不变，且线路的电阻和电抗是一个常数，所以，传输的无功功率Q越小，电压损耗越小，从而提供了电压质量。,1.4 无功补偿,一、无功补偿基础知识,2023/8/16,(2)减少有功损耗把线路中的电流分成有功电流Ip和无功电流Iq，线路中的有功损耗：P=R(P2+Q2)/U2P有功功率，kWQ无功功率，kvarU线路末端额定电
6、压，kVR线路电阻，X线路电抗，,1.4 无功补偿,一、无功补偿基础知识,2023/8/16,因此提高功率因数后，可减少线路上传输的无功功率Q，若传输的有功功率不变，且线路的电阻是一个常数，所以，传输的无功功率Q越小，有功损耗越小，从而节约了电能。,1.4 无功补偿,一、无功补偿基础知识,2023/8/16,(3)提高变压器的利用率功率因数有COS1提高到COS2，提高了变压器的利用率为：S%=(S1S2)/S1*100%=(1COS1/COS2)*100%因此补偿后的变压器利用率提高了S%，可以带更多的负荷，减少了变压器的投资。,1.4 无功补偿,一、无功补偿基础知识,2023/8/16,(
7、4)、减少电费支出(1)、避免功率因数低于规定值而受罚；(2)、减少用户配电网内的无功传输而造成的有功损耗；,1.4 无功补偿,一、无功补偿基础知识,2023/8/16,1.4 无功补偿,一、无功补偿基础知识,2023/8/16,(5)提高电网输电能力有功功率与视在功率的关系为：P=SCOS可见，在电网传输一定有功功率的条件下，功率因数越高，需要电网传输的总功率越小。,1.4 无功补偿,一、无功补偿基础知识,2023/8/16,无功补偿的形式(1)、集中补偿：在高中压总变电所母线上安装补偿设备。(2)、分散补偿：在车间、村镇终端或下级变电所的母线上安装补偿设备。(3)、就地补偿：在功率因数较低
8、的设备附近安装补偿设备。,1.4 无功补偿,一、无功补偿基础知识,2023/8/16,无功补偿方式的选择(1)集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主。(2)调节补偿与固定补偿相结合，以固定补偿为主。(3)高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主。随着电力系统补偿方式的发展，以上第2点已经慢慢被淘汰，将全部用动态补偿来实现。,1.4无功补偿,一、无功补偿基础知识,2023/8/16,电力系统中负载的综合阻抗主要是呈感性，需要容性无功来补偿感性无功。,2.1 无功补偿原理,二、无功补偿的原理,2023/8/16,UI和IU的含义；UI=；IU=360-；只要涉及向量或角度就会有基准量的选取。注意
9、：角度为逆时针，相序为顺时针；,2.2 电压、电流、角度、有功、无功、功率因数之间的关系,二、无功补偿的原理,2023/8/16,电压与电流夹角和功率三角形的关系；,2.2 电压、电流、角度、有功、无功、功率因数之间的关系,二、无功补偿的原理,2023/8/16,角度与功率因数、有功无功的关系；P=UIcos；Q=UIsin；,2.2 电压、电流、角度、有功、无功、功率因数之间的关系,二、无功补偿的原理,2023/8/16,电流互感器极性与角度、功率正负的关系；,2.2 电压、电流、角度、有功、无功、功率因数之间的关系,二、无功补偿的原理,2023/8/16,00,Q0；从母线取有功和无功；9
