无功补偿技术介绍

无功补偿技术介绍主讲人：艾圣奇时间：2017年3月15日2020/1/21二、无功补偿的原理四、我厂无功补偿技术的介绍主要内容三、无功与电压的调整一、无功补偿的基础知识2020/1/211.1无功功率一、无功补偿基础知识电网中电力设备多数是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们在能量转换过程中建立交变的磁场，在一个周期中吸收的功率和释放的功率相等。电能在通过纯电容和纯电感电路时并没有能量消耗，仅在负荷与电网之间反复交换，由于这种交换不对外做功，因此成为无功功率。2020/1/211.1.1感性无功功率一、无功补偿基础知识由于电感线圈是储藏磁场能量的元件，当线圈加上交流电压后，当电压交变时，相应的磁场能量也随着变化，当电压增大，电流和磁场能量也相应增强，此时线圈的磁场能量将外电源供给的能量以磁场能量形式储藏起来，当电流减小和磁场能量减弱时，线圈把磁场能量释放并输回外电路中，电感电路不消耗功率。电路中仅是电源能量与磁场能量之间的往复交换。2020/1/211.1.2容性无功功率一、无功补偿基础知识由于电容器是储藏电场能量的元件，当电容器加上交流电压后，当电压交变时，相应的电场能量也随着变化，当电压增大，电流和电场能量也相应增强，此时电容器的电场能量将外电源供给的能量以电场能量形式储藏起来，当电压减小和电场能量减弱时，电容器把电场能量释放并输回外电路中，电容电路不消耗功率。电路中仅是电源能量与电场能量之间的往复交换。2020/1/21a、感性无功：电流滞后电压90°，如电动机、变压器等设备；b、容性无功：电流超前电压90°，如电容器、电缆、电力输电线路；c、基波无功：与电源频率相等的无功；d、谐波无功：与电源频率不相等的无功；1.2、无功分类一、无功补偿基础知识2020/1/21电力系统中的负荷并不是纯感性或纯容性的，是集容性、感性和阻性的综合负载，这种负载的电压和电流的向量之间有一定的相位差，相位角的余弦值就是功率因数值，也是有功功率与视在功率之比。计算公式为：COSΦ=P/S=P/√(P2+Q2)1.3功率因数一、无功补偿基础知识2020/1/21式中：COSΦ—功率因数P—有功功率，kWQ—无功功率，kvarS—视在功率，kVA在中高压系统中，三相电压和电流均对称，三相功率因数基本相同，总功率因数为三相功率因数的平均值。1.3功率因数一、无功补偿基础知识2020/1/214.1、无功补偿的作用(提高功率因数的意义)无功补偿的主要作用是提高功率因数，以减少设备容量、功率损耗，稳定电压提高供电质量。安装无功补偿设备，可以减少无功功率在电网中的传输，减少了线路中的电压损耗，提高了配电网的电压质量。1.4无功补偿一、无功补偿基础知识2020/1/21(1)、减少电压损耗把线路中的电流分成有功电流Ip和无功电流Iq，线路中的电压损耗：△U=(IpR+IqX)=(PR+QX)/UP—有功功率，kWQ—无功功率，kvarU—线路末端电压，kVR—线路电阻，ΩX—线路电抗，Ω1.4、无功补偿一、无功补偿基础知识2020/1/21因此进行无功补偿后，可减少线路上传输的无功功率Q，若传输的有功功率不变，且线路的电阻和电抗是一个常数，所以，传输的无功功率Q越小，电压损耗越小，从而提供了电压质量。1.4无功补偿一、无功补偿基础知识2020/1/21(2)减少有功损耗把线路中的电流分成有功电流Ip和无功电流Iq，线路中的有功损耗：△P=R(P2+Q2)/U2P—有功功率，kWQ—无功功率，kvarU—线路末端额定电压，kVR—线路电阻，ΩX—线路电抗，Ω1.4无功补偿一、无功补偿基础知识2020/1/21因此提高功率因数后，可减少线路上传输的无功功率Q，若传输的有功功率不变，且线路的电阻是一个常数，所以，传输的无功功率Q越小，有功损耗越小，从而节约了电能。