低壓電網(wǎng)中無功補(bǔ)償技術(shù)的研究

摘要:通過技術(shù)改造,可使低于標(biāo)準(zhǔn)要求的功率因數(shù)達(dá)標(biāo),實現(xiàn)節(jié)約用電的目的。通過分析低壓電網(wǎng)中無功補(bǔ)償?shù)淖饔煤脱a(bǔ)償容量的選擇方法,闡明了采用無功補(bǔ)償技術(shù)提高低壓電網(wǎng)和用電設(shè)備的功率因數(shù),已成為節(jié)電工作的一項重要措施。

0前言

各工業(yè)企業(yè)用電系統(tǒng)功率因數(shù)的高低, 直接影響整個電網(wǎng)的供電質(zhì)量和發(fā)電系統(tǒng)的電能利用率。過低的功率因數(shù),不僅使電力系統(tǒng)內(nèi)的供電設(shè)備容量得不到充分利用,增加電力電網(wǎng)中輸電線路上的電能損耗,還會使線路的電壓損失增大,有時使得負(fù)荷端的電壓低于允許值, 嚴(yán)重影響異步電動機(jī)及其它用電設(shè)備的正常運行, 甚至損壞。電力系統(tǒng)功率因數(shù)的高低,已經(jīng)成為電力系統(tǒng)的一項重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。因此, 要求電力系統(tǒng)的各級都要根據(jù)分級就地平衡的原則,采取措施補(bǔ)償無功功率,提高功率因數(shù)。

為了降低無功功率提高功率因數(shù),一般從2方面采取措施:一是提高自然功率因數(shù);二是采用供應(yīng)無功功率的設(shè)備來補(bǔ)償用電設(shè)備所需的無功功率,以提高其功率因數(shù),稱為提高功率因數(shù)補(bǔ)償法。補(bǔ)償方法通常有3種: ( 1)采用同步電機(jī)補(bǔ)償; ( 2)采用同步調(diào)相機(jī); (3)采用移相電容器補(bǔ)償。由于移相電容器是一種投資省、見效快、維護(hù)方便的無功電源,低壓電網(wǎng)常常選用移相電容器來提高功率因數(shù)。它包括固定電容器( FC)補(bǔ)償和自動投切電容器的動態(tài)補(bǔ)償以及兩者混合補(bǔ)償?shù)确绞健?/p>

1影響功率因數(shù)的主要因素

功率因數(shù)的產(chǎn)生主要是因為交流用電設(shè)備在其工作過程中,除消耗有功功率外, 還需要無功功率。當(dāng)有功功率P一定時,如減少無功功率Q,則功率因數(shù)便能夠提高。在極端情況下, 當(dāng)Q = 0時, 則其功率因數(shù)為1。因此提高功率因數(shù)問題的實質(zhì)就是減少用電設(shè)備的無功功率需要量。

1. 1異步電動機(jī)和電力變壓器是耗用無功功率的主要設(shè)備

異步電動機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙是決定異步電動機(jī)需要較多無功的主要因素。而異步電動機(jī)所耗用的無功功率是由其空載時的無功功率和一定負(fù)載下無功功率的增加值2部分所組成。所以要改善異步電動機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動機(jī)的空載運行并盡可能提高負(fù)載率。變壓器消耗無功的主要成份是它的空載無功功率,它和負(fù)載率的大小無關(guān)。因而,為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù),變壓器不應(yīng)空載運行或長期處于低負(fù)載運行狀態(tài)。

1. 2供電電壓超出規(guī)定范圍也會對功率因數(shù)造成很大的影響

當(dāng)供電電壓高于額定值的10%時,由于磁路飽和的影響,無功功率將增長得很快, 據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計,當(dāng)供電電壓為額定值的110%時,一般工廠的無功將增加35%左右[ 1 ]。當(dāng)供電電壓低于額定值時,無功功率也相應(yīng)減少,從而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設(shè)備的正常工作。所以,應(yīng)當(dāng)采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。

1. 3電網(wǎng)頻率的波動也會對異步電機(jī)和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響

當(dāng)供電電網(wǎng)頻率降低時,異步電機(jī)和變壓器的勵磁電流將大為增加,引起系統(tǒng)的無功功率損耗增加,導(dǎo)致功率因數(shù)降低。