10、00；给母线送有功,从母线取无功；1800,Q0；从母线取有功,给母线送无功=0时，负荷为纯阻性负载，只消耗有功；=90时，负载为纯感性负载，只消耗无功；=180时，负载为纯阻性负载，只发出有功；=270时，负载为纯容性负载，只发出有功；,2.2 电压、电流、角度、有功、无功、功率因数之间的关系,二、无功补偿的原理,2023/8/16,我厂功率因数调整的方法：1、通过投退无功补偿设备进行功率因数的调节；2、通过发电机输出的无功功率进行功率因数的调节。,2.3 功率因数的调节,二、无功补偿的原理,2023/8/16,无功功率补偿前后的功率三角形简图,2.4 无功补偿容量的确定,二、无功补偿的原理
11、,2023/8/16,1、已知系统有功和功率因数，计算投入一定数量的补偿设备后的功率因数已知：当前系统有功P，当前系统功率因数PF，投入补偿设备容量Q1，计算补偿后功率因数PF1.当前系统视在功率S=P/PF；当前系统无功Q=(S-P)；PF1=P/(P+(Q-Q1)PF1=(P/(S+Q1-2Q*Q1),2.4 无功补偿容量的确定,二、无功补偿的原理,2023/8/16,2、已知系统有功和功率因数，计算达到目标功率因数需要投入多少补偿容量已知：当前系统有功P，当前系统功率因数PF，目标功率因数PF1,计算需要投入多大容量的补偿设备Q.PF对应的角度和无功：；Q=P*tan；PF1对应的角度和
12、无功：1；Q1=P*tan1；Q=P(tan-tan1),2.4 无功补偿容量的确定,二、无功补偿的原理,2023/8/16,注意：当电容器的实际运行电压与电容器的额定电压不一致时，电容器的实际补偿容量为：Q=(U1/Un)QnU1电容器实际运行电压；Un电容器额定电压；Qn电容器额定容量；,2.4 无功补偿容量的确定,二、无功补偿的原理,2023/8/16,电力系统的电压水平主要取决于无功功率的平衡。电力系统内无功功率分配的不合理，可能会造成一些节点的电压过高或过低。当电压偏离额定值过高，会损坏电气设备的绝缘，危害设备安全运行，缩短设备寿命；而电压过低，会加大电网中的功率损耗，影响电力系统运
13、行的稳定性。,3.1 无功功率的平衡,三、无功和电压的调整,2023/8/16,电力系统中无功功率的电源主要有：发电机、同步调相机、并联电容器、静止补偿器等。、同步发电机 发电机是最基本的无功功率电源。可以通过调节发电机的励磁电流来改变发电机发出的无功功率。增加励磁电流就可以增大无功功率的输出，反之，就减少无功功率的输出。,3.2 无功功率电源,三、无功和电压的调整,2023/8/16,同步调相机 同步调相机实际上是一个空载运行的同步电动机。在过励磁运行时，它可以向系统提供感性无功功率而起到无功电源的作用，提高系统电压。在欠励磁运行时，它能从系统吸收感性无功功率而起到无功负荷的作用，降低系统电
14、压。优点：能根据装设点的电压水平来平滑的改变输出或吸收的无功功率，进行电压调节，特别是装有强行励磁装置时，在系统故障情况下，还能调整系统的电压，提高系统运行的稳定性。,3.2 无功功率电源,三、无功和电压的调整,2023/8/16,缺点：同步调相机是旋转设备，运行维护较为复杂，有功功率损耗大，在满负荷运行时，有功损耗约为额定容量的1.5%-5%，同步调相机的没单位容量投资较大，宜安装在枢纽性质的变电站，以便平滑调节电压和提高系统的稳定性。静止电容器 静止电容器是目前最普遍的补偿设备，电容器的单位容量投资较小且与总容量的大小无关，运行时功率损耗小，约为额定容量的0.3%-0.5%，运行维护方便。
15、,3.2 无功功率电源,三、无功和电压的调整,2023/8/16,静止补偿器 静止补偿器是由静止电容器与电抗器并联组成的无功补偿装置，即后面说到的SVC（Static Var Compensator）装置。此装置能够平滑的改变输出或吸收的无功功率。调节性能较好，运行时损耗小，约为额定容量的1%，可靠性高，由于采用了可控硅，运行时会产生高次谐波。,3.2 无功功率电源,三、无功和电压的调整,2023/8/16,电力系统无功功率平衡的基本要求是：无功功率电源发出的无功功率应与系统的无功负荷及网络中的而无功损耗相平衡。同时，为了保证可靠性，系统必须配置一定的无功功率备用容量，其备用容量一般应为最大无
