低压动态无功补偿装置的设计(毕业论文)

错误!毕业设计（论文）题目：低压动态无功补偿装置的设计学生姓名：系别：电气信息工程系专业年级：指导教师：年月日摘要依据用电设备的功率因数，可测算输电线路的电能损失。通过现场技术改造，可使低于标准要求的功率因数达标，实现节电目的。本文分析了无功补偿的作用和补偿容量的选择方法，着重论述了低压电网和异步电动机无功补偿容量的配置。结合应用实例说明采用无功补偿技术，提高低压电网和用电设备的功率因数，已成为节电工作的一项重要措施。关键词:节电技术；功率因数；无功补偿AbstractThepowerfactorofequipmentcanbeusedtomeasurethelossofenergyintransmissionlines。Byrefiningthetechnique,wecanletthepowerfactorwhichisbelowthestandardgetstandardizedtosaveelectricity。Thisarticleanalysesthefunctionofreactivecompensationandthewaystochoosecapacityofcompensation。Itemphasizesindiscussingtheconfigurationoflowvoltagenetworkandasynchronousmotor’scapacityinreactivecompensation。Bycombiningwithactualexamples,thisarticlealsoexplainsthatusingthetechniqueofreactivecompensationtoimprovethepowerfactoroflowvoltagenetworkandequipmenthasbecomeanimportantmeasuretosaveelectricity。Keywords:Techniqueofelectricitysaving；,Powerfactor；Reactivecompensation目录前言…………………………………………………………………………1第一章无功补偿的基本知识……………………………………………21.1无功补偿的基本原理……………………………………………21.2无功补偿的意义…………………………………………………21.3无功补偿的实现方法……………………………………………21.4无功补偿的合理配置原则………………………………………2第二章现有补偿装置存在的问题几解决方法…………………………5第三章提高低压电网功率因数的无功补偿的方法……………………73.1影响功率因数的因素……………………………………………73.2随机补偿…………………………………………………………73.3随器补偿…………………………………………………………73.4跟踪补偿…………………………………………………………8第四章无功功率补偿容量的选择方法…………………………………94.1单负荷就地补偿容量的选择的几种方法……………………94.2多负荷补偿容量的选择…………………………………………10第五章无功补偿的效益…………………………………………………115.1节省企业电费开支………………………………………………115.2提高设备的利用率………………………………………………115.3降低系统的能耗…………………………………………………115.4改善电压质量……………………………………………………11第六章应用实例…………………………………………………………13结论………………………………………………………………14参考文献………………………………………………………………15致谢………………………………………………………………16前言随着我国电力工业的迅猛发展，电网逐步扩张电力负荷增长很快，电压等级越来越高，电网、发电机单机容量也越来越大，电网覆盖的地理在不断扩大但是，由于地理环境、燃料运输、水资源及经济发展规模等诸多因素的影响，致使电源(发电厂)分布不均衡，要保证系统的稳定和优良的电能质量，就必须解决远距离输电、电压调节及无功补偿等问题。电压是电能质量的重要指标之一，电压质量对电网稳定及电力设备安全运行线路损失、工农业安全生产、产品质量、用电单耗和人民生活用电都有直接影响。无功电力是影响电压质量的一个重要因素，电压质量与无功是密不可分的，可以说电压问题本质上就是无功问题。解决好无功补偿问题，具有十分重要的意义。目前，许多地方电力系统的无功补偿和电压调节依然采用传统的调节方式，有载调压变压器、静电电容器等只能手动调节和投切，不能实现实时电压调节或无功补偿。因此，实现实时无功补偿以保证电力系统电压的连续稳定性，是本文研究和探讨的主要方向。第一章无功补偿的基本知识1.1无功补偿的原理电网输出的功率包括两部分：一是有功功率，二是无功功率。直接消耗电能能转变为机械能、热能、化学能或声能，利用这些能作功，这部分功率称为有功功率，是把电能转换为另一种形式的能，这种能作为电气设备能够作功的必备条件，并且，这种能是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无功功率,如电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所占的电能。电流在电容元件中作功时，电流超前于电压90℃。而电流在电感元件中作功时，电流滞后电压90℃。在同一电路中，电感电流与电容电流方向相反，互差180℃。如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小,从而提高电能作功的能力,这就是无功补偿的道理。1.2无功补偿的意义（1）减少电力损失，一般工厂动力配线依据不同的线路及负荷情况，其电力损耗约2%--3%左右，使用电容提高功率因数后，总电流降低，可降低供电端与用电端的电力损失。（2）改善供电品质，提高功率因数，减少负载总电流及电压降。于变压器二次侧加装电容可改善功率因数提高二次侧电压。（3）延长设备寿命。