無功補(bǔ)償技術(shù)介紹

無功補(bǔ)償技術(shù)介紹主講人：艾圣奇時間：2017年3月15日2023/2/6二、無功補(bǔ)償?shù)脑硭?、我廠無功補(bǔ)償技術(shù)的介紹主要內(nèi)容三、無功與電壓的調(diào)整一、無功補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)知識2023/2/61.1無功功率一、無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識電網(wǎng)中電力設(shè)備多數(shù)是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，如配電變壓器、電動機(jī)等，它們在能量轉(zhuǎn)換過程中建立交變的磁場，在一個周期中吸收的功率和釋放的功率相等。電能在通過純電容和純電感電路時并沒有能量消耗，僅在負(fù)荷與電網(wǎng)之間反復(fù)交換，由于這種交換不對外做功，因此成為無功功率。2023/2/61.1.1感性無功功率一、無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識由于電感線圈是儲藏磁場能量的元件，當(dāng)線圈加上交流電壓后，當(dāng)電壓交變時，相應(yīng)的磁場能量也隨著變化，當(dāng)電壓增大，電流和磁場能量也相應(yīng)增強(qiáng)，此時線圈的磁場能量將外電源供給的能量以磁場能量形式儲藏起來，當(dāng)電流減小和磁場能量減弱時，線圈把磁場能量釋放并輸回外電路中，電感電路不消耗功率。電路中僅是電源能量與磁場能量之間的往復(fù)交換。2023/2/61.1.2容性無功功率一、無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識由于電容器是儲藏電場能量的元件，當(dāng)電容器加上交流電壓后，當(dāng)電壓交變時，相應(yīng)的電場能量也隨著變化，當(dāng)電壓增大，電流和電場能量也相應(yīng)增強(qiáng)，此時電容器的電場能量將外電源供給的能量以電場能量形式儲藏起來，當(dāng)電壓減小和電場能量減弱時，電容器把電場能量釋放并輸回外電路中，電容電路不消耗功率。電路中僅是電源能量與電場能量之間的往復(fù)交換。2023/2/6a、感性無功：電流滯后電壓90°，如電動機(jī)、變壓器等設(shè)備；b、容性無功：電流超前電壓90°，如電容器、電纜、電力輸電線路；c、基波無功：與電源頻率相等的無功；d、諧波無功：與電源頻率不相等的無功；1.2、無功分類一、無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識2023/2/6電力系統(tǒng)中的負(fù)荷并不是純感性或純?nèi)菪缘?，是集容性、感性和阻性的綜合負(fù)載，這種負(fù)載的電壓和電流的向量之間有一定的相位差，相位角的余弦值就是功率因數(shù)值，也是有功功率與視在功率之比。計算公式為：COSΦ=P/S=P/√(P2

+Q2)