1.4无功补偿一、无功补偿基础知识2020/1/21(3)提高变压器的利用率功率因数有COSΦ1提高到COSΦ2，提高了变压器的利用率为：△S%=(S1－S2)/S1*100%=(1－COSΦ1/COSΦ2)*100%因此补偿后的变压器利用率提高了△S%，可以带更多的负荷，减少了变压器的投资。1.4无功补偿一、无功补偿基础知识2020/1/21(4)、减少电费支出(1)、避免功率因数低于规定值而受罚；(2)、减少用户配电网内的无功传输而造成的有功损耗；1.4无功补偿一、无功补偿基础知识2020/1/211.4无功补偿一、无功补偿基础知识功率因数月电费减少%功率因数月电费增加%功率因数月电费增加%0.900.890.50.757.50.910.150.8810.7480.920.30.871.50.738.50.930.450.8620.7290.940.60.852.50.719.50.8430.7100.833.50.69110.8240.68120.814.50.67130.850.66140.795.50.65150.7860.776.50.767减收电费增收电费0.95-1.000.75功率因数自0.64及以下，每降低0.01电费增加2%2020/1/21(5)提高电网输电能力有功功率与视在功率的关系为：P=SCOSΦ可见，在电网传输一定有功功率的条件下，功率因数越高，需要电网传输的总功率越小。1.4无功补偿一、无功补偿基础知识2020/1/211.4.2无功补偿的形式(1)、集中补偿：在高中压总变电所母线上安装补偿设备。(2)、分散补偿：在车间、村镇终端或下级变电所的母线上安装补偿设备。(3)、就地补偿：在功率因数较低的设备附近安装补偿设备。1.4无功补偿一、无功补偿基础知识2020/1/211.4.3无功补偿方式的选择(1)集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主。(2)调节补偿与固定补偿相结合，以固定补偿为主。(3)高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主。随着电力系统补偿方式的发展，以上第2点已经慢慢被淘汰，将全部用动态补偿来实现。1.4无功补偿一、无功补偿基础知识2020/1/21电力系统中负载的综合阻抗主要是呈感性，需要容性无功来补偿感性无功。2.1无功补偿原理二、无功补偿的原理2020/1/21U^I和I^U的含义；∠U^I=Φ；∠I^U=360-Φ；只要涉及向量或角度就会有基准量的选取。注意：角度为逆时针，相序为顺时针；2.2电压、电流、角度、有功、无功、功率因数之间的关系二、无功补偿的原理2020/1/21电压与电流夹角和功率三角形的关系；2.2电压、电流、角度、有功、无功、功率因数之间的关系二、无功补偿的原理2020/1/21角度与功率因数、有功无功的关系；P=UIcosΦ；Q=UIsinΦ；2.2电压、电流、角度、有功、无功、功率因数之间的关系二、无功补偿的原理2020/1/21电流互感器极性与角度、功率正负的关系；2.2电压、电流、角度、有功、无功、功率因数之间的关系二、无功补偿的原理2020/1/210°Φ90°,P0,Q0；从母线取有功和无功；90°Φ180°,P0,Q0；给母线送有功,从母线取无功；180°Φ270°,P0,Q0；给母线发有功和无功；270°Φ360°,P0,Q0；从母线取有功,给母线送无功Φ=0°时，负荷为纯阻性负载，只消耗有功；Φ=90°时，负载为纯感性负载，只消耗无功；Φ=180°时，负载为纯阻性负载，只发出有功；Φ=270°时，负载为纯容性负载，只发出有功；2.2电压、电流、角度、有功、无功、功率因数之间的关系二、无功补偿的原理2020/1/21我厂功率因数调整的方法：1、通过投退无功补偿设备进行功率因数的调节；2、通过发电机输出的无功功率进行功率因数的调节。