改善功率因数后线路总电流减少，使接近或已经饱和的变压器、开关等机器设备和线路容量负荷降低，因此可以降低温升增加寿命（温度每降低10°C，寿命可延长1倍）（4）最终满足电力系统对无功补偿的监测要求，消除因为功率因数过低而产生的罚款1.3无功补偿的实现方法一种是在电网上并联电容器，通过提高电网的功率因数达到减少线路电压损耗，提高供电设备利用率的目的；另外一种是在电网上并入同步电动机，通过改变同步电动机励磁电流的方法来改变电路负载特性。其中前一种方法适用于居民、商业及小型工厂的低压供电系统，而后一种方法适用于大型工厂中的无功功率补偿。1.4无功补偿的合理配置原则从电力网无功功率消耗的基本状况可以看出，各级网络和输配电设备都要消耗一定数量的无功功率，尤以低压配电网所占比重最大。为了最大限度地减少无功功率的传输损耗，提高输配电设备的效率，无功补偿设备的配置，应按照“分级补偿，就地平衡”的原则，合理布局。（1）总体平衡与局部平衡相结合，以局部为主。（2）电力部门补偿与用户补偿相结合。在配电网络中，用户消耗的无功功率约占50%～60%，其余的无功功率消耗在配电网中。因此，为了减少无功功率在网络中的输送，要尽可能地实现就地补偿，就地平衡，所以必须由电力部门和用户共同进行补偿。（3）分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主。集中补偿，是在变电所集中装设较大容量的补偿电容器。分散补偿，指在配电网络中分散的负荷区，如配电线路，配电变压器和用户的用电设备等进行的无功补偿集中补偿，主要是补偿主变压器本身的无功损耗，以及减少变电所以上输电线路的无功电力，从而降低供电网络的无功损耗。但不能降低配电网络的无功损耗。因为用户需要的无功通过变电所以下的配电线路向负荷端输送。所以为了有效地降低线损，必须做到无功功率在哪里发生，就应在哪里补偿。所以，中、低压配电网应以分散补偿为主。（4）降损与调压相结合，以降损为主。在实际应用中，由于电路特性是随时变化的，为了达到较好的补偿效果，就必须动态跟踪电路特性的变化，实时监测电路中U与I的相位差角，根据角的大小决定并联电容器的值。基本的功率因数cosφ补偿电路如图1所示。电路中的K1～Kn在自动动态补偿装置中可采用双向可控硅，在电路工作时，一般保证cosφ0.95，避免电路出现谐振现象，损坏电网供电设备和用电器。具体的方法是通过对电压U和电流I的相位检测来判断是否并入补偿电容器，并入几个这些都是通过控制装置自动完成的，这就是动态无功功率补偿装置的工作原理。低压无功补偿一般要用到的元件：①无功功率自动补偿控制器（根据电网无功功率是否达到无功设定值来控制电力电容器的投入和切除,并且有过,欠电压保护功能）②无触点可控硅模块或智能复合开关③电容器(内带放电电阻)④熔断器⑤电流互感器⑥避雷器⑦开关⑧电抗器(对无触点开关起到过电流保护作用，容器过电流也起到抑制作用)另外,还装配监视用的电压表,电流表,功因数表和信号指示灯等。第二章现有补偿装置存在的问题及解决方法2.1存在的问题上面所述的方法只局限于某一段电路，并没有从整个电为了弥补这一缺陷，就有必要对整个供电系统中的各段电路功率因数补偿装置进行集中调控，使整个系统处于协调工作状态。由于现有的动态功率因数补偿装置还没有实现整网连调，所以，有必要增加动态功率因数补偿装置的数据通讯功能，将其工作状态及相关的电流、电压功率因数、工作温度、环境状态等参数发送到总调室，总调室中的主控微机则根据前端工作状态实时调整控制参数达到整网均衡运行的目的。另外，在分析补偿过程中所提到的电容器，是按理想电容器来分析计算的，实际的电容器可等效为电阻R与电容器C并联电路，如图2所示，电路的矢量图如图3所示。由矢量图可列tg=IR/IC=RwC1;R=wctg1式中：tgδ———为介质损耗系数；δ———为介质损耗角由式可见：电阻R减小，电容器介质损耗增加，电容器发热，电解液易枯竭使电容量减小，补偿不足。同时，电容器在密闭较严时易出现爆炸现象。为及时发现并解决这一问题，也应对电容器的工作温度、电容量等参数进行检测，并将检测结果及时发送给控制终端，便于及时维修更换，避免事故的发生。2.2解决的方法对于功率因数补偿问题，多年来，人们一直在变压器输出端或工厂电力入口等前端上进行无功功率补偿，补偿方案如图4所示。由图可见，前端补偿只补偿了10kV以上供电网的无功电流，400V低压输电网下端的无功电流并没有得到补偿，而现今居民和商业用电户，多采用节能型日光灯照明，电路功率因数低，且得不到补偿图5为了解决这一问题，有必要开发研制一种造价低、性能好的小型动态无功功率补偿装置(MTSC)。将此装置安装于居民(或商业)用户的集中供电箱中，这样就构成了新的动态补偿控制方案。第三章提高低压电网功率因数的无功补偿的方法3.1影响功率因数的因素由于无功的存在，将会对电网的功率因数产生较大的影响。当有功功率P一定时，如减少无功功率Q，则功率因数便能够提高。在极端情况下，当Q=0时，则其力率=1影响功率因数的主要因素（1）大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。据有关的统计，在工矿企业所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了60％～70％；而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60％～70％。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。（2）变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10％～15％，它的空载无功功率约为满载时的1/3。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。（3）供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。当供电电压高于额定值的10％时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110％时，一般无功将增加35％左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影