1.3功率因數(shù)一、無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識2023/2/6式中：COSΦ—功率因數(shù)P—有功功率，kWQ—無功功率，kvarS—視在功率，kVA在中高壓系統(tǒng)中，三相電壓和電流均對稱，三相功率因數(shù)基本相同，總功率因數(shù)為三相功率因數(shù)的平均值。1.3功率因數(shù)一、無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識2023/2/64.1、無功補(bǔ)償?shù)淖饔?提高功率因數(shù)的意義)無功補(bǔ)償?shù)闹饕饔檬翘岣吖β室驍?shù)，以減少設(shè)備容量、功率損耗，穩(wěn)定電壓提高供電質(zhì)量。安裝無功補(bǔ)償設(shè)備，可以減少無功功率在電網(wǎng)中的傳輸，減少了線路中的電壓損耗，提高了配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量。1.4無功補(bǔ)償一、無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識2023/2/6(1)、減少電壓損耗把線路中的電流分成有功電流Ip和無功電流Iq，線路中的電壓損耗：△U=(IpR+IqX)=(PR+QX)/UP—有功功率，kWQ—無功功率，kvarU—線路末端電壓，kVR—線路電阻，ΩX—線路電抗，Ω1.4、無功補(bǔ)償一、無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識2023/2/6因此進(jìn)行無功補(bǔ)償后，可減少線路上傳輸?shù)臒o功功率Q，若傳輸?shù)挠泄β什蛔?，且線路的電阻和電抗是一個常數(shù)，所以，傳輸?shù)臒o功功率Q越小，電壓損耗越小，從而提供了電壓質(zhì)量。1.4無功補(bǔ)償一、無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識2023/2/6(2)減少有功損耗把線路中的電流分成有功電流Ip和無功電流Iq，線路中的有功損耗：△P=R(P2+Q2)/U2P—有功功率，kWQ—無功功率，kvarU—線路末端額定電壓，kVR—線路電阻，ΩX—線路電抗，Ω1.4無功補(bǔ)償一、無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識2023/2/6因此提高功率因數(shù)后，可減少線路上傳輸?shù)臒o功功率Q，若傳輸?shù)挠泄β什蛔?，且線路的電阻是一個常數(shù)，所以，傳輸?shù)臒o功功率Q越小，有功損耗越小，從而節(jié)約了電能。1.4無功補(bǔ)償一、無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識2023/2/6(3)提高變壓器的利用率功率因數(shù)有COSΦ1提高到COSΦ2，提高了變壓器的利用率為：△S%=(S1－S2)/S1*100%=(1－COSΦ1/COSΦ2)*100%因此補(bǔ)償后的變壓器利用率提高了△S%，可以帶更多的負(fù)荷，減少了變壓器的投資。1.4無功補(bǔ)償一、無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識2023/2/6(4)、減少電費支出(1)、避免功率因數(shù)低于規(guī)定值而受罰；(2)、減少用戶配電網(wǎng)內(nèi)的無功傳輸而造成的有功損耗；1.4無功補(bǔ)償一、無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識2023/2/61.4無功補(bǔ)償一、無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識2023/2/6(5)提高電網(wǎng)輸電能力有功功率與視在功率的關(guān)系為：P=SCOSΦ可見，在電網(wǎng)傳輸一定有功功率的條件下，功率因數(shù)越高，需要電網(wǎng)傳輸?shù)目偣β试叫　?.4無功補(bǔ)償一、無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識2023/2/61.4.2無功補(bǔ)償?shù)男问?1)、集中補(bǔ)償：在高中壓總變電所母線上安裝補(bǔ)償設(shè)備。(2)、分散補(bǔ)償：在車間、村鎮(zhèn)終端或下級變電所的母線上安裝補(bǔ)償設(shè)備。(3)、就地補(bǔ)償：在功率因數(shù)較低的設(shè)備附近安裝補(bǔ)償設(shè)備。1.4無功補(bǔ)償一、無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識2023/2/61.4.3無功補(bǔ)償方式的選擇(1)集中補(bǔ)償與分散補(bǔ)償相結(jié)合，以分散補(bǔ)償為主。(2)調(diào)節(jié)補(bǔ)償與固定補(bǔ)償相結(jié)合，以固定補(bǔ)償為主。(3)高壓補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償相結(jié)合，以低壓補(bǔ)償為主。隨著電力系統(tǒng)補(bǔ)償方式的發(fā)展，以上第2點已經(jīng)慢慢被淘汰，將全部用動態(tài)補(bǔ)償來實現(xiàn)。1.4無功補(bǔ)償一、無功補(bǔ)償基礎(chǔ)知識2023/2/6電力系統(tǒng)中負(fù)載的綜合阻抗主要是呈感性，需要容性無功來補(bǔ)償感性無功。2.1無功補(bǔ)償原理二、無功補(bǔ)償?shù)脑?023/2/6U^I和I^U的含義；∠U^I=

