无功补偿滤波培训资料

谐波与无功补偿技术松下·万宝（广州）压缩机有限公司于良中佛山市顺德区光达电气科技有限公司2008年5月25日主要内容一．无功功率与谐波的基本概念二．无功补偿与谐波治理的措施三．补偿容量计算四．现有补偿装置的种类五．工程应用经验及设备选型时注意事项六．无功补偿柜的日常维护。一、无功功率与谐波的基本概念1、无功功率：电源能量与感性负载线圈中磁场能量或容性负载电容中的电场能量之间进行着可逆的能量转换而占有电网容量叫做无功。感性无功，容性无功正弦条件，无功功率Q表达为下式：sinUIQ2.谐波：谐波是指电网中非基波(50Hz中国)的其他频率的电流或电压。高次谐波,间谐波；谐波亦属于无功类别谐波来源：非线性负载3.功率因数有功功率与视在功率之比功率因数＝位移因数×畸变因数位移因数：负载电流与电源电压的相位差角(负载阻抗角)的余弦。畸变因数：基波有效值与总有效值之比正弦条件：功率因数＝负载阻抗角的余弦。纯电阻时为1；畸变条件：电源正弦，负载电流畸变时，即使纯电阻负载，功率因数≠1。如：单相半波整流电路带电阻负载。4.无功功率的负面影响电压：感性无功使电压下降；容性无功可使电压升高。电流：产生无功电流分量，使总电流增加。线损：电流有效值增加，导致线路和变压器等损耗增大，变压器利用率降低。经济帐1.变压器基本电费：18元/(kvar.月)2.提高变压器利用率可大大降低初期投资和运行费用。3.节约力调电费。功率因数调整数功率因数调整数功率因数调整数功率因数调整数95-0.7577+6.558+29.039+67.095-0.7576+7.057+31.038+69.094-0.6075+7.556+33.037+71.093-0.4574+8.055+35.036+73.092-0.3073+8.554+37.035+75.091-0.1572+9.053+39.034+77.0900.071+9.552+41.033+79.089+0.570+10.051+43.032+81.088+1.069+11.050+45.031+83.087+1.568+12.049+47.030+85.086+2.067+13.048+49.029+87.085+2.566+14.047+51.028+89.084+3.065+15.046+53.027+91.083+3.564+17.045+55.026+93.082+4.063+19.044+57.025+95.081+4.562+21.043+59.024+97.080+5.061+23.042+61.023+99.079+5.560+25.041+63.022+101.078+6.059+27.040+65.021+103.05.谐波的危害设备(如电容器、线路、变压器等)过流产生大量附加损耗计量误差继保误动作通讯干扰谐波量过大引起电网振荡6.谐波治理与无功补偿的作用降低视在电流，提高负载能力降低线损，节能改善不平衡提高变压器利用率稳定网压改善供电质量功率因数指标达标，节约电费二、无功补偿与谐波治理的措施2.1.无功补偿措施一般负载大多是感性的，因而所需的补偿电流为容性；1）集中补偿：一般在高压进线或低压出线处加补偿，补偿容量大，投资少，主要解决功率因数指标达标；对低压线路内的无功潮流和线损没有改善。2）就地补偿：补偿点靠近负荷，单机补偿容量小，所需补偿点多，投资多，可改善无功潮流，降低线损，节能、增容效果明显。2.2.谐波治理措施无源LC滤波：单调谐、C型高通、双调谐特点：简单、造价低、容量大、兼有基波容性无功偿能力、易产生谐振、一个补偿支路只能滤单次谐波有源滤波APF：电力电子逆变技术特点：复杂、成本高、容量小、无谐振危险、可同时补偿各种谐波2.3.无功补偿装置的分类1）按补偿装置运动情况分：旋转补偿，静止补偿2）按响应时间分：静态无功补偿，动态无功补偿动态静止型无功补偿装置是今后的主流趋势2.4.谐波治理装置与普通无功补偿装置的分类1）普通电容器补偿静态无功补偿将电容器分为若干组，用接触器来选择投切相应的电容器组，实现无功补偿量的自动调节。优点：简单，可根据负载需要补偿，投资少；缺点：易发生谐振，放大系统谐波电流，电流冲击，投切需要延时过程；抑制冲击：串联抗浪涌电抗投切需约30s延时，静态补偿2）普通MSF装置静态无功补偿兼谐波抑制可避开谐波谐振频率，对基波呈容性。一般是串联6％电抗率的电抗器的普通电容器补偿装置。用复合开关代替接触器投切电容器组，实现无功补偿量的调节。目标：利用晶闸管控制电容投切，接触器稳定运行特点：电流冲击减小，但投切响应时间长，接触器触点仍会烧损，谐波大时故障率较高。仍属静态补偿，响应时间30s；3）复合开关投切电容补偿复合开关原理4）晶闸管投切电容补偿（TSC）用晶闸管控制投切电容器组，实现无功补偿量的调节。因为晶闸管投切速度快（ms级，一般可以达到25ms），称“动补”优点：快速动态调节补偿量，电流冲击小，投切延时短，无噪声缺点：无谐波抑制能力，造价比接触器投切电容器装置成本较高属动态补偿，技术已成熟，正在被推广应用。