無功優(yōu)化補償.doc

電壓質量和功率因數(shù)是農電企業(yè)的重要技術指標。電壓是電能的主要指標之一，電壓質量對電網(wǎng)穩(wěn)定及電力設備安全運行、線路損失、工農業(yè)安全生產、產品質量、用電單耗和人民生活用電都起著直接的影響。無功電力是影響電壓質量和電網(wǎng)經(jīng)濟運行的一個重要因素。而要切實有效搞好電壓質量和無供電力的綜合管理，就必須切實改善電壓質量和搞好無功電力的補償。無功的不足是歷史形成的，其主要原因是節(jié)電意識淡薄。供用電企業(yè)，在電力供應十分緊張的情況下，只顧滿足供電和用電，對提高用電質量和節(jié)電技術未能做到全面規(guī)劃、同不實施。這表現(xiàn)在供電企業(yè)只注重了變電站的集中補償，在基建中補償容量明顯不足，投運率不高，而用電企業(yè)則很少在無功補償上作較大的投入，從而形成了電網(wǎng)無功嚴重不足的局面。 一、功率因數(shù)和無功補償?shù)幕靖拍?11功率因數(shù)：電網(wǎng)中的電氣設備和電動機、變壓器等屬于既有電感又有電阻的電感性負載，電感性負載的電壓和電流的相量間存在一個相位差，相位角的余弦COS既是功率因數(shù),它是有功功率于視在功率之比即COS=P/S。功率因數(shù)是反映電力用戶用電設備合理使用狀況、電能利用程度即用電管理水平的一個重要技術指標。 12無功補償：無功補償是無功補償電源的簡稱，指為滿足電力網(wǎng)和負荷端電壓水平及經(jīng)濟運行的要求，必須在電力網(wǎng)內和負荷端設置無功電源，如電容器、調相機等。把具有容性功率的裝置與感性負荷連接在同一電路，當容性裝置釋放能量時，感性負荷吸收能量，而感性裝置釋放能量時，容性負荷吸收能量，能量在相互轉換，感性負荷所吸收的無功功率可由容性裝置輸出的無功功率中得到補償。 二、無功補償?shù)哪康呐c效果 21補償無功功率，提高功率因數(shù) 在電網(wǎng)運行中，因大量非線性負載的運行，除了要消耗有功功率外，還要消耗一定的無功功率。負荷電流在通過線路、變壓器是將會產生功率與電能損耗，由電能損耗公式可知，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(shù)的平方成反比。功率因數(shù)越低電網(wǎng)提供的無功就越多，電壓損失越大，電能損耗增大線損就越大，電費支出也會增加。因此，在受電端安裝無功補償裝置，可減少負荷的無功功率損耗，提高功率因數(shù)，增加設備容量，提高電壓，降低線路損耗。 22提高設備的供電能力 由P=SCOS可以看出，當設備的視在功率S一定時，如果功率因數(shù)COS提高，上式中的P也隨之增大，電氣設備的有功出力也就提高了。 23降低電網(wǎng)中的功率損耗和電能損失 由公式I=P/（3UCOS）可知當有功功率P和電壓U為定值時，負荷電流I與COS成反比，即I1/ COS。由于在輸送同樣功率途中，配電線路電阻的焦爾熱損失P與電流的平方成正比，即PI2。根據(jù)電流與功率關系式則得P1/ COS2。由于功率損耗P與功率因數(shù)的平方成反比。因此，在配電線路里提高功率因數(shù)來降損節(jié)電的效果十分明顯。安裝無功補償裝置后，功率因數(shù)提高，使線路中的電流減少，從而使功率損耗降低，降低電網(wǎng)中的功率損耗是安裝無功補償設備的主要目的。 