Φ；∠I^U=

360-Φ；只要涉及向量或角度就會有基準(zhǔn)量的選取。注意：角度為逆時針，相序為順時針；2.2電壓、電流、角度、有功、無功、功率因數(shù)之間的關(guān)系二、無功補(bǔ)償?shù)脑?023/2/6電壓與電流夾角和功率三角形的關(guān)系；2.2電壓、電流、角度、有功、無功、功率因數(shù)之間的關(guān)系二、無功補(bǔ)償?shù)脑?023/2/6角度與功率因數(shù)、有功無功的關(guān)系；P=UIcosΦ；Q=UIsinΦ；2.2電壓、電流、角度、有功、無功、功率因數(shù)之間的關(guān)系二、無功補(bǔ)償?shù)脑?023/2/6電流互感器極性與角度、功率正負(fù)的關(guān)系；2.2電壓、電流、角度、有功、無功、功率因數(shù)之間的關(guān)系二、無功補(bǔ)償?shù)脑?023/2/60°<Φ<90°,P>0,Q>0；從母線取有功和無功；90°<Φ<180°,P<0,Q>0；給母線送有功,從母線取無功；180°<Φ<270°,P<0,Q<0；給母線發(fā)有功和無功；270°<Φ<360°,P>0,Q<0；從母線取有功,給母線送無功Φ=0°時，負(fù)荷為純阻性負(fù)載，只消耗有功；Φ=90°時，負(fù)載為純感性負(fù)載，只消耗無功；Φ=180°時，負(fù)載為純阻性負(fù)載，只發(fā)出有功；Φ=270°時，負(fù)載為純?nèi)菪载?fù)載，只發(fā)出有功；2.2電壓、電流、角度、有功、無功、功率因數(shù)之間的關(guān)系二、無功補(bǔ)償?shù)脑?023/2/6我廠功率因數(shù)調(diào)整的方法：1、通過投退無功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行功率因數(shù)的調(diào)節(jié)；2、通過發(fā)電機(jī)輸出的無功功率進(jìn)行功率因數(shù)的調(diào)節(jié)。2.3功率因數(shù)的調(diào)節(jié)二、無功補(bǔ)償?shù)脑?023/2/6無功功率補(bǔ)償前后的功率三角形簡圖2.4無功補(bǔ)償容量的確定二、無功補(bǔ)償?shù)脑?023/2/61、已知系統(tǒng)有功和功率因數(shù)，計算投入一定數(shù)量的補(bǔ)償設(shè)備后的功率因數(shù)已知：當(dāng)前系統(tǒng)有功P，當(dāng)前系統(tǒng)功率因數(shù)PF，投入補(bǔ)償設(shè)備容量Q1，計算補(bǔ)償后功率因數(shù)PF1.當(dāng)前系統(tǒng)視在功率S=P/PF；當(dāng)前系統(tǒng)無功Q=√(S2-P2)；PF1=P/√(P2+(Q-Q1)2)PF1=√(P2/(S2+Q12-2Q*Q1))2.4無功補(bǔ)償容量的確定二、無功補(bǔ)償?shù)脑?023/2/62、已知系統(tǒng)有功和功率因數(shù)，計算達(dá)到目標(biāo)功率因數(shù)需要投入多少補(bǔ)償容量已知：當(dāng)前系統(tǒng)有功P，當(dāng)前系統(tǒng)功率因數(shù)PF，目標(biāo)功率因數(shù)PF1,計算需要投入多大容量的補(bǔ)償設(shè)備△Q.PF對應(yīng)的角度和無功：Φ；Q=P*tanΦ；PF1對應(yīng)的角度和無功：Φ1；Q1=P*tanΦ1；△Q=P(tanΦ-tanΦ1)2.4無功補(bǔ)償容量的確定二、無功補(bǔ)償?shù)脑?023/2/6注意：當(dāng)電容器的實際運行電壓與電容器的額定電壓不一致時，電容器的實際補(bǔ)償容量為：Q=(U1/Un)2×QnU1—電容器實際運行電壓；Un—電容器額定電壓；Qn—電容器額定容量；2.4無功補(bǔ)償容量的確定二、無功補(bǔ)償?shù)脑?023/2/6電力系統(tǒng)的電壓水平主要取決于無功功率的平衡。電力系統(tǒng)內(nèi)無功功率分配的不合理，可能會造成一些節(jié)點的電壓過高或過低。當(dāng)電壓偏離額定值過高，會損壞電氣設(shè)備的絕緣，危害設(shè)備安全運行，縮短設(shè)備壽命；而電壓過低，會加大電網(wǎng)中的功率損耗，影響電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。3.1無功功率的平衡三、無功和電壓的調(diào)整2023/2/6電力系統(tǒng)中無功功率的電源主要有：發(fā)電機(jī)、同步調(diào)相機(jī)、并聯(lián)電容器、靜止補(bǔ)償器等。3.2.1、同步發(fā)電機(jī)

