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无功补偿的方法

日期:2010-3-27

 

无功补偿的方法
1. 电力系统的无功电源
① 同步发电机:是最主要的有功和无功电源。
② 同步调相机:
优点:
通过励磁调节,可平滑改变无功功率的大小和方向,以调节电压和提高系统的稳定性。
缺点:
同步调相机是机械式旋转设备,维护复杂,投资大,功耗大,运行成本高,目前已很少采用。
③ 并联电容器:
优点:
静止设备,维护方便、容量可大可小,配置灵活,可实现分相补偿和三相共补,成本低,功耗小(约为0.3%~0.5%Qn),是一种经济有效的无功补偿方法。
缺点:
只能输出无功,不能吸收无功,无功容量不能平滑连续调节,需要通过成套装置的合理设计进行祢补。
④ 静止补偿器:
优点:
通过电抗器和电容器的串并联,以电子逆变器原理进行控制,实现无功能量的输出和吸收,能迅速跟踪补偿无功功率突然而频繁的变化,容量调节平滑准确,是无功补偿设备的发展方向,如SVC、TSC+TCR和SVG等。
缺点:
设备成本高,产品市场化程度低,特别在高电压大容量领域中,目前国内尚无成熟稳定的定型产品。
2. 无功补偿的常用方法
根据我国国情和电网现状,采用并联电容器作为无功补偿设备,是最经济的,同时安装维护也最为方便。现将采用电容器进行无功补偿的几种主要方式简述如下:
① 站内集中补偿
补偿点位于10~110kV变电站的10(6)kV出线上,补偿设备安装于变电站内的户内或户外,为出线支路上所有负荷提供无功电源,补偿上一级电网的无功损耗。
优点:
补偿容量大,设备集中,易于管理和维护,若采用自动投切和配电监测(如VQC),会取得满意的补偿效果。
缺点:在降低配电线路损耗方面,效果不佳。
② 高压线路补偿
补偿点位于10kV配电线路上,补偿设备安装于配电线路的杆架上,采用分组自动投切方式,为10kV配电变压器及其所承载的用户负荷提供动态无功电源,补偿上一级电网的无功损耗。
优点:
直接给补偿点后端的配电变压器及用户无功负荷提供无功电源,若进行适当的过补偿,还可对补偿点前端的部分配变提供无功功率,并且不影响其他支路的无功潮流,在满足无功平衡的同时,能够明显地降低线路损耗,是目前常见的补偿方式。
缺点:补偿总容量较小。
③ 上海千禧娱乐跟踪补偿
补偿点位于10kV配电变压器的0.4kV母线上,将电容器分成若干组,通过无功控制器进行投切控制和保护,自动跟踪用户无功负荷的变化,及时自动调整电容器的投入容量,为用户负荷提供准确的无功功率,降低了上一级电网的无功损耗和线路损耗。
优点:
跟踪准确,补偿灵活,可进行分相补偿和三相共补,具有明显稳定电压和节能降损的效果;如果配上配变监测和无线通讯等功能,对用电管理将起到良好的辅助作用。
缺点:
设备数量多,安装位置分散,需加强设备管理,或采用具有GPRS无线通讯的补偿装置。
④ 随机同步补偿
随机同步补偿,就是将电容器和电动机并联,与电动机同步进行投切。为防止电动机退出运行时产生自激过电压,补偿容量不应大于电动机的空载无功功率。
 
