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配电网无功补偿方式及现状研究


配电网无功补偿方式及现状研究 摘要:在电力系统中,配电网是电力系统供电的主要部分之一, 它的安全可靠运行直接取决于供电质量的好坏。 在配电网建设和改造 中,无功补偿是目前节能降耗,改善电网电压质量最经济、最有效的 方式之一。因此,在配电网中合理的运用无功补偿方式是保证系统安 全经济运行的前提。本文作者在无功补偿的原理及意义的基础上,提 出了无功补偿的总体原则和补偿方式, 同时就当

前配电网无功补偿应 注意的问题进行了阐述。 关键词:配电网;无功补偿;补偿方式 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。由于电网中的负 荷大部分均为感性负荷, 再加上电网中的各级变压器和线路也为感性, 因此电网需要的无功功率就要比有功功率大很多, 电网中发电机的功 率因数一般都大于0.8, 这样仅靠发电机所发的无功就无法满足电网 和电网负荷的总无功需求。同时无功远距离传输,不但要产生无功损 耗,而且会带来不必要的有功损耗,造成过大的电压降,由于无功功 率在电网中传输会造成电网损耗以及受电端电压下降, 因此大量的无 功功率在电网中传输必然使电能利用率大大降低且严重影响供电质 量。因此电网必须进行无功补偿,在电网中的适当位置装设无功补偿 装置成为满足电网无功需求的必要手段。 一、 无功补偿的原理 在交流电路中电阻元件中负载电流与电压同相位, 纯电感负载
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中电流滞后电压90° , 纯电容负载中电流超前电压90° , 纯电感中的电 流相位差为180° ,释放的能量由容性负荷储存起来;当感性负荷需要 能量时, 再由容性负荷向外释放的能量来提供。能量在两种负荷间互 相交换, 感性负荷所需要的无功功率就可由容性负荷输出的无功功 率中得到补, 实现了无功功率就地解决, 达到补偿的目的。 二、无功补偿的方式 1、低压就地无功补偿 根据用电设备无功的产生量将单台或多台低压电容器组并连用 电设备,通过控制、保护装置与电机同时投切。从源头上转化了无功 能量, 减少大量的线路损耗能量, 提高配变利用率, 降低了视在功率; 无功补偿与用电设备同进同退;单个设备、占位小、安装容易,真实 有效地减少大量的视在功率,节电(节能)效果显著,但是一次性投 资金额较大,对自动补偿控制器的响应要求高,不易测量单机节电效 果。 2、低压集中、分组无功补偿 将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧, 以无功 补偿投切装置作为控制保护装置, 根据低压母线上的无功负荷直接控 制电容器的投切。低压集中、分组补偿,仅能补偿无功能量对变压器 的“涡流效应”引起的配变利用率过低, 在一定程度上提高配变利用率; 同时对无功能量起到阻隔作用, 防止无功能量闯入上一级电网造成电 压的波动,降低网损。低压集中无功补偿,企业投资大而收益少,主 要起到的是对低压侧无功的阻隔作用,对上游电网的贡献大,社会效
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益大,而企业节约电费的收益非常有限。 3、并联电容器组 并联电容器组直接装在变电所的6~10kV中压母线上的中压集 中无功补偿方式:当用户远离变电所或在供电线路的末端,用户本身 又处于一定的高压负荷时,能减少对电力系统无功消耗,起到一定的 补偿作用;补偿装置根据负荷的大小自动投切,从而合理地提高了用 户的功率因数,对无功能量起到阻隔作用,防止无功能量闯入上一级 电网造成电压的波动, 降低网损, 保护上游电网。 同时便于运行维护, 社会效益巨大。 三、电容器补偿量的计算 功率因数( 即cosφ) , 它是有功功率与视在功率的比值, 也就是 的值越高, 用电设备的利用率就越充分、合理、经济。说明电力用户 的功率因数越高越好, 但不能把功率因数提高到1, 一般应提高到 0.9~0.98 为宜。因为当功率因数接近1时, 提高功率因数所需补偿的 电容器设备的投资越大。 补偿无功功率容量计算:

