電感和電容在無功功率中的作用

-.-..-可修編.-可修編-.電力系統(tǒng)電壓與無功補償現(xiàn)代生產(chǎn)和現(xiàn)代生活離不開電力。電力部門不僅要滿足用戶對電力數(shù)量不斷增長的需量的一個重要方面，同時，電壓質(zhì)量的凹凸對電網(wǎng)穩(wěn)定、經(jīng)濟運行也起著至關(guān)重要的作用。信息請登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)電壓與無功補償電壓顧名思義就是電(力)的壓力。在電壓的作用下電能從電源端傳輸?shù)接脩舳耍?qū)動用電設(shè)備工作。“有功功率”。另一局部能量是用來建立磁“無功功率”，無功是相對于有功而言，不能說無功是無用之功，沒有這局部功率，就不能建立感應(yīng)磁場，電動機、變壓器等設(shè)功功率。信息來自:.tede.電容正好吸取能量。能量就在它們中間相互交換。即電感性負荷所需的無功功率，可以由電容器的無功輸出得到補償，因此我們把具有電容性的裝置稱為“無功補償裝置”。電力系統(tǒng)常用的無功補償裝置主要是電力電容器和同步調(diào)相機。信息來源:.tede.假設(shè)電力負荷的視在功率為S，有功功率為P，無功功率為Q，有功功率、無功功率和視在功率的比值，我們稱為功率因數(shù)，用cosf表示，cosf=P/S。它說明白電力負荷的性質(zhì)。P=UIcosfQ=UIsinfS=(P2+Q2)1/2=UI信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)有功功率的常用單位為千瓦(kW)，無功功率為千乏(kvar)，視在功率的單位為千伏安(kVA)。無功功率按電路的性質(zhì)有正有負，Q為正值時表示吸取無功功率，Q為負值時表示發(fā)出無功功率，在感性電路中，電流滯后于電壓，f>0，Q為正值。而在容性電路中，電流超前于電壓，f<0，Q為負值。〔f表示電流與電壓的方向，是滯后還是超前〕信息來源:tede.這就是人們通常稱電動機等設(shè)備“吸取”無功而電容器發(fā)出“無功”的道理。電壓水平與無功功率補償一條輸電線路為例來分析這個問題。一段輸電線路的單相等值電路，其中R、X分別為一相的電阻和等值電抗，U1、U2為首未端相電壓，I為線路中流過的相電流。信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)U2為參考軸，設(shè)線路電流I為正常的阻感性負荷電流，它滯后于U2一個角度f，電流流過線路電阻產(chǎn)生一個電壓降IR，它與電流向量同方向，同時，線路電流也在線路上產(chǎn)生一個電壓降IX，它超前于電流向量90度,U1就是U2、IR、IX三個電壓的和。DU為電壓DU1和DU2之和，U1=IRcosf，DU2=IXsinf，所以線路的電壓損耗為DU=DU1+DU2=I(Rcosf+Xsinf)，假設(shè)電流I用線路末端的單相功率S和電壓U2來表示，即P=U2Icosf,Q=U2Isinf則可得：信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)DU=(PR+QX)/U2壓降。一般說來，在超高壓電網(wǎng)的線路、變壓器的等值電路中，電抗的數(shù)值比電阻大得多。所以無功功率對電壓損耗的影響很大，而有功功率對電壓損耗的影響則要小得多。因此，可以得出結(jié)論，在電力系統(tǒng)中，無功功率是造成電壓損耗的主要因素。信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)從前面的分析我們知道，當線路、變壓器傳輸功率時，會產(chǎn)生電壓損耗，因而影響了電節(jié)點的電壓狀況。由電壓損耗表達式DU=(PR+QX)/U可知，要轉(zhuǎn)變電壓損耗有兩種方法。(1)轉(zhuǎn)變元件的電阻;(2)轉(zhuǎn)變元件的電抗，都能起到轉(zhuǎn)變電壓損耗的作用?？蓪嵭械囊环N方法是增大導線截面減小電阻以減小電壓損耗，這種方法在負荷功率因數(shù)較高、原有導線截面偏小的配電線路中比較有效。