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無功補(bǔ)償裝置原理分析
時間:2017-03-06 10:47 來源:未知 作者:admin
文章摘要：電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動機(jī)、變壓器等，大部分屬于感性負(fù)荷，在運(yùn)行過程中需向這些設(shè)備提供相應(yīng)的無功功率。在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器等無功補(bǔ)償設(shè)備以后，可以提供感性負(fù)載所消耗的無功功率，減少了電網(wǎng)電源向感性負(fù)荷提供、由線路輸送的無功功率，由于減少了無
電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動機(jī)、變壓器等，大部分屬于感性負(fù)荷，在運(yùn)行過程中需向這些設(shè)備提供相應(yīng)的無功功率。在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器等無功補(bǔ)償設(shè)備以后，可以提供感性負(fù)載所消耗的無功功率，減少了電網(wǎng)電源向感性負(fù)荷提供、由線路輸送的無功功率，由于減少了無功功率在電網(wǎng)中的流動，因此可以降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，這就是無功補(bǔ)償。
簡介
在大系統(tǒng)中，無功補(bǔ)償還用于調(diào)整電網(wǎng)的電壓，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。
在小系統(tǒng)中，通過恰當(dāng)?shù)臒o功補(bǔ)償方法還可以調(diào)整三相不平衡電流。按照wangs定理：在相與相之間跨接的電感或者電容可以在相間轉(zhuǎn)移有功電流。因此，對于三相電流不平衡的系統(tǒng)，只要恰當(dāng)?shù)卦诟飨嗯c相之間以及各相與零線之間接入不同容量的電容器，不但可以將各相的功率因數(shù)均補(bǔ)償至接近1,而且可以使各相的有功電流達(dá)到平衡狀態(tài)。
折疊編輯本段基本原理
折疊無功補(bǔ)償
電網(wǎng)輸出的功率包括兩部分；一是有功功率；二是無功功率。直接消耗電能，把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，熱能，化學(xué)能或聲能，利用這些能作功，這部分功率稱為有功功率；不消耗電能，只是把電能轉(zhuǎn)換為另一種形式的能，這種能作為電氣設(shè)備能夠作功的必備條件，并且，這種能是在電網(wǎng)中與電能進(jìn)行周期性轉(zhuǎn)換，這部分功率稱為無功功率，如電磁元件建立磁場占用的電能，電容器建立電場所占的電能。電流在電感元件中作功時，電流滯后于電壓90°。而電流在電容元件中作功時，電流超前電壓90°。在同一電路中，電感電流與電容電流方向相反，互差180°。如果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，
折疊實(shí)現(xiàn)方式
把具有容性功率負(fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并聯(lián)接在同一電路，能量在兩種負(fù)荷之間相互交換。這樣，感性負(fù)荷所需要的無功功率可由容性負(fù)荷輸出的無功功率補(bǔ)償。
折疊意義
⑴補(bǔ)償無功功率，可以增加電網(wǎng)中有功功率的比例常數(shù)。
⑵減少發(fā)、供電設(shè)備的設(shè)計容量，減少投資，例如當(dāng)功率因數(shù)cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95時，裝1Kvar電容器可節(jié)省設(shè)備容量0.52KW;反之，增加0.52KW對原有設(shè)備而言，相當(dāng)于增大了發(fā)、供電設(shè)備容量。因此，對新建、改建工程，應(yīng)充分考慮無功補(bǔ)償，便可以減少設(shè)計容量，從而減少投資。