2低壓電網(wǎng)無功補(bǔ)償中的技術(shù)問題

2. 1無功補(bǔ)償?shù)暮侠砼渲迷瓌t

從電力網(wǎng)無功功率消耗的基本狀況可以看出,各級網(wǎng)絡(luò)和輸配電設(shè)備都要消耗一定數(shù)量的無功功率,尤以低壓配電網(wǎng)所占比重最大。為了最大限度地減少無功功率的傳輸損耗,提高輸配電設(shè)備的效率,無功補(bǔ)償設(shè)備的配置應(yīng)按以下原則合理布局:

(1)總體平衡與局部平衡相結(jié)合,以局部為主。

(2)電力部門補(bǔ)償與用戶補(bǔ)償相結(jié)合。

在低壓配電網(wǎng)絡(luò)中,用戶消耗的無功功率約占50%—60%,其余的無功功率消耗在配電網(wǎng)中[ 2 ] ,因此,為了減少無功功率在網(wǎng)絡(luò)中的輸送,要盡可能地實現(xiàn)就地補(bǔ)償、就地平衡,所以必須由電力部門和用戶共同進(jìn)行補(bǔ)償。

(3)分散補(bǔ)償與集中補(bǔ)償相結(jié)合,以分散為主。

分散補(bǔ)償,指在配電網(wǎng)絡(luò)中分散的負(fù)荷區(qū),如配電線路,配電變壓器和用戶的用電設(shè)備等進(jìn)行的無功補(bǔ)償。集中補(bǔ)償, 是在變電所集中裝設(shè)較大容量的補(bǔ)償電容器,主要是補(bǔ)償主變壓器本身的無功損耗,以及減少變電所以上輸電線路的無功電力,從而降低供電網(wǎng)絡(luò)的無功損耗,但不能降低配電網(wǎng)絡(luò)的無功損耗。

2. 2就地補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點

(1)就地補(bǔ)償基波無功功率, 濾除諧波無功功率,降低了補(bǔ)償點到高壓公共連接點的供配電損耗,節(jié)能效果明顯[ 3 ]。

(2)就地補(bǔ)償可以解決高壓補(bǔ)償不能解決的由于負(fù)載沖擊引起的低壓電網(wǎng)的網(wǎng)壓波動問題。

(3)進(jìn)行就地補(bǔ)償后,降低了供配電系統(tǒng)的實際輸出容量,從而提高了低壓變壓器的供電能力,保證了設(shè)備運行的可靠性。

(4)就地補(bǔ)償幾乎不受背景諧波影響, 保證了補(bǔ)償裝置運行的可靠性和設(shè)計的準(zhǔn)確性。

2. 3補(bǔ)償方式

2. 3. 1低壓集中補(bǔ)償方式

目前,國內(nèi)較普遍采用的一種無功補(bǔ)償方式,是在配電變壓器380 V側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償,在這種方式下,補(bǔ)償裝置通常采用微機(jī)控制的低壓并聯(lián)電容器柜,容量在幾十至幾百千伏不等,它是根據(jù)用戶負(fù)荷水平的波動,投入相應(yīng)數(shù)量的電容器進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償。主要目的是提高專用變壓器用戶的功率因數(shù),實現(xiàn)無功功率的就地平衡,對配電網(wǎng)和配電變壓器的降損有一定作用,也保證該用戶的電壓水平。

這種補(bǔ)償方式的投資及維護(hù)均由專用變壓器用戶承擔(dān)。目前國內(nèi)各廠家生產(chǎn)的自動補(bǔ)償裝置通常是根據(jù)功率因數(shù)來進(jìn)行電容器的自動投切,也有為了保證用戶電壓水平而以電壓為判據(jù)進(jìn)行控制。這種補(bǔ)償方式雖然利于保證用戶的電能質(zhì)量,但對電力系統(tǒng)并不可取。因為線路電壓的波動主要由無功量變化引起,而線路的電壓水平由系統(tǒng)情況決定。當(dāng)線路電壓基準(zhǔn)偏高或偏低時,無功功率的投切量可能與實際需求相差甚遠(yuǎn),可能出現(xiàn)無功功率補(bǔ)償過多或補(bǔ)償不足的情況。