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關于電網無功補償與功率因數的探討

發布時間:2019-05-14    訪問:537

    電網無功補償,就是借助于無功補償設備提供必要的無功功率,以提高系統的功率因數,降低能耗,改善電網電壓質量。本文對電網無功補償與功率因數進行了簡單的論述。

    目前,我國電力工業發展迅猛,電網快速擴張,電力負荷飛快增長,電壓等級越來越高,電網、發電廠以及單機容量也越來越大,電網覆蓋的地理面積在不斷擴大。由于電網容量的增加,對電網無功要求也與日俱增,此外,網絡的功率因數和電壓的降低將使電氣設備得不到充分利用,降低了網絡傳輸能力,并引起損耗增加。因此,解決好配電網絡無功補償技術的問題,提高功率因數以減少設備容量和功率損耗,穩定電壓和提高供電質量具有重要意義。

    2.無功補償

    無功補償,就是借助于無功補償設備提供必要的無功功率,避免由輸電系統傳輸無功功率,從而降低無功損耗,提高系統的傳輸功率,改善電網供電質量。所以在電磁元件電路中有比例地安裝電容元件,使兩者的電流相互抵消,使電流的矢量與電壓矢量之間的夾角縮小,從而有效提高電能做功的能力,這就是無功補償的原理。

    3.無功補償與功率因數的關系

    無功補償的主要作用是提高電網功率因數以減少設備容量和功率損耗,穩定電壓和提高供電質量。

    (3)提高功率因數,當線路或變壓器輸送的有功功率和電壓不變時,線損與功率因數的平方成反比。所以功率因數越低,電網所需無功越多,線損越大。因此,在受電端安裝無功補償裝置,可以減少負荷的無功功率損耗,提高功率因數,降低線路損耗。

    4.影響功率因數的主要因素

    功率因數的產生主要是因為交流用電設備在其工作過程中,除消耗有功功率外,還需消耗無功功率,當有功功率P一定時,如減少無功功率Q,則功率因數便能夠提高。在極端情況下,當Q=0時,則功率因數=1。因此提高功率因數問題的實質就是減少用電設備的無功功率需要量。

    (1)異步電動機和電力變壓器是耗用無功功率的主要設備。異步電動機的定子與轉子間的氣隙是決定異步電動機需要較多無功的主要因素。而異步電動機所耗用的無功功率是由其空載時的無功功率和一定負載下無功功率增加值兩部分所組成。所以要改善異步電動機的功率因數就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。變壓器消耗無功的主要部份是它的空載無功功率,它和負載率的大小無關。因而,為了改善電力系統和企業的功率因數,變壓器不應空載運行或長其處于低負載運行狀態。

    (2)供電電壓超出規定范圍也會對功率因數造成很大的影響。當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,據有關資料統計,當供電電壓為額定值的110%時,一般工廠的無功將增加35%左右。當供電電壓低于額定值時,無功功率也相應減少而使它們的功率因數有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設備的正常工作。所以,應當采取措施使電力系統的供電電壓盡可能保持穩定。同時,電網頻率的波動也會對異步電機和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響。

    (3)電網頻率的波動對異步電動機正常工作造成影響。當低頻運行時,所有廠用交流電動機的轉速都相應的下降,因而火電廠的給水泵、風機、磨煤機等輔助設備的出力也將下降,從而影響電廠的出力。其中影響最大的是高壓給水泵和磨煤機,由于出力的下降,使電網有功電源更加缺乏,致使頻率進一步下降,造成惡性循環。

    5.提高功率因數的主要方法

    (1)隨變壓器補償。將低壓電容器通過低壓保險接在配電變壓器二次側,以補償配電變壓器空載無功功率和漏磁無功功率。隨變壓器補償的優點:接線簡單、維護管理方便、能有效地補償配變空載無功,限制農網無功負荷,使該部分無功就地平衡,從而提高配變利用率,降低無功網損,具有較高的經濟性,是目前補償無功最有效的手段之一。

    (2)隨電動機補償。將低壓電容器組與電動機并接,通過控制、保護裝置與電機同時投切,用于補償電動機的無功消耗,以補勵磁無功為主,此種方式可較好地限制用電單位無功負荷。隨機補償的優點是:用電設備運行時,無功補償投入,用電設備停運時,補償設備也退出,而且不需頻繁調整補償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活,維護簡單、事故率低等。

    (3)跟蹤補償。是指以無功補償投切裝置作為控制保護裝置,將低壓電容器組補償在大用戶0.4kv母線上的補償方式。適用于100kVA以上的專用配變用戶,可以替代隨機、隨器兩種補償方式,補償效果好。跟蹤補償的優點是運行方式靈活,運行維護工作量小,比前兩種補償方式壽命相對延長、運行更可靠。缺點是控制保護裝置復雜、首期投資相對較大。但當這三種補償方式的經濟性接近時,應優先選用跟蹤補償方式。

    6.確定無功功率補償容量配置

    補償容量的配置,應優先在低壓配網和就地進行補償,并按基本無功負荷進行全補償。35kV及以上電壓等級的配變盡量采用集中式的動態無功補償裝置。補償容量應優先控制長距離輸電線路的功率因數,避免無功穿越補償,減少無功功率在配網中流動。

    (1)對330~500kV電網,應按無功電力分層就地平衡的基本要求配置高、低壓并聯電抗器,以補償超高壓線路的充電功率。一般情況下,高、低壓并聯電抗器的總容量不宜低于線路充電功率的90%,高、低壓并聯電容器的容量分配應按系統的條件和各自的特點全面研究決定。

    (2)對330~500kV電網的受端系統,應按輸入有功容量相應配套安裝無功補償設備。其容量(kvar)宜按輸入容量(kvar)的40%~50%計算,主要考慮電壓穩定并配置一定儲備容量的動態無功補償,以防電壓崩潰。

    目前,采用的無功配置方式一般按變電站等級進行配置,對220kV電壓等級的變電站按主變容量的0.1~0.3進行補償,35kV與110kV電壓等級的變電站一般按變壓器容量的0.1~0.15進行補償,10kV電壓等級的電容器安裝容量一般按配電變壓器總容量的0.05~0.10。

    在實際應用中,由于考慮到不使電壓在最小負荷時不過高,還作了一些規定。如在最大負荷時,一次側功率因數不低于0.95;在最小負荷時,一次側功率因數不高于0.95(110kV以下變電站,不高于0.98)。

    由于按上述原則進行配置,配電側補償容量往往偏少,配電側很少裝自動投切的無功補償裝置,導致由高電壓等級向下一級電壓等級進行無功補償,造成大量無功在配網流動,沒有充分發揮無功補償降損節能作用。在小負荷時,低壓側由于采用集中補償且沒有根據實際情況進行分組,基本上沒有投運,導致功率因數偏低。

    因此,應根據每種無功補償方式的特點,合理選擇無功補償方式以及無功容量配置,才能最大限度提高功率因數,改善電壓質量以及降損節能。

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