⑶降低線損，由公式ΔΡ%=（1-cosΦ/cosΦ）×100%得出其中cosΦ為補(bǔ)償后的功率因數(shù)，cosΦ為補(bǔ)償前的功率因數(shù)則：
cosΦ>cosΦ，所以提高功率因數(shù)后，線損率也下降了，減少設(shè)計容量、減少投資，增加電網(wǎng)中有功功率的輸送比例，以及降低線損都直接決定和影響著供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。所以，功率因數(shù)是考核經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)，規(guī)劃、實(shí)施無功補(bǔ)償勢在必行。
折疊常用方式
① 集中補(bǔ)償：在高低壓配電線路中安裝并聯(lián)電容器組；
② 分組補(bǔ)償：在配電變壓器低壓側(cè)和用戶車間配電屏安裝并聯(lián)補(bǔ)償電容器；
③ 單臺電動機(jī)就地補(bǔ)償：在單臺電動機(jī)處安裝并聯(lián)電容器等。
加裝無功補(bǔ)償設(shè)備，不僅可使功率消耗小，功率因數(shù)提高，還可以充分挖掘設(shè)備輸送功率的潛力。
確定無功補(bǔ)償容量時，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：
① 在輕負(fù)荷時要避免過補(bǔ)償，倒送無功造成功率損耗增加，也是不經(jīng)濟(jì)的。
② 功率因數(shù)越高，每千伏補(bǔ)償容量減少損耗的作用將變小，通常情況下，將功率因數(shù)提高到0.95就是合理補(bǔ)償
就三種補(bǔ)償方式而言，無功就地補(bǔ)償克服了集中補(bǔ)償和分組補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)，是一種較為完善的補(bǔ)償方式：
⑴因電容器與電動機(jī)直接并聯(lián)，同時投入或停用，可使無功不倒流，保證用戶功率因數(shù)始終處于滯后狀態(tài)，既有利于用戶，也有利于電網(wǎng)。
⑵有利于降低電動機(jī)起動電流，減少接觸器的火花，提高控制電器工作的可靠性，延長電動機(jī)與控制設(shè)備的使用壽命。
無功就地補(bǔ)償容量可以根據(jù)以下經(jīng)驗公式確定：Q≤UΙ0式中：Q---無功補(bǔ)償容量（kvar）；U---電動機(jī)的額定電壓（V）；Ι0---電動機(jī)空載電流（A）；但是無功就地補(bǔ)償也有其缺點(diǎn)：⑴不能全面取代高壓集中補(bǔ)償和低壓分組補(bǔ)償；眾所周之，無功補(bǔ)償按其安裝位置和接線方法可分為：高壓集中補(bǔ)償、低壓分組補(bǔ)償和低壓就地補(bǔ)償。其中就地補(bǔ)償區(qū)域最大，效果也好。但它總的電容器安裝容量比其它兩種方式要大，電容器利用率也低。高壓集中補(bǔ)償和低壓分組補(bǔ)償?shù)碾娙萜魅萘肯鄬^小，利用率也高，且能補(bǔ)償變壓器自身的無功損耗。為此，這三種補(bǔ)償方式各有應(yīng)用范圍，應(yīng)結(jié)合實(shí)際確定使用場合，各司其職。
折疊編輯本段其他相關(guān)
控制電容器投切的器件主要有投切電容器專用接觸器、復(fù)合開關(guān)、同步開關(guān)和晶閘管。
投切電容器專用接觸器有一組輔助接點(diǎn)串聯(lián)電阻后與主接點(diǎn)并聯(lián)。在投入過程中輔助接點(diǎn)先閉合，
與輔助接點(diǎn)串聯(lián)的電阻使電容器預(yù)充電，然后主接點(diǎn)再閉合，于是就限制了電容器投入時的涌流。
復(fù)合開關(guān)就是將晶閘管與繼電器接點(diǎn)并聯(lián)使用，由晶閘管實(shí)現(xiàn)電壓過零投入與電流過零切除，由繼
電器接點(diǎn)來通過連續(xù)電流，這樣就避免了晶閘管的導(dǎo)通損耗問題，也避免了電容器投入時的涌流。但是
復(fù)合開關(guān)既使用晶閘管又使用繼電器，于是結(jié)構(gòu)就變得比較復(fù)雜，成本也比較高，并且由于晶閘管對過
流、過壓及對dv/dt的敏感性也比較容易損壞。在實(shí)際應(yīng)用中，復(fù)合開關(guān)故障多半是由晶閘管損壞所引起