24改善電壓質量 在線路中電壓損失U的計算公式如下： U=(PR+QXL)/Ue10-3 式中：U 線路中的電壓損失 kV P 有功功率 MW Q 無功功率 Mvar Ue 額定電壓 kV R 線路總電阻 XL 線路感抗 由上式可知，當線路中的無功功率Q減少以后，電壓損失U也就減少了。 25減少用戶電費開支，降低生產成本 26減少設備容量，節(jié)省電網(wǎng)投資三、電網(wǎng)無功補償 31電網(wǎng)無功補償?shù)脑瓌t和方式 農村電網(wǎng)無功補償?shù)脑瓌t為：全面規(guī)劃，合理布局，分級補償，就地平衡。 農村電網(wǎng)無功補償?shù)姆绞綖椋杭醒a償與分散補償相結合，以分散補償為主；高壓補償與低壓補償相結合，以低壓補償為主；調壓與降損相結合，以降損為主。 32電網(wǎng)功率因數(shù)要求由于改善功率因數(shù)對供電部門在降低線路損耗，提高電壓，增加設備容量，改善電網(wǎng)的運行水平具有十分重要的作用。供電部門就對電網(wǎng)的功率因數(shù)提出具體規(guī)定。 縣電力公司年平均功率因數(shù)應在0.90以上。 220KV及以下電壓等級變電站中主變壓器二次側功率因數(shù)應在0.90以上。 每條10 KV出現(xiàn)的功率因數(shù)應在0.90以上。 100kVA及以上容量的用戶變壓器二次側功率因數(shù)應在0.90以上。 農業(yè)用戶配電變壓器低壓側功率因數(shù)應在0.85以上。 33無功集中補償與分散補償 無功集中補償?shù)牟蛔悖弘娏τ脩魹榱藵M足供電部門對功率因數(shù)的要求，就采取加裝無功補償設備。以前在無功補償方面，各國多采用集中補償方式，即在用戶的配電室0.4kV母線上安裝電力電容器進行集中補償。這樣的補償方式只能改善配電變壓器0.4kV母線以上電網(wǎng)的功率因數(shù)，而對用戶內部的低壓配電線路則功率因數(shù)還是得不到改善，也就是說對用戶沒有什么經(jīng)濟效益。同時，采用集中補償時，當用戶負荷滿載運行時，功率因數(shù)比較低；而在用戶停止負荷后，功率因數(shù)又往往超前。這時無功功率將向電力系統(tǒng)倒流，從而引起線路電壓升高，加大電能損耗給電力系統(tǒng)帶來極為不利的影響。因此供電部門要求用戶的功率因數(shù)必須始終處于滯后的狀態(tài)。 無功分散補償?shù)膬?yōu)越性：眾所周知，將電壓由10kV通過變壓器變到0.4kV，其變比是25倍，如果在10kV線路里的電流是1安培，而在0.4kV側就是25安培。由于電能損耗同電流的平方成正比。這樣在0.4kV線路里的損耗就是10kV線路里損耗的625倍，這個數(shù)值是相當驚人的。而目前在國內絕大多數(shù)用電單位內部的0.4kV線路里，很少加裝無功補償設備，使大量電能白白浪費掉，這是目前所普遍采用的在用戶0.4kV母線上加裝無功集中補償?shù)闹饕蛔阒?，也是實行無功分散補償來節(jié)約用電的主要理論依據(jù)。在0.4kV線路里推廣無功分散補償可使電力用戶的功率因數(shù)提高到0.9以上；可以提高異步電動機的端電壓、避免燒壞電動機；可使0.4kV配電系統(tǒng)增容30%，減少設備投資；更重要的是可為電力用戶節(jié)約10%以上的電費，其經(jīng)濟效益十分明顯。 四、無功補償容量的選擇 41變電站無功補償容量一般按主變容量確定補償容量Qc。 35KV及以上變電站原則上只補償主變壓器無功損耗，并考慮留有一定裕度，可按主變容量的10%15%來補償。 42變電站10KV配電線路可以根據(jù)無功負荷情況采取分散補償?shù)姆绞竭M行補償。 