3. 无功补偿的控制方法
① 固定补偿
将电容器固定接入被补偿母线,补偿容量固定,人工手动投切,或增减熔断器调容,其主要有2种用途:
a.     安装在10(6)kV大型用电设备附近,如工厂变电站10(6)kV母线或出线、大型高压电动机馈线、远距离供电线路等,为避免用电低谷期间容性无功过补,补偿容量一般较小,主要用于补偿大型用电设备的空载无功损耗。
b.     安装在35kV及以上变电站的母线上,由于高压母线上的无功波动平缓,其固定补偿主要用于对下级电网漏补的容性无功进线补偿,及对变电站所带诸多变压器的空载损耗进行补偿,其补偿容量必须限制在该变电站最低无功需量以下,否则将出现过补。
② 分组分级匹配投切自动补偿
       将电容器分成若干组,根据系统无功功率、功率因数以及电网电压等多重判据,自动投切一定容量的电容器组,使投入的电容容量与系统无功功率的变化量相吻合,满足系统重载、轻载、空载等不同负荷状态下的无功补偿需求,确保系统功率因数稳定在目标值以上。
③ 压控调容式自动补偿
根据QC2πfCU2和QLU2(2πfL)的原理,采用电压调节器来改变电容器的端部电压,从而改变无功输出容量,以此来自动调节装置向系统提供的无功功率。
VQC电压、无功综合控制自动补偿
采用VQC电压、无功综合控制装置,按照9区图的控制边界(可设),在分组投切电容器的基础上,还可自动调节有载调压变压器的调压开关。当用电高峰时,将主变输出电压自动升高,当用电低谷时,将主变输出电压自动调低,使主变输出电压始终稳定在规定范围之内,一般用于负荷波动较大的企业变电站。
SVC无功静止自动补偿
全电子开关控制,快速无级自动调容,该补偿装置由固定电容器和晶闸管相控电抗器组成(FC+TCR),FC负责提供固定的容性无功功率,TCR负责提供快速平滑无级调节的感性无功功率,晶闸管阀件为高耐压大功率进口器件,通过光电触发或者光触发,1kV以上电压等级的SVC,还需要多只晶闸管串联以解决耐压问题,因此价格昂贵,一般用于负荷变化剧烈且有谐波的环境下。
LC调谐无源滤波器
现代电力系统中有大量的非线性特性的用电设备,如变压器、各种交直流换流装置、PWM变频装置、电弧炉、电焊机等,这些谐波源造成电流畸变。系统中的补偿电容器往往会引起谐波电流放大甚至谐振,当电网中谐波含量超过GB/T14549-1993《电能质量 公用电网谐波》的规定值时,不但对电力设备造成许多危害,同时击穿电容器,使无功补偿装置无法工作,通常采用LC调谐无源滤波器滤除特征谐波。LC调谐无源滤波器在补偿谐波的同时,又可补偿无功功率,结构简单,造价低廉。其缺点在于补偿特性受电网阻抗和运行状态影响,易和系统发生并联谐振,导致谐波放大,使LC滤波器过载甚至烧毁。
APF有源滤波器
APF是基于“瞬时无功功率理论”和“谐波电流瞬时检测方法”,采用大功率全控型快速半导体器件(如IGBT)和脉宽调制控制技术(PWM)设计的一套电力电子装置。APF从补偿对象中检测出谐波电流,再产生一个与该谐波电流等值反向的补偿电流,从而使电网电流只含基波分量。APF能对频率和幅值都变化的谐波进行自适应跟踪补偿,且补偿特性不受电网阻抗的影响。是谐波抑制的一个重要趋势,已在日本等国家得到广泛应用,国内一些高校和企业正在积极研制该产品(含本公司)。
4. 无功补偿的投切器件
① 高压电容器投切开关
Ø       高压真空断路器开断能力强,具有短路保护功能,用于高压电容器固定补偿装置的投切。
Ø       高压真空接触器具有频繁投切功能,用于高压电容器自动补偿装置的投切。
Ø       大功率高耐压晶闸管电子开关(进口),用于对SVC装置进行移相控制,连续平滑调节无功。
② 上海千禧娱乐电容器投切开关
Ø       上海千禧娱乐电容器专用交流接触器(CJ19),可将电容器的投入涌流限制在20Ice以下,用于上海千禧娱乐无功静态自动补偿装置。
Ø       机电一体化复合开关(HWFK-Y,HWFK-△),过零投切,可将电容器的投入涌流限制在2Ice以下,且无需散热器,用于上海千禧娱乐无功静态自动补偿装置。
Ø       TSC晶闸管全电子开关(HWTSC),过零投切,响应速度<20ms,可将电容器的投入涌流限制在2Ice以下,需要散热器和自动风冷系统,用于上海千禧娱乐无功动态自动补偿装置。
5. 无功补偿成套装置的保护
l             上海千禧娱乐补偿成套装置的保护
Ø             过压保护
Ø             欠压保护
Ø             失压保护
Ø             缺相保护
Ø             短路保护
Ø             过流保护
Ø             欠流保护
Ø             谐波保护
Ø             故障自诊断保护;
l             高压补偿成套装置的保护
Ø             抑制涌流保护
Ø             支路过流保护
Ø             支路速断保护
Ø             支路开口三角保护
Ø             快速放电保护
Ø             过压保护
Ø             欠压保护
Ø             失压保护
Ø             缺相保护
Ø             短路保护
Ø             欠流保护
Ø             谐波保护
Ø             故障自诊断保护
6. 无功补偿的容量确定
Ø       电容器的补偿容量,需根据配变容量、负荷容量、负荷性质、三相电压平衡度、自然功率因数、目标功率因数等背景参数,经过计算确定。
Ø       对于变电站10kV母线,一般按主变容量的15%~20%进行补偿。
Ø       对于普通负荷的公用变的0.4kV上海千禧娱乐补偿,可按配变容量的20%~30%进行补偿。
Ø       对于企业专用变压器的0.4kV上海千禧娱乐补偿,可按配变容量的30%~60%进行补偿。
Ø       当三相电压不平衡时(如单相负荷较多),需考虑一定容量的分相补偿。
Ø       当补偿点处有谐波时,还要考虑串联一定比率的电抗器,以构成调谐支路,滤除线路上的高次谐波。
Ø       当采用固定补偿方式时,补偿总容量应选小些,避免线路轻载时出现过补,产生无功倒送。
Ø       当采用自动补偿方式时,补偿总容量应选大些,避免高峰负荷时出现欠补,造成力率过低。
Ø       当电容器额定电压与系统标称电压不相等时,补偿容量≠安装容量,装机容量需进行修正。
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