的
同步開關(guān)是近年來最新發(fā)展的技術(shù)，顧名思義，就是使機(jī)械開關(guān)的接點(diǎn)準(zhǔn)確地在需要的時刻閉合或
斷開。對于控制電容器的同步開關(guān)，就是要在接點(diǎn)兩端電壓為零的時刻閉合，從而實(shí)現(xiàn)電容器的無涌流
投入，在電流為零的時刻斷開，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)接點(diǎn)的無電弧分?jǐn)唷Ｓ捎谕介_關(guān)省略了晶閘管，因此不
僅成本降低，而且可靠性提高。同步開關(guān)是傳統(tǒng)機(jī)械開關(guān)與現(xiàn)代電子技術(shù)完美結(jié)合的產(chǎn)物，使機(jī)械開關(guān)
在具有獨(dú)特技術(shù)性能的同時，其高可靠性以及低損耗的特點(diǎn)得以充分顯示出來。
晶閘管是動態(tài)無功補(bǔ)償裝置唯一可選的器件，晶閘管的動作速度快，可以在一個交流周期內(nèi)完成電
容器的投入與切除，并且對投切次數(shù)沒有限制。但是晶閘管的導(dǎo)通損耗大，價格高，可靠性差，除非用
于動態(tài)補(bǔ)償，否則并沒有優(yōu)勢可言。
折疊編輯本段斯威爾
應(yīng)用不需要設(shè)置專用的無功補(bǔ)償箱或者無功補(bǔ)償柜，實(shí)現(xiàn)對各種場合的小容量就地補(bǔ)償。
■在用電設(shè)備旁放置智能電容器
■在壁掛式配電箱內(nèi)放置智能電容器
■在工程車間配電設(shè)備內(nèi)（旁）放置智能電容器
■在用戶配變小于100kvar的計量柜、配電柜內(nèi)放置智能電容器
優(yōu)點(diǎn)：無功補(bǔ)償距離短，節(jié)能降損效果顯著，設(shè)備接線簡單、維護(hù)方便。
配置參考：對于小容量負(fù)載，按照負(fù)載總功率的25%~40%配置智能電容器容量。
例：一臺電動機(jī)就地補(bǔ)償方案
電動機(jī)額定功率：50kW
無功補(bǔ)償容量： 15kvar（10kvar+5kvar）
智能電容器數(shù)量：1臺 SWL-8MZS/450-10.5
無功補(bǔ)償級數(shù)： 0、5、10、15kvar
低壓分組補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用
對戶外配電變進(jìn)行就地?zé)o功補(bǔ)償，直接將設(shè)備安裝于柱掛式戶外設(shè)備箱內(nèi)。
優(yōu)點(diǎn)：體積小、接線簡、維護(hù)方便；投資小、節(jié)能降損效果顯著。
配置參考：配變無功補(bǔ)償容量一般為配變?nèi)萘康?5%~40%.
例：戶外配電變壓器應(yīng)用方案
配變?nèi)萘浚?00kVA
無功補(bǔ)償容量：60kvar 2×30kvar（20kvar+10kvar）
智能電容器數(shù)量：2臺 SWL-8MZS/450-20.10
無功補(bǔ)償級數(shù)：0、10、20、30、40、50、60
安裝在箱變低壓室，根據(jù)配電變壓器容量進(jìn)行補(bǔ)償，選用若干臺智能電容器聯(lián)機(jī)使用。
優(yōu)點(diǎn)：接線簡單、維護(hù)方便、成本低、節(jié)約空間的顯著特點(diǎn)。
配置參考：箱變無功補(bǔ)償容量一般為配變?nèi)萘康?5%~40%.
例：箱式變集中補(bǔ)償應(yīng)用方案
箱變?nèi)萘浚?00kVA
無功補(bǔ)償容量：190kvar 4×40kvar（20kvar+20kvar）+ 1×30kvar（20kvar+10kvar）
智能電容器數(shù)量：4臺 SWL-8MZS/450-20.20 1臺 SWL-8MZS/450-20.10
高壓集中補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用
低壓無功補(bǔ)償智能電容器實(shí)現(xiàn)在柜體內(nèi)組裝，構(gòu)成無功自動補(bǔ)償裝置，接線簡單、維護(hù)方便、節(jié)約成本。