16、功功率负荷的7%-8%。,3.3 无功功率平衡,三、无功和电压的调整,2023/8/16,调压的基本原理 充足的无功功率电源是保证电力系统有较好运行电压水平的必要条件。要保证所有节点的电压质量都符合要求，通常需要采用各种调压措施。调压的方式：逆调压、顺调压、常调压。调压的措施：改变发电机端电压、改变变压器变比、增加补偿设备、改变输电线路参数(降低输电线路的电抗)。,3.4 电压的调整,三、无功和电压的调整,2023/8/16,调压的方式 逆调压 高峰负荷时升高电压(取1.05Un)，低谷负荷时降低电压(取Un)的电压调节方式，称为逆调压。这种方式适用于中枢点供电线路较长、负荷变化范围较大的场合
17、。顺调压高峰负荷时允许中枢点电压略低(取1.025Un)，低谷负荷时允许中枢点电压略高(取1.075Un)的调压方式，称为顺调压。适用于对电压要求不高或供电线路不长、负荷变动不大的中枢点。常调压 在任何负荷下，都保持中枢点电压为一基本不变的数值，取(1.02-1.05Un),这种调压方式称之为常调压。,3.4 电压的调整,三、无功和电压的调整,2023/8/16,调压的措施 改变发电机端电压调压 对不同类型的电网，发电机调压所起的作用是不同的。对由发电机直接供电的小型电力系统，因供电线路不太长，网络电压损耗不大，这类系统可以通过发电机逆调压方式，能够满足负荷点的电压要求。对发电机经多级变压器向
18、负荷供电的大中型电力系统，由于供电范围大，单靠改变发电机机端电压不能满足电网各节点对电压的要求，只能解决近处地方负荷的电压质量，并减轻远处其他调压设备的负担。,3.4 电压的调整,三、无功和电压的调整,2023/8/16,调压的措施 改变发电机端电压调压 对有若干发电厂并列运行的大型电力系统，利用发电机调压不一定恰当。在提高发电机电压时，发电机要多输出无功功率，这要求发电机有充裕的无功储备容量才能承担调压的任务。另外，在调整个别发电厂母线电压时，会引起系统无功功率的重新分配，这有可能与系统无功功率的经济分配相矛盾。所以，在大型电力系统中，发电机调压一般作为一种辅助的调压措施。,3.4 压的调整
19、,三、无功和电压的调整,2023/8/16,改变变压器变比调压改变变压器的变比即可改变用户处的电压。这种调压措施并不增加系统的无功功率。因此，如果系统无功功率不足时，不能单靠这种措施来提高整个系统的电压水平。,3.4 电压的调整,三、无功和电压的调整,2023/8/16,补偿无功功率调压当电力系统的无功功率电源不足而造成电压下降时，仅靠变压器变比来进行调压时并不能根本性的解决整个电力系统的电压质量问题。这时必须考虑在电力系统中增加无功功率电源，以使电力系统能在较高的电压水平下实现无功功率平衡。第11页：U=(IpR+IqX)=(PR+QX)/U,3.4 电压的调整,三、无功和电压的调整,202
20、3/8/16,改变电力线路参数调压根据U=(IpR+IqX)=(PR+QX)/U，减小线路的电阻R和电抗X，可以起到调压的作用，一般来说电阻R不容易减小，要减小它只能增大导线的截面积，经济性不好。在高压电网中，一般XR，PR/U在电压损耗中所占比例较QX/U小，所以，通常采用减小电抗来降低电压损耗。减小电抗的方法有：采用分裂导线，在电力线路中串联电容器。U=(PR+Q(X-Xc)/U，Xc串联电容器的电抗。此种方式使继电保护复杂化，运行维护较复杂，不太灵活，要从技术和经济方面综合分析比较。,3.4 电压的调整,三、无功和电压的调整,2023/8/16,3.4 电压的调整,三、无功和电压的调整,
