低壓電網(wǎng)中無(wú)功補償技術(shù)的研究

摘要:通過(guò)技術(shù)改造,可使低于標準要求的功率因數達標,實(shí)現節約用電的目的。通過(guò)分析低壓電網(wǎng)中無(wú)功補償的作用和補償容量的選擇方法,闡明了采用無(wú)功補償技術(shù)提高低壓電網(wǎng)和用電設備的功率因數,已成為節電工作的一項重要措施。

0前言

各工業(yè)企業(yè)用電系統功率因數的高低, 直接影響整個(gè)電網(wǎng)的供電質(zhì)量和發(fā)電系統的電能利用率。過(guò)低的功率因數,不僅使電力系統內的供電設備容量得不到充分利用,增加電力電網(wǎng)中輸電線(xiàn)路上的電能損耗,還會(huì )使線(xiàn)路的電壓損失增大,有時(shí)使得負荷端的電壓低于允許值, 嚴重影響異步電動(dòng)機及其它用電設備的正常運行, 甚至損壞。電力系統功率因數的高低,已經(jīng)成為電力系統的一項重要經(jīng)濟指標。因此, 要求電力系統的各級都要根據分級就地平衡的原則,采取措施補償無(wú)功功率,提高功率因數。

為了降低無(wú)功功率提高功率因數,一般從2方面采取措施:一是提高自然功率因數;二是采用供應無(wú)功功率的設備來(lái)補償用電設備所需的無(wú)功功率,以提高其功率因數,稱(chēng)為提高功率因數補償法。補償方法通常有3種: ( 1)采用同步電機補償; ( 2)采用同步調相機; (3)采用移相電容器補償。由于移相電容器是一種投資省、見(jiàn)效快、維護方便的無(wú)功電源,低壓電網(wǎng)常常選用移相電容器來(lái)提高功率因數。它包括固定電容器( FC)補償和自動(dòng)投切電容器的動(dòng)態(tài)補償以及兩者混合補償等方式。

1影響功率因數的主要因素

功率因數的產(chǎn)生主要是因為交流用電設備在其工作過(guò)程中,除消耗有功功率外, 還需要無(wú)功功率。當有功功率P一定時(shí),如減少無(wú)功功率Q,則功率因數便能夠提高。在極端情況下, 當Q = 0時(shí), 則其功率因數為1。因此提高功率因數問(wèn)題的實(shí)質(zhì)就是減少用電設備的無(wú)功功率需要量。

1. 1異步電動(dòng)機和電力變壓器是耗用無(wú)功功率的主要設備

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

1. 2供電電壓超出規定范圍也會(huì )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(shí),由于磁路飽和的影響,無(wú)功功率將增長(cháng)得很快, 據有關(guān)資料統計,當供電電壓為額定值的110%時(shí),一般工廠(chǎng)的無(wú)功將增加35%左右[ 1 ]。當供電電壓低于額定值時(shí),無(wú)功功率也相應減少,從而使它們的功率因數有所提高。但供電電壓降低會(huì )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。

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

當供電電網(wǎng)頻率降低時(shí),異步電機和變壓器的勵磁電流將大為增加,引起系統的無(wú)功功率損耗增加,導致功率因數降低。

2低壓電網(wǎng)無(wú)功補償中的技術(shù)問(wèn)題

2. 1無(wú)功補償的合理配置原則

從電力網(wǎng)無(wú)功功率消耗的基本狀況可以看出,各級網(wǎng)絡(luò )和輸配電設備都要消耗一定數量的無(wú)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(wú)功功率的傳輸損耗,提高輸配電設備的效率,無(wú)功補償設備的配置應按以下原則合理布局:

(1)總體平衡與局部平衡相結合,以局部為主。

(2)電力部門(mén)補償與用戶(hù)補償相結合。

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

(3)分散補償與集中補償相結合,以分散為主。

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

2. 2就地補償的優(yōu)點(diǎn)

(1)就地補償基波無(wú)功功率, 濾除諧波無(wú)功功率,降低了補償點(diǎn)到高壓公共連接點(diǎn)的供配電損耗,節能效果明顯[ 3 ]。

(2)就地補償可以解決高壓補償不能解決的由于負載沖擊引起的低壓電網(wǎng)的網(wǎng)壓波動(dòng)問(wèn)題。

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

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

2. 3補償方式

2. 3. 1低壓集中補償方式

目前,國內較普遍采用的一種無(wú)功補償方式,是在配電變壓器380 V側進(jìn)行集中補償,在這種方式下,補償裝置通常采用微機控制的低壓并聯(lián)電容器柜,容量在幾十至幾百千伏不等,它是根據用戶(hù)負荷水平的波動(dòng),投入相應數量的電容器進(jìn)行跟蹤補償。主要目的是提高專(zhuān)用變壓器用戶(hù)的功率因數,實(shí)現無(wú)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(hù)的電壓水平。

這種補償方式的投資及維護均由專(zhuān)用變壓器用戶(hù)承擔。目前國內各廠(chǎng)家生產(chǎn)的自動(dòng)補償裝置通常是根據功率因數來(lái)進(jìn)行電容器的自動(dòng)投切,也有為了保證用戶(hù)電壓水平而以電壓為判據進(jìn)行控制。這種補償方式雖然利于保證用戶(hù)的電能質(zhì)量,但對電力系統并不可取。因為線(xiàn)路電壓的波動(dòng)主要由無(wú)功量變化引起,而線(xiàn)路的電壓水平由系統情況決定。當線(xiàn)路電壓基準偏高或偏低時(shí),無(wú)功功率的投切量可能與實(shí)際需求相差甚遠,可能出現無(wú)功功率補償過(guò)多或補償不足的情況。