適宜負荷不斷增加的農(nóng)村地區(qū)承受。而電網(wǎng)中用的最多的方法是削減線路中的電抗分裂導線就可以明顯降低線路的電抗。在我國，220kV線路一般承受二分裂、500kV線路承受四分裂導線。承受分裂導線，降低線路電抗，不僅僅削減了電壓損耗，而且有利于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，能提高線路的輸電力量。現(xiàn)在已逐步承受的緊湊型構(gòu)造輸電線路，還可以進一步降低輸電線路的電抗，不僅提高了電網(wǎng)的穩(wěn)定性，同時，也降低了線路的電壓損耗。減小線路電抗的另一種方法是承受串聯(lián)電容補償，就是在線路中串聯(lián)肯定數(shù)值的電容器，大家知道，同一電流流過串聯(lián)的電感、電容時，電感電壓與電容電壓在相位上正好差180度. 承受串聯(lián)電容補償其主要目的也是增加線路的輸電力量，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性，同時，也降低了線路電壓損耗。串聯(lián)電容器補償，現(xiàn)在主要應(yīng)用于超高壓、大容量的輸電線路上，到的500kV輸電線路全長300多km，在加裝了串聯(lián)電容補償后電網(wǎng)線損降低，電壓質(zhì)量改善，電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性30%以上。信息請登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)為了更直觀的說明轉(zhuǎn)變電抗對降低電路電壓損耗的作用，我們舉一個簡潔的例子：有一110kV線路，輸送有功功率15MW，無功功率20Mvar，線路電阻R為2W，線路電抗XL為6W(這里只是假設(shè)的數(shù)值，因線路的電抗和線路的長度、截面、材料，構(gòu)造等諸多因素有關(guān)，計算比較簡單)信息來自:.tede.求：在電抗XL=6W和經(jīng)補償后電抗XL=2W時的壓降。解：XL=6WDU=(PR+QXL)/U=(15×106×2+20×106×6)/(110×103×31/2)=788(V)XL=2W時電壓損耗：DU=(PR+QXL)/U=(15×106×2+20×106×2)/(110×103×31/2)=368(V)信息來自:.tede.削減電壓損耗=788V-368V=420V。信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)降低電抗后對提高電壓的作用顯而易見。信息來源:tede.除了用轉(zhuǎn)變電力網(wǎng)參數(shù)來削減電壓損耗以外網(wǎng)元件中傳輸?shù)墓β?。即轉(zhuǎn)變表達式中的P和Q的大小，在滿足負荷有功功率的前提下，要轉(zhuǎn)變供電線路、變壓器傳輸?shù)挠泄β?，是比較困難的，常常是不行能的。因此，轉(zhuǎn)變線-.-..-可修編.-可修編-.路、變壓器傳輸功率都是轉(zhuǎn)變其無功功率，使表達式中的Q削減。由此我們引出無功功率的幾個格外重要的關(guān)鍵的概念。無功功率補償概念信息來自:.tede.配置各種無功功率補償裝置。例如：目前地區(qū)有功負荷的2/3電力要從、蒙、等地遠距離用超高壓500kV線路送來，施(一般為1kW1kvar的無功電力補償設(shè)施)。無功功率就地補償?shù)母拍钚畔碜?輸配電設(shè)備網(wǎng)無功補償裝置的分布，首先要考慮調(diào)壓的要求，滿足電網(wǎng)電壓質(zhì)量指標。同時，也要避開是經(jīng)濟上的需要，也是無功電力特征所必需的，假設(shè)不這樣做，就達不到最正確補償?shù)哪康?，解決不了無功電力就地平衡的問題。無功功率平衡的概念信息請登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)如同有功功率平衡一樣，電力系統(tǒng)的無功功率在每一刻也必需保持平衡。