發(fā)電機(jī)是最基本的無功功率電源?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵磁電流來改變發(fā)電機(jī)發(fā)出的無功功率。增加勵磁電流就可以增大無功功率的輸出，反之，就減少無功功率的輸出。3.2無功功率電源三、無功和電壓的調(diào)整2023/2/63.2.2同步調(diào)相機(jī)

同步調(diào)相機(jī)實際上是一個空載運行的同步電動機(jī)。在過勵磁運行時，它可以向系統(tǒng)提供感性無功功率而起到無功電源的作用，提高系統(tǒng)電壓。在欠勵磁運行時，它能從系統(tǒng)吸收感性無功功率而起到無功負(fù)荷的作用，降低系統(tǒng)電壓。

優(yōu)點：能根據(jù)裝設(shè)點的電壓水平來平滑的改變輸出或吸收的無功功率，進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，特別是裝有強(qiáng)行勵磁裝置時，在系統(tǒng)故障情況下，還能調(diào)整系統(tǒng)的電壓，提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。3.2無功功率電源三、無功和電壓的調(diào)整2023/2/6缺點：同步調(diào)相機(jī)是旋轉(zhuǎn)設(shè)備，運行維護(hù)較為復(fù)雜，有功功率損耗大，在滿負(fù)荷運行時，有功損耗約為額定容量的1.5%-5%，同步調(diào)相機(jī)的沒單位容量投資較大，宜安裝在樞紐性質(zhì)的變電站，以便平滑調(diào)節(jié)電壓和提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3.2.3靜止電容器

靜止電容器是目前最普遍的補(bǔ)償設(shè)備，電容器的單位容量投資較小且與總?cè)萘康拇笮o關(guān)，運行時功率損耗小，約為額定容量的0.3%-0.5%，運行維護(hù)方便。3.2無功功率電源三、無功和電壓的調(diào)整2023/2/6

3.2.4靜止補(bǔ)償器

靜止補(bǔ)償器是由靜止電容器與電抗器并聯(lián)組成的無功補(bǔ)償裝置，即后面說到的SVC

（StaticVarCompensator）裝置。此裝置能夠平滑的改變輸出或吸收的無功功率。調(diào)節(jié)性能較好，運行時損耗小，約為額定容量的1%，可靠性高，由于采用了可控硅，運行時會產(chǎn)生高次諧波。3.2無功功率電源三、無功和電壓的調(diào)整2023/2/6電力系統(tǒng)無功功率平衡的基本要求是：無功功率電源發(fā)出的無功功率應(yīng)與系統(tǒng)的無功負(fù)荷及網(wǎng)絡(luò)中的而無功損耗相平衡。同時，為了保證可靠性，系統(tǒng)必須配置一定的無功功率備用容量，其備用容量一般應(yīng)為最大無功功率負(fù)荷的7%-8%。