43在農村10kV線路里，由于點多、線長、面廣、負荷季節(jié)性強，配電變壓器空載損耗大，以及異步電動機大馬拉小車等多種因素，因而農村電網(wǎng)的功率因數(shù)特別低。在農村10kV電網(wǎng)里，配電變壓器的損耗占全部線路損耗的80%以上。而變壓器的損耗分為鐵損和銅損，鐵損與負荷無關，幾乎是恒定量，在配電變壓器額定負荷時，鐵損約占1/3。由于農村電網(wǎng)內配電變壓器的負荷率很低，經(jīng)常處于空載運行狀態(tài)，所以配電變壓器的鐵損在總的線路損耗中就占很大比重。因此在降低農村10kV電網(wǎng)的線路損耗時，只要配電變壓器的鐵損能得到補償，就能起到很好的預期效果。對10kV農網(wǎng)配電變壓器的鐵損補償可以按照變壓器容量的10%選配，就可以把變壓器的全部鐵損補償?shù)簟?配電變壓器容量在100kVA及以上的用戶，必須進行無功補償，并應采取自動投切補償裝置，其補償容量根據(jù)負荷性質來確定。 配電變壓器低壓側安裝電容器時，應考慮以下原則：在輕負荷時，防止向10 kV配電網(wǎng)倒送無功，以取得最大的節(jié)能效果，根據(jù)配變容量按下式計算： Qc=（0.10.15）Sn （Kvar） 式中，Sn 配變容量 kV 按提高功率因數(shù)值確定補償容量Qc。Qc=P1/ COS21-1-1/ COS22-1 （Kvar）式中，P 最大負荷月的平均有功功率 KW COS1、COS2 補償前后功率因數(shù)值。例如：某加工廠最大負荷月的平均有功功率為300 KW，功率因數(shù)COS=0.6，擬將功率因書提高到0.9，則所選電容量為：Qc =3001/0.62-1-1/0.92-1 =300（1.33-0.48）=255 （Kvar） 按提高電壓值確定補償容量Qc。Qc=UU2/X （Kvar）式中，U 需要提高的電壓值 V U2 需要達到的電壓值 kV X 線路電抗 44按感應電動機空載電流值確定補償容量。電動機的無功補償一般采用就地補償方式，電容器隨電動機的運行和停止投退，容量以不超過電動機空載的無功損耗為宜，計算公式：Q3 Ue Io （Kvar）式中，Ue 電動機額定電壓 （kV） Io 電動機空載電流，可用鉗形表測出若出略估算，也可用公式：Qc=（1/41/2）Pn式中Pn 電動機額定功率 KW 總而言之，農村電網(wǎng)改造工程的實施，為解決之后的無功補償提供了極好的機會。淘汰高能耗的變配電設備、更換導線、縮短供電半徑等，雖是提高電能質量、降低損耗的有效措施，但僅僅在此方面的投入是遠遠不夠的。無功補償?shù)淖饔媚苡行У臏p少線路損失，若電網(wǎng)的功率因數(shù)由0.77提高到0.97，其線損可降低37%，降損效果極其顯著。另外無功補償能明顯的減少系統(tǒng)元件的容量，提高電網(wǎng)的輸送能力和挖掘變配電容量。因為電網(wǎng)傳輸?shù)碾娏髋c功率因數(shù)成反比，功率因數(shù)提高后，電流數(shù)值下降，導線截面可相應減小或在原導線截面的前提下，能提高電網(wǎng)的輸送能力，且減輕和改善了傳輸元件的發(fā)熱，從而延長了元件的使用壽命。同理，變配電設備的容量與功率因數(shù)成反比，功率因數(shù)提高后，視在功率下降，可選用較小容量的變配電設備。實踐證明，經(jīng)合理補償?shù)淖儔浩?，一般能增?0%，這樣減少了增容或擴建所需的巨大一次性投資。無功補償設備的投入，還可改善用戶的電壓質量。電網(wǎng)功率因數(shù)提高后，減少了電網(wǎng)輸送的無功