在電力系統(tǒng)中，頻率與有功功率是一對統(tǒng)一體，當有功負荷與有功電源出力相平衡時，頻率就正常，到達額定值50Hz，而當有功負荷大于有功出力時，頻率就下降，反之，頻率就會上升。電壓與無功功率也和頻率與有功功率一樣，是一對對立的統(tǒng)一體。當無功負荷與無功出力相平衡時，電壓就正常，到達額定值，而當無功負荷大于無功出力時，電壓就下降，反之，電壓就會上升。多，大體上有以下幾點：信息來源:tede.①是這樣的。于平衡狀態(tài)時，那么狀況就更簡單了，當無功出力大于無功負荷時，電壓普遍會高一些，但也會有個別地方可能低一些，反之，也是如此。②系統(tǒng)需要的無功功率遠遠大于發(fā)電機所能供給的無功出力這些無功損耗與整個電網(wǎng)中的無功負荷的大小是差不多的，我們以一臺50MVA的110kV變壓器為例來了解變壓器在運行中的無功損耗狀況。信息來源:.tede.變壓器的參數(shù)為：Ue=110kV，Se=50MVA，Uk%=17%，變壓器在傳送電能時的無功損耗的計算式為：信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)Q=SeUk%(I/Ie)2式中I--變壓器的負荷電流;Ie--變壓器的額定電流，與變壓器的無功損耗與變壓器的負載率、變壓器的額定容量及短路阻抗有關(guān)。假設(shè)這臺變壓器滿負荷運行，那么它的無功損耗就是：Q=50MVA×17%=8.5Mvar器滿負荷時的無功損耗。③不行能，這是由于超高壓等級的變壓器、線路電抗較大，其無功損耗Q=I2X相應(yīng)也很大，失也相當大，同樣會造成無法傳送的結(jié)果。合理的就地無功補償對調(diào)整系統(tǒng)電壓、降低線損有格外重要的作用。信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)設(shè)有一條110kV線路選用LG-300型導線(導線電阻0.095W/km)線路全長20km，輸送有功功率30MW，無功功率40Mvar，下面分別計算在功率因數(shù)cosf=0.6和0.9時線路的功率損耗和應(yīng)補償?shù)臒o功功率。此題只計算導線電阻的功率損耗，不考慮其它因素。在cosf=0.6時，此時有功P=30MW，無功Q=40Mvar，視在功率S=50MVA，電流I=S/U=50MVA/(110kV×31/2)=263A，功率損耗P=I2·R=2632×0.095×20×3=394kW。在cosf=0.9時，此時有功功率P=30MW，視在功率S=33.333MVA，無功功率Q=14.528Mvar，I=S/U=33.333MVA/(110kV×31/2)=175A，功率損耗P=I2·R=1752×0.095×20×3=175kW40-14.528=25.472Mvar。信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)補償前后有功損耗相差219kW。由計算結(jié)果可知補償無功功率25.472Mvar后每小時可219kWh。信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)電網(wǎng)電壓、提高供電質(zhì)量、抑制諧波干擾、保證電網(wǎng)安全運行都有著格外重要的作用。信息來自:.tede.無功補償裝置的合理使用可以給供電企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益大企業(yè)來說，線損每降低0.1個百分點，就可以增加上千萬元收入。信息請登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)無功功率的需求和補償線路和變壓器中的無功功率損耗。補償元件的不合理運行使某段時間無功功率過剩，也會造成整個電網(wǎng)的運行電壓過高。我國電網(wǎng)曾在20世紀70年月由于缺乏無功功率補償設(shè)備而長期處于低電壓運行狀態(tài)。電壓問題更加嚴峻。