3.3無功功率平衡三、無功和電壓的調(diào)整2023/2/6

3.4.1調(diào)壓的基本原理

充足的無功功率電源是保證電力系統(tǒng)有較好運行電壓水平的必要條件。要保證所有節(jié)點的電壓質(zhì)量都符合要求，通常需要采用各種調(diào)壓措施。調(diào)壓的方式：逆調(diào)壓、順調(diào)壓、常調(diào)壓。調(diào)壓的措施：改變發(fā)電機(jī)端電壓、改變變壓器變比、增加補(bǔ)償設(shè)備、改變輸電線路參數(shù)(降低輸電線路的電抗)。3.4電壓的調(diào)整三、無功和電壓的調(diào)整2023/2/6

3.4.2調(diào)壓的方式

3.4.2.1逆調(diào)壓

高峰負(fù)荷時升高電壓(取1.05Un)，低谷負(fù)荷時降低電壓(取Un)的電壓調(diào)節(jié)方式，稱為逆調(diào)壓。這種方式適用于中樞點供電線路較長、負(fù)荷變化范圍較大的場合。3.4.2.2順調(diào)壓高峰負(fù)荷時允許中樞點電壓略低(取1.025Un)，低谷負(fù)荷時允許中樞點電壓略高(取1.075Un)的調(diào)壓方式，稱為順調(diào)壓。適用于對電壓要求不高或供電線路不長、負(fù)荷變動不大的中樞點。3.4.2.2常調(diào)壓

在任何負(fù)荷下，都保持中樞點電壓為一基本不變的數(shù)值，取(1.02-1.05Un),這種調(diào)壓方式稱之為常調(diào)壓。3.4電壓的調(diào)整三、無功和電壓的調(diào)整2023/2/6

3.4.3調(diào)壓的措施

3.4.3.1改變發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)壓對不同類型的電網(wǎng)，發(fā)電機(jī)調(diào)壓所起的作用是不同的。對由發(fā)電機(jī)直接供電的小型電力系統(tǒng)，因供電線路不太長，網(wǎng)絡(luò)電壓損耗不大，這類系統(tǒng)可以通過發(fā)電機(jī)逆調(diào)壓方式，能夠滿足負(fù)荷點的電壓要求。對發(fā)電機(jī)經(jīng)多級變壓器向負(fù)荷供電的大中型電力系統(tǒng)，由于供電范圍大，單靠改變發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓不能滿足電網(wǎng)各節(jié)點對電壓的要求，只能解決近處地方負(fù)荷的電壓質(zhì)量，并減輕遠(yuǎn)處其他調(diào)壓設(shè)備的負(fù)擔(dān)。3.4電壓的調(diào)整三、無功和電壓的調(diào)整2023/2/6

3.4.3調(diào)壓的措施

3.4.3.1改變發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)壓對有若干發(fā)電廠并列運行的大型電力系統(tǒng)，利用發(fā)電機(jī)調(diào)壓不一定恰當(dāng)。在提高發(fā)電機(jī)電壓時，發(fā)電機(jī)要多輸出無功功率，這要求發(fā)電機(jī)有充裕的無功儲備容量才能承擔(dān)調(diào)壓的任務(wù)。另外，在調(diào)整個別發(fā)電廠母線電壓時，會引起系統(tǒng)無功功率的重新分配，這有可能與系統(tǒng)無功功率的經(jīng)濟(jì)分配相矛盾。所以，在大型電力系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)調(diào)壓一般作為一種輔助的調(diào)壓措施。