2.3功率因数的调节二、无功补偿的原理2020/1/21无功功率补偿前后的功率三角形简图2.4无功补偿容量的确定二、无功补偿的原理2020/1/211、已知系统有功和功率因数，计算投入一定数量的补偿设备后的功率因数已知：当前系统有功P，当前系统功率因数PF，投入补偿设备容量Q1，计算补偿后功率因数PF1.当前系统视在功率S=P/PF；当前系统无功Q=√(S²-P²)；PF1=P/√(P²+(Q-Q1)²)PF1=√(P²/(S²+Q1²-2Q*Q1))2.4无功补偿容量的确定二、无功补偿的原理2020/1/212、已知系统有功和功率因数，计算达到目标功率因数需要投入多少补偿容量已知：当前系统有功P，当前系统功率因数PF，目标功率因数PF1,计算需要投入多大容量的补偿设备△Q.PF对应的角度和无功：Φ；Q=P*tanΦ；PF1对应的角度和无功：Φ1；Q1=P*tanΦ1；△Q=P(tanΦ-tanΦ1)2.4无功补偿容量的确定二、无功补偿的原理2020/1/21注意：当电容器的实际运行电压与电容器的额定电压不一致时，电容器的实际补偿容量为：Q=(U1/Un)²×QnU1—电容器实际运行电压；Un—电容器额定电压；Qn—电容器额定容量；2.4无功补偿容量的确定二、无功补偿的原理2020/1/21电力系统的电压水平主要取决于无功功率的平衡。电力系统内无功功率分配的不合理，可能会造成一些节点的电压过高或过低。当电压偏离额定值过高，会损坏电气设备的绝缘，危害设备安全运行，缩短设备寿命；而电压过低，会加大电网中的功率损耗，影响电力系统运行的稳定性。3.1无功功率的平衡三、无功和电压的调整2020/1/21电力系统中无功功率的电源主要有：发电机、同步调相机、并联电容器、静止补偿器等。3.2.1、同步发电机发电机是最基本的无功功率电源。可以通过调节发电机的励磁电流来改变发电机发出的无功功率。增加励磁电流就可以增大无功功率的输出，反之，就减少无功功率的输出。3.2无功功率电源三、无功和电压的调整2020/1/213.2.2同步调相机同步调相机实际上是一个空载运行的同步电动机。在过励磁运行时，它可以向系统提供感性无功功率而起到无功电源的作用，提高系统电压。在欠励磁运行时，它能从系统吸收感性无功功率而起到无功负荷的作用，降低系统电压。优点：能根据装设点的电压水平来平滑的改变输出或吸收的无功功率，进行电压调节，特别是装有强行励磁装置时，在系统故障情况下，还能调整系统的电压，提高系统运行的稳定性。3.2无功功率电源三、无功和电压的调整2020/1/21缺点：同步调相机是旋转设备，运行维护较为复杂，有功功率损耗大，在满负荷运行时，有功损耗约为额定容量的1.5%-5%，同步调相机的没单位容量投资较大，宜安装在枢纽性质的变电站，以便平滑调节电压和提高系统的稳定性。3.2.3静止电容器静止电容器是目前最普遍的补偿设备，电容器的单位容量投资较小且与总容量的大小无关，运行时功率损耗小，约为额定容量的0.3%-0.5%，运行维护方便。3.2无功功率电源三、无功和电压的调整2020/1/213.2.4静止补偿器静止补偿器是由静止电容器与电抗器并联组成的无功补偿装置，即后面说到的SVC（StaticVarCompensator）装置。此装置能够平滑的改变输出或吸收的无功功率。调节性能较好，运行时损耗小，约为额定容量的1%，可靠性高，由于采用了可控硅，运行时会产生高次谐波。3.2无功功率电源三、无功和电压的调整2020/1/21电力系统无功功率平衡的基本要求是：无功功率电源发出的无功功率应与系统的无功负荷及网络中的而无功损耗相平衡。同时，为了保证可靠性，系统必须配置一定的无功功率备用容量，其备用容量一般应为最大无功功率负荷的7%-8%。3.3无功功率平衡三、无功和电压的调整2020/1/213.4.1调压的基本原理充足的无功功率电源是保证电力系统有较好运行电压水平的必要条件。要保证所有节点的电压质量都符合要求，通常需要采用各种调压措施。调压的方式：逆调压、顺调压、常调压。调压的措施：改变发电机端电压、改变变压器变比、增加补偿设