在這種狀況下，首要的問題應(yīng)當是增加無功功率補償設(shè)備。先例。.各種無功補償設(shè)備及補償方式下面我們介紹各種無功功率補償設(shè)備及補償方式。信息來源:tede.同步調(diào)相機同步調(diào)相機實質(zhì)上是一種不帶機械負載的同步電動機因此，很多國家不再增同步調(diào)相機作為無功補償設(shè)備。但是同步調(diào)相機也有自身的優(yōu)點：信息來源:.tede.①器只能分成假設(shè)干個小組，進展階梯式的調(diào)壓。②調(diào)相機可以依據(jù)系統(tǒng)無功的需要100%的無功功率，欠勵磁時還可以吸取其額定的50%的無功功率。電容器只能發(fā)出無功，不能吸取無功。信息來源:.tede.③10%，變?yōu)?.9Ue時，電容器輸出的無功功率變?yōu)?.81Q，即其輸出的無功功率將下降19%，所以，電容器此時不能起到穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的作用。并聯(lián)電容器作為無功補償設(shè)備，電容器有以下顯著優(yōu)點：①電容器是最經(jīng)濟的設(shè)備。它的一次性投資和運行費用都比較低，且安裝調(diào)試簡潔。②電容器的損耗低，效率高?，F(xiàn)代電容器的損耗只有本身容量的0.02%左右。調(diào)相機除了本身的損耗外，其附屬設(shè)備還需用肯定的所用電，損耗2%～30%，大大高于電容器。③信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)④用戶。而調(diào)相機則只能固定安裝在中心變電站，應(yīng)用有較大的局限。并聯(lián)電容器是電網(wǎng)中用得最多的一種無功功率補償設(shè)備，目前國外電力系統(tǒng)中90%的無功補償設(shè)備是并聯(lián)電容器。并聯(lián)電抗器信息來自:.tede.行電壓過高。障引起的過電壓從而危及系統(tǒng)的絕緣。并聯(lián)電抗器可以直接接到超高壓(275kV及以上)線路上，其優(yōu)點是：可以限制高壓線路的弧，從而提高單相重合閘的成功率。高壓電抗器本身損耗小，但造價較高。并聯(lián)電抗器也可便利。從進展趨勢看，更多的將承受高壓電抗器。只承受心式構(gòu)造。飽和，維持線性。信息來源:tede.靜止補償器(SVC-StaticVarpensator)信息來源:.tede.般只有20ms500kV樞紐變電站都承受了這種裝置。信息來自:.tede.15%~20%，諧波的干擾使眾多用戶的電視不能收看，電器設(shè)備不能正常使用，群眾反響強烈。產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，獲得了良好的經(jīng)濟效益。信息來源:.tede.靜止補償器的最大特點是調(diào)整快速。為了充分發(fā)揮它在需要無功功率時的快速調(diào)整能用這種設(shè)備。信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng).各種調(diào)壓方法的比較和應(yīng)用電力系統(tǒng)電壓的調(diào)整可以通過對中樞點電壓的調(diào)整來實現(xiàn)。壓高于低谷負荷時的電壓調(diào)整方式，稱為“逆調(diào)壓“。中樞點承受逆調(diào)壓方式的，在頂峰負荷時一般保持電壓比線路額定電壓高5%，在低谷負荷時電壓下降至線路額定電壓。信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)對供電線路不長，負荷變化不大的中樞點，可以承受“順調(diào)壓“，順調(diào)壓就是在頂峰負荷額定電壓的102.5%，低谷負荷時中樞點電壓不高于線路額定電壓的107.5%。信息請登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)介于“逆調(diào)壓“與“順調(diào)壓“之間的是“恒調(diào)壓“，恒調(diào)壓是指在任何負荷時，保持中樞點電壓102%～105%的額定電壓。