優(yōu)點(diǎn)：補(bǔ)償效果好，容量可調(diào)整性好，接線簡單、故障少、運(yùn)行維護(hù)方便。
配置參考：根據(jù)成套柜補(bǔ)償容量的要求進(jìn)行配置。
低壓成套柜配置容量參考：
GGD柜型
柜體尺寸：1000mm（寬） ×600mm（深） ×2230（高）mm
可安裝智能電容器數(shù)量：20臺 40kvar（20kvar+20kvar）
無功補(bǔ)償總?cè)萘浚?00kvar（40kvar×20）
MNS柜型
柜體尺寸：600mm（寬） ×800mm（深） ×2200（高）mm
可安裝智能電容器數(shù)量：12臺 40kvar（20kvar+20kvar）
無功補(bǔ)償總?cè)萘浚?80kvar（40kvar×12）
⑵大容量電力電子裝置，普通電容器就地補(bǔ)償不恰當(dāng)：隨著大型電力電子裝置的廣泛應(yīng)用，尤其是采用大容量晶閘管電源供電后，致使電網(wǎng)波形畸變，諧波分量增大，功率因數(shù)降低。更由于此類負(fù)載經(jīng)常是快速變化，諧波次數(shù)增高，危及供電質(zhì)量，對通訊設(shè)備影響也很大，所以此類負(fù)載采用就地補(bǔ)償是不安全，不恰當(dāng)?shù)摹Ｒ驗棰匐娏﹄娮友b置會產(chǎn)生高次諧波，在負(fù)載電感上有部分被抑制。但當(dāng)負(fù)載并聯(lián)電容器后，高次諧波可順利通過電容器，這就等效地增加了供電網(wǎng)絡(luò)中的諧波成分。②由于諧波電流的存在，會增加電容器的負(fù)擔(dān)，容易造成電容器的過流、過熱，甚至損壞。③電力電子裝置供電的負(fù)載如電弧爐、軋鋼機(jī)等具有沖擊性無功負(fù)載，這要求無功補(bǔ)償?shù)捻憫?yīng)速度要快，但并聯(lián)電容器的補(bǔ)償方法是難以奏效。
⑶電動機(jī)起動頻繁或經(jīng)常正反轉(zhuǎn)的場合，不宜采用普通電容器就地補(bǔ)償：異步電動機(jī)直接起動時，起動電流約為額定電流的4-7倍，即使采用降壓起動措施，其起動電流也是額定電流的2-3倍。因此在電動機(jī)起動瞬間，與電動機(jī)并聯(lián)的電容器勢必流過浪涌沖擊電流，這對頻繁起動的場合，不僅增加線損，而且引起電容器過熱，降低使用壽命。 此外，對具有正反轉(zhuǎn)起動的場合，應(yīng)把補(bǔ)償電容器接到接觸器頭電源進(jìn)線側(cè)，這雖能使電容隨電動機(jī)的運(yùn)行而投入。但當(dāng)接觸器剛斷開時，電容器會向電動機(jī)繞組放電，引起電動機(jī)自激產(chǎn)生高電壓，這也有不妥之處。若將補(bǔ)償電容器接于電源側(cè)，當(dāng)電動機(jī)停運(yùn)時，電網(wǎng)仍向電容器供給電流，造成電容器負(fù)擔(dān)加重，產(chǎn)生不必要的損耗。為此，對無功補(bǔ)償功率較大的電容器，如需接在電源進(jìn)線側(cè)，則應(yīng)對電容器另外加控制開關(guān)，在電動機(jī)停運(yùn)時予以切除。
⑷就地補(bǔ)償?shù)碾娙萜鞑灰瞬捎闷胀娏﹄娙萜鳎和茝V就地補(bǔ)償技術(shù)時，不宜直接使用普通油浸紙質(zhì)電力電容器，因為其自愈功能很差，使用中可能產(chǎn)生永久性擊穿，甚至引起爆炸，危及人身安全。
應(yīng)用選型需要考慮的因素
1、諧波含量及分布
配電系統(tǒng)可能產(chǎn)生的電流諧波次數(shù)與幅值及電壓諧波總畸變率，根據(jù)諧波含量確認(rèn)補(bǔ)償方案。
2、負(fù)荷類型
配電系統(tǒng)現(xiàn)行負(fù)荷和非線性負(fù)荷占總負(fù)荷比例，根據(jù)比例確定補(bǔ)償方案。
3、無功需求
配電系統(tǒng)中如果感性負(fù)荷比例大則無功需求大，補(bǔ)償容量應(yīng)增大。
4、符合變化情況
配電系統(tǒng)中若靜態(tài)符合多，則采用靜態(tài)補(bǔ)償，若頻繁變化負(fù)荷多則采用動態(tài)跟蹤補(bǔ)償較合適。
5、三相平衡性
配電系統(tǒng)中若三相負(fù)荷平衡則采用三相共補(bǔ)，若三相負(fù)荷不平衡則采用分相補(bǔ)償或混合補(bǔ)償。
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