Qc=αnPjs(tanφ1-tanφ2)

(1)

式中, Qc所需装设电力电容器组的总容量, kVAr; Pjs 有功计算负荷, kW;tanφ2 补偿前自然平均功率因数角的正切值;tanφ1 补偿后功 率因数角的正切值;αn 年平均有功功率负荷系数, 一般取0.7~0.75。 其中, 电力电容器选择按电压和容量选择; 电容器额定电压电网实际工作电压;
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整个电容器组的实际工作容量计算补偿容量。 四、最优补偿容量的确定 在这里, 我们用无功经济当量和无功补偿当量来探讨电力电容 器的合理补偿容量的大小。电网运行中的功率关系和有功损耗计算: S1 = ?P1 = P 2 + Q2 1 (kVA)
U2

(2) (3)

P 2 +Q 2 1

R × 10?3 (kW)

当电网采取无功补偿后的功率关系和有功损耗为: S2 = ?P2 = P 2 + (Q1 ? Q c ) (kVA)
P 2 +(Q 1 ?Q c ) U2
2

2

(4) (5)

R × 10?3 (kW)

式中, P电网的有功功率, kW;Q1补偿前电网的无功功率, kVAr;Qc, 补偿容量, kVAr;S1、S2补偿前后电网的视在功率, kVA;?P1 、?P2 补 偿前后电网的有功损耗, kW; R电网的电阻, Ω; U电网的额定电压, kV。 投入补偿容量后Qc, 电网的有功损耗由?P1 降为?P2 , 减少量为: ?P = ?P1 ? ?P2 = 1、无功经济当量的计算 无功经济当量是指在电网某处, 每增加或减少1kVAr 无功功率 所造成的有功功率损耗的增加量或减少量。据此, 电网在采取无功补 偿前和无功补偿后的无功经济当量分别为: c1 = c1 =
2Q 1 U2 U2 2Q 1 Q c ?Q 2 c U2

R × 10?3 (kW)

(6)

R × 10?3 R × 10?3

(7) (8)

2(Q 1 ?Q c )

式中, c1, 补偿前无功经济当量, kW/kVAr;c2, 补偿后无功经济当量, kW/kVAr。由上式可知某点的无功经济当量与该点的无功功率、电网
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电阻成正比, 且随着补偿容量Qc 的增加而降低, 也就是说补偿效益 随补偿容量的增加而降低, 在实施无功补偿时应注意到这一点。 2、无功补偿当量的计算 无功补偿当量是指在电网某处, 装设无功补偿容量Qc后, 平均 每1kVAr补偿容量所造成的有功损耗的减少量。则有: c=
?P Q

=

2Q 1 ?Q c U2

R × 10?3

(9)

装设无功补偿容量后, 可使电网减少的有功损耗为: ?P = ?P1 ? ?P2 = (10)

结语:对配电网进行无功补偿,提高功率因数、实现无功功率平衡, 是一项建设性的降损技术措施。 确定无功补偿设备的合理配置和分布, 需寻找技术上和经济上的最优方案以提高配电变压器出力, 降低线损, 提高电质量。本文分析了3 种配电网无功补偿方式及配置原则,应更 多考虑系统的特点并有机结合起来灵活进行无功补偿, 确保补偿技术 经济、合理、安全可靠,充分发挥补偿电容器的补偿效益,达到节约 电能的目的。

参考文献 1、刘智德 《农村低压配电网无功补偿方式浅析》[J] 中国电力 教育2010(01) 2、王志 《浅谈10kV配电网无功补偿》[J] 中国电力教育 2010 (01) 3、李云台, 徐进义 《电网的无功经济当量与无功补偿效益》[J]
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中国电力 1996 29( 11)

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