信息來自:.tede.有差異。因此，電壓調(diào)整要依據(jù)系統(tǒng)具體狀況，選用適宜的方法，才能到達目的。電壓質(zhì)量。合理使用發(fā)電機調(diào)壓常?？梢栽诤艽蟪潭壬蠝p輕其它調(diào)壓措施的負擔。器電壓的方法。通常，大量承受并聯(lián)電容器作為無功補償設(shè)備，其突出的優(yōu)點是投資低，安償器是一種性能良好，維護便利的型補償裝置，在價格相當?shù)臈l件下，應(yīng)優(yōu)先選用。信息來自:.tede.對于500kV、330kV及局部220kV線路，以及大量使用電纜作為出線的電網(wǎng)，要裝設(shè)足夠的并聯(lián)電抗器，以防止線路輕載時充電功率過剩引起電網(wǎng)電壓過高。法僅僅用發(fā)電機調(diào)壓或無功補償?shù)姆椒▉頋M足兩種運行方式下用戶電壓的要求了變壓器或多級變壓器，承受有載調(diào)壓是保證用戶電壓質(zhì)量最有效的方法.5.并聯(lián)電容器組的接線方式信息請登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)10kV380V配電系統(tǒng)中有少量使用。減小到肯定圍，并使故障影響減輕。星形接線的電容器組構(gòu)造比較簡潔、清楚，建設(shè)費用經(jīng)濟，當應(yīng)用到更高電壓等級時，這種接線更為有利。信息來自:.tede.熔絲可以將故障電容器快速切除，不致造成電容器爆炸。信息來源:.tede.由于上述優(yōu)點，各電壓等級的高壓電容器組現(xiàn)已普遍承受星形接線。高壓電力系統(tǒng)的電容器組除廣泛承受星形接線外，雙星形接線也在國外得到廣泛應(yīng)用。網(wǎng)母線，兩組電容器的中性點之間經(jīng)過一臺低變比的電流互感器連接起來。地故障的影響。壓等級較高，每相串聯(lián)段數(shù)較多，為簡化構(gòu)造布局，宜承受單星形接線。電容器一次側(cè)接有串聯(lián)電抗器和并聯(lián)放電線圈器上的電荷快速、牢靠地釋放掉。由于電容器組需要常常進展投入、切除操作，其間隔可能很短，電容器組斷開電源后，其電極間儲存有大量電荷，不能自行很快消逝，在短時間，其電容器和系統(tǒng)的安全運行。因此，必需安裝放電線圈，將它和電容器并聯(lián)振電路，使電能在諧振中消耗掉。放電線圈應(yīng)能在電容器斷開電源5s將電容器端電壓下降到50V。對串聯(lián)電抗器的作用，我們做一下重點介紹：信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)電容器配套設(shè)置的串聯(lián)電抗器是為了限制合閘涌流和限制諧波兩個目的制合閘涌流的作用格外淺顯，不言而喻。但是限制諧波的原理我們需要解釋一下：50Hz頻率，357……益受到有關(guān)部門的重視。量，因此必需加以治理。器回路中串聯(lián)肯定數(shù)值的電抗器，即造成一個對n次諧波的濾波回路。在實際運行中，3次、5次、7次諧波重量往往偏高，是電容器濾波回路的主要目標。所謂3次、5次、7次……諧波，指的是諧波的頻率相當于工頻的3倍、5倍或7倍。當串聯(lián)電抗器的n次諧波感抗與電容器的n次諧波容抗相等時，即nwL=1/(nwC)時構(gòu)成串聯(lián)諧振條件，則母線的n次諧波電壓將被抑制得干干凈凈。對于3次諧波：3XL=(1/3)XC，則XL=(1/9)XC=0.11XC5次諧波：5XL=(1/5)XC，則XL=(1/25)XC=0.04XC。12%電抗構(gòu)成3次諧波濾波器，12%電抗率的含義是指串聯(lián)電抗器的感抗值為該回路電容器容抗值的12%,而用串聯(lián)6%電抗構(gòu)成5次諧波濾波器。不正好承受11%和4%，而是稍大一點，目的是使電容器回路阻抗呈感性，避開完全諧振時電容器過電流。信息來自:.tede.當變電站母線上具有兩組以上電容器組流，可使流入系統(tǒng)的諧波電流減小。