3.4壓的調(diào)整三、無功和電壓的調(diào)整2023/2/63.4.3.2改變變壓器變比調(diào)壓改變變壓器的變比即可改變用戶處的電壓。這種調(diào)壓措施并不增加系統(tǒng)的無功功率。因此，如果系統(tǒng)無功功率不足時，不能單靠這種措施來提高整個系統(tǒng)的電壓水平。3.4電壓的調(diào)整三、無功和電壓的調(diào)整2023/2/63.4.3.3補(bǔ)償無功功率調(diào)壓當(dāng)電力系統(tǒng)的無功功率電源不足而造成電壓下降時，僅靠變壓器變比來進(jìn)行調(diào)壓時并不能根本性的解決整個電力系統(tǒng)的電壓質(zhì)量問題。這時必須考慮在電力系統(tǒng)中增加無功功率電源，以使電力系統(tǒng)能在較高的電壓水平下實現(xiàn)無功功率平衡。第11頁：△U=(IpR+IqX)=(PR+QX)/U3.4電壓的調(diào)整三、無功和電壓的調(diào)整2023/2/63.4.3.4改變電力線路參數(shù)調(diào)壓根據(jù)△U=(IpR+IqX)=(PR+QX)/U，減小線路的電阻R和電抗X，可以起到調(diào)壓的作用，一般來說電阻R不容易減小，要減小它只能增大導(dǎo)線的截面積，經(jīng)濟(jì)性不好。在高壓電網(wǎng)中，一般X》R，PR/U在電壓損耗中所占比例較QX/U小，所以，通常采用減小電抗來降低電壓損耗。減小電抗的方法有：采用分裂導(dǎo)線，在電力線路中串聯(lián)電容器。△U=(PR+Q(X-Xc))/U，Xc—串聯(lián)電容器的電抗。此種方式使繼電保護(hù)復(fù)雜化，運行維護(hù)較復(fù)雜，不太靈活，要從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面綜合分析比較。3.4電壓的調(diào)整三、無功和電壓的調(diào)整2023/2/63.4電壓的調(diào)整三、無功和電壓的調(diào)整2023/2/6

只有正確地掌握了變電站的運行狀態(tài)，才能正確地選擇無功控制對策，從而達(dá)到自動控制的目的。作為變電站電壓、無功綜合控制裝置，由于其控制對象主要是變壓器分接頭和并聯(lián)電容器組，控制目的是保證主變壓器二次電壓在允許范圍內(nèi)，且盡可能提高進(jìn)線的功率因數(shù)，故一般選擇電壓和進(jìn)線處功率因數(shù)(或無功功率)為狀態(tài)變量。

在這個九區(qū)域的運行狀態(tài)中，0區(qū)為電壓和功率因數(shù)均合格區(qū)，其余八個區(qū)均為不合格區(qū)。電壓無功綜合控制裝置利用檢測到的電壓和功率因數(shù)，結(jié)合當(dāng)時的運行方式即可確定運行點在運行圖中所處的位置，從而確定相應(yīng)的控制對策。3.4電壓的調(diào)整三、無功和電壓的調(diào)整2023/2/6

電壓、無功綜合控制裝置實質(zhì)上是一個多輸人多輸出的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。現(xiàn)簡單介紹如下：當(dāng)變電站運行于0區(qū)域時，電壓和功率因數(shù)均合格，此時不需要進(jìn)行調(diào)整。(1)變電站運行于1區(qū)域時：電壓超過上限而功率因數(shù)合格，此時應(yīng)調(diào)整變壓器分接頭使電壓降低。如單獨調(diào)整變壓器分接頭無法滿足要求時，可考慮強(qiáng)行切除電容器組。(2)變電站運行于5區(qū)域時：電壓低于下限而功率因數(shù)合格，此時應(yīng)調(diào)整變壓器分接頭使電壓升高，直至分接頭無法調(diào)整。(3)變電站運行于3區(qū)域時：功率因數(shù)超過上限而電壓合格，此時應(yīng)切除電容器組直至功率因數(shù)合格。(4)變電站運行于7區(qū)域時：功率因數(shù)低于下限而電壓合格，此時應(yīng)投入電容器組直至功率因數(shù)合格。1．簡單越限情況三、無功和電壓的調(diào)整2023/2/62．雙參數(shù)越限情況(1)變電站運行于2區(qū)域時：電壓和功率因數(shù)同時超過上限，此時如先調(diào)整變壓器分接頭降壓，則無功會更加過剩。因此應(yīng)先切除電容器組，待功率因數(shù)合格后若電壓仍越限再調(diào)整變壓器分接頭使電壓降低。(2)變電站運行于4區(qū)域