21、2023/8/16,只有正确地掌握了变电站的运行状态，才能正确地选择无功控制对策，从而达到自动控制的目的。作为变电站电压、无功综合控制装置，由于其控制对象主要是变压器分接头和并联电容器组，控制目的是保证主变压器二次电压在允许范围内，且尽可能提高进线的功率因数，故一般选择电压和进线处功率因数(或无功功率)为状态变量。,在这个九区域的运行状态中，0区为电压和功率因数均合格区，其余八个区均为不合格区。电压无功综合控制装置利用检测到的电压和功率因数，结合当时的运行方式即可确定运行点在运行图中所处的位置，从而确定相应的控制对策。,3.4 电压的调整,三、无功和电压的调整,2023/8/16,电压、无功综
22、合控制装置实质上是一个多输人多输出的闭环自动控制系统。现简单介绍如下：当变电站运行于0区域时，电压和功率因数均合格，此时不需要进行调整。,(1)变电站运行于1区域时：电压超过上限而功率因数合格，此时应调整变压器分接头使电压降低。如单独调整变压器分接头无法满足要求时，可考虑强行切除电容器组。(2)变电站运行于5区域时：电压低于下限而功率因数合格，此时应调整变压器分接头使电压升高，直至分接头无法调整。(3)变电站运行于3区域时：功率因数超过上限而电压合格，此时应切除电容器组直至功率因数合格。(4)变电站运行于7区域时：功率因数低于下限而电压合格，此时应投入电容器组直至功率因数合格。,1简单越限情况
23、,三、无功和电压的调整,2023/8/16,2双参数越限情况,(1)变电站运行于2区域时：电压和功率因数同时超过上限，此时如先调整变压器分接头降压，则无功会更加过剩。因此应先切除电容器组，待功率因数合格后若电压仍越限再调整变压器分接头使电压降低。(2)变电站运行于4区域时：电压低于下限而功率因数超过上限，此时如先切除电容器组，则电压会进一步下降。因此应先调整变压器分接头使电压升高，待电压合格后若功率因数仍越限再切除电容器组。,(3)变电站运行于6区域时：电压和功率因数同时低于下限，此时如先调整变压器分接头升压，则无功会更加缺乏。因此应先投人电容器组，待功率因数合格后若电压越限再调整变压器分接头
24、使电压升高。(4)变电站运行于8区域时：电压超过上限而功率因数低于下限，此时如先投入电容器组，则电压会进一步上升。因此先调整变压器分接头使电压降低，待电压合格后若功率因数仍越限再投入电容器组。,我厂低压无功补偿装置采用哈尔滨同为电气公司的TSC系列动态无功功率补偿装置，控制器采集进线电流电压，经过计算功率因数，由晶闸管来循环投入容量最接近的一组电容器。功率因数设置范围：,4.1 低压无功补偿设备的介绍,四、我厂无功补偿技术的介绍,2023/8/16,我厂中压无功补偿装置采用哈尔滨同为电气公司的TSC+HVC系列动态无功功率补偿装置，HVC 主要用来补偿系统较稳定的无功变化不频繁的基本负荷；当负
25、荷变化较快时，由 TSC 快速反应，根据负荷的变化跟踪补偿。在对负荷进行补偿的整个过程中，静态与动态互相配合，HVC 补偿基本无功，TSC 快速响应，组合投切实现细调，既能保证补偿精度，又可实现动态快速跟踪补偿。HVC由接触器控制，TSC由晶闸管控制。,4.2 中压无功补偿设备的介绍,四、我厂无功补偿技术的介绍,2023/8/16,1、过零投切零电压投入、零电流切除，通过接触器和开关投退的补偿设备无法实现过零投切功能。2、补偿设备检修时，电容要经过充分放电，我厂补偿设备的自动放电时间最少为5分钟。3、为了延长电容器的寿命，动态补偿的各组电容器为循环投切。4、母联在合位时的补偿方式。,4.3 无功补偿设备注意事项,四、我厂无功补偿技术的介绍,2023/8/16,