信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)“補償”將產(chǎn)生的諧波電流流入系統(tǒng)，這時將使系統(tǒng)諧波電流擴大，并使母線電壓波形發(fā)生畸變。也就是說，僅當電容器回路對諧波呈電感性時，才不會發(fā)生對系統(tǒng)的諧波放大。信息請登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)當變電站母線上既有串大電抗的電容器組又有串小電抗的電容器組時1：諧波12%電抗器6%電抗器電容器信息來源:tede.基波12%6%100%信息來自:.tede.三次諧波36%18%33.3%五次諧波60%30%20%信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)由表1可見，串12%電抗的電容器回路對3次和5次諧波均呈電感性。而串6%電抗器的電容器回路對5次諧波呈電感性，而對3次諧波卻呈電容性。也就是說，串6%電抗的電容器組會在抑制5次諧波的同時，放大3次諧波，假設(shè)此時系統(tǒng)恰有較大的3組合，還會引發(fā)諧振。造成嚴峻后果。2組以上電容器組時，電容器組的投停挨次應(yīng)按所串電抗器百分電抗大小匹配進展。即：電抗值大的先投，回避對可能存在的3次諧波的放大效應(yīng)，使3次、5次諧波均受到抑制后，再投入串小電抗電容器組，停用時相反。在并聯(lián)電容器組操作規(guī)定和并聯(lián)電容器組保護及VQC裝置的整定時，均應(yīng)遵守這一原則。.并聯(lián)電容器的保護方式保護熔絲現(xiàn)代電容器組的每臺電容器上都裝有單獨的熔絲保護，這種熔絲構(gòu)造簡潔，安裝便利，志便可簡潔地查出故障的電容器，以便更換。過電流保護信息請登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)諧波引起的過電流。為避開合閘涌流引起保護的誤動作，過電流保護應(yīng)有肯定的時限，一般將時限整定到0.5s不平衡電壓保護信息請登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)從這個根本點動身來確定的。信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)-.-..-可修編.-可修編-.流不平衡來啟動繼電器。這些保護方式各有優(yōu)缺點，我們可以依據(jù)需要選擇。單星形接線的電容器組目前國廣泛承受開口三角電壓保護。形，在開口處連接一只低整定值的電壓繼電器，在正常運行時，三相電壓平衡，開口處電壓為零，當電容器因故障被切除后，即消滅差電壓U0，保護采集到差電壓后即動作掉閘。不平衡電流保護過電流繼電器，以到達保護電容器組的目的。常見的不平衡電流保護的方式有以下兩種：雙星形中性點間不平衡電流保護保護所用的低變比TA串接于雙星型接線的兩組電流器的中性線上，在正常狀況下，三障，故障相的電壓下降，中性點消滅電壓，中性線有不平衡電流I0流過，保護采集到不平衡電流后即動作掉閘。這種保護方式比較簡潔，系統(tǒng)電壓不平衡，一相接地故障、高次諧波電流及合閘涌流，都不會引起保護誤動，所以在國外得到廣泛應(yīng)用。橋式差動電流保護常運行時，橋路中電流為零，任意一臺電容器因故障被切除后，橋接電路中將有電流流過，保護采集到該電流后即動作掉閘。過電壓保護和低電壓保護信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)電容器在過高的電壓下運行時，其部游離增大，可能發(fā)生局部放電，使介質(zhì)損耗增大，安裝過電壓保護就是為了這個目的。過電壓保護的整定值一般取電容器額定電壓的1.1~1.2倍。低電壓保護主要是防止空載變壓器與電容器同時合閘時工頻過電壓和振蕩過電壓對電及設(shè)備絕緣。因此安裝低電壓保護，當母線電壓降到額定值的60%左右時即動作將電容器切除。-.-..-可修編.-可修編-.并聯(lián)電容器的運行投運前的檢查驗收裝電容器在投入運行前應(yīng)做如下檢查