5）晶闸管投切滤波器补偿（TSF）在TSC补偿支路采用LC单调谐（需要按现场工况设计），成为TSF装置，可快速调节无功补偿量的大小，也为“动补”。优点：快速动态调节补偿量，适应谐波工况，电流冲击小，投切延时短，无噪声缺点：造价比TSC高,电抗器成本高属动态补偿，考虑谐波因素而专门设计，技术已成熟，正在被推广应用6）有源补偿（SVG或APF）原理：SVG实时检测无功大小（APF检测谐波），利用电力电子逆变技术产生一个与被补偿对象大小相等而方向相反的电流，相互抵消，功率因数可接近1。优点：动态响应更快，可适应谐波工况，补偿量不受电源电压影响，无谐振危害，无噪声，占地面积小缺点：造价高，自身损耗大属动态补偿，推广应用尚有待时日7）TCR型SVC装置：TCR+FC原理：晶闸管可控电抗器与固定电容器（实际常为5,7,11,13等各次滤波器）配合，利用晶闸管的导通角控制电抗器的电抗量，实现无功的快速动态调节优点：平滑无级差，动态响应快，可适应谐波工况缺点：装置本身成本高，一般在10000kvar以上容量，6.3～35kV，才比较经济三、补偿容量计算一般取变压器容量的30～40％视在功率（kvar）800功率因数0.65实际有功（kW）520实际无功(kvar)607.9补偿无功(kvar)450补偿后无功(kvar)157.95补偿后视在功率(kVA)543.46补偿后功率因数0.957负荷1负荷2负荷3负荷4视在功率（kvar）500200100700功率因数0.650.70.80.7实际有功（kW）32514080490实际无功(kvar)38014260500有功功率和（kW）1035.0无功功率和(kvar)1082.7补偿无功(kvar)800补偿后无功(kvar)282.70补偿后视在功率(kVA)1072.91补偿后功率因数0.965变压器整体补偿多个负荷补偿三、现有补偿装置1、谐波补偿无源LC滤波装置：以单调谐为主，C型和高通用于高压有源滤波器：少量工程应用2、无功补偿低压无功补偿：电容补偿为主（MSC、TSC、TSF）高压无功补偿：静补为主，TCR逐步推广，少量STATCOM3、现有市场MSC、TSC装置的技术方案检测方法：功率因数、无功功率、无功电流投切控制：循环、编码、微机实时计算111111，12222，12444，1248投切开关：接触器、复合开关；双硅反并联、一硅一二极管运行方式：三相共补，分相补偿投运方式：过零投切，电容预充电电流冲击：可实现无暂态过程投切容错运行：故障支路退出，正常支路运行保护方案：短路，过流，晶闸管故障，超温，欠压，过压等建议选择装置：检测方式：无功电流检测投切开关：双硅并联，或一硅一二极管响应时间：应能达到25ms至40ms以内冲击电流：尽可能小特别注意：在系统含有较多谐波的条件下，应特别注意MSC、TSC装置的抗谐波能力。TSC装置补偿支路的电容对谐波具有放大作用：在谐波含量较大时，应选择MSF、TSF装置TSF装置补偿支路采用LC滤波器，具有一定的谐波吸收能力，但LC参数设计必须与现场谐波特征相适应。TSF装置补偿支路的投切需要按特殊要求控制，防止发生振荡设计时应注意谐波对TSF装置的补偿支路电容电压和电感电流的影响TSF装置的滤波柜一般需要专门设计4、动态无功补偿的发展趋势电容器补偿方案的特点：优点：简单，可靠，便宜，自身损耗小缺点：补偿量受电源电压影响，有谐振危险，容易引起谐波放大，占地大静止无功发生器SVG：优点：补偿性能优，不受电源电压影响，无谐振危险，占地小，无谐波放大缺点：造价高，自身损耗大，补偿容量小。SVG装置是今后无功补偿的发展趋势四、工程应用经验及注意事项1.无功补偿工程应用中出现的技术问题：•电容器大量损坏、甚至爆炸；•安装了补偿装置，但欠补和过补时常发生。•设备投运引发振荡，引起设备跳闸；•补偿装置投入后，变压器发热更严重，噪声更大；•电缆发热严重；•电容器的熔断器经常烧毁；•电气着火等恶性事件发生。2.工程注意事项：•集中补偿和就地补偿优化结合•充分了解补偿对象的工况、电能品质（谐波、电压等）、补偿容量需求；•根据补偿对象，选择合适的补偿装置；•恰当的工程设计3.补偿方式及其布局：根据系统负荷的分布情况，合理选择集中补偿或就地补偿。选择原则：对无功消耗量大的负荷采用就地补偿，避免较大无功电流在线路流动产生较大损耗；有利于降低线损；对于较分散的小用电负荷则选择集中补偿，具有较好的经济性；4.补偿装置的选择应根据系统的谐波含量情况，合理选择TSC装置或TSF装置。选择原则：对谐波含量不大的系统，选用TSC装置可节约投资；对谐波含量较大的系统，应考虑选择TSF装置，防止谐波放大和补偿电容器过载损害；5.补偿装置容量的设计满负荷时能完全补偿，而空载时不发生过补偿现象。6.高压无功补偿装置对于高压系统来说，根据高压系统负荷特点，目前国内仍有静态补偿和动态补偿两种不同的方式选择。1）静态补偿方式：针对负荷变化不频繁或波动幅度不大的场合，可选用静态补偿，如：LC滤波器、真空接触器（断路器）投切电容（滤波器）等注意防止过补偿对网压升高的影响。2）动态补偿方式：针对负荷快速大幅度变化场合，应选用动态补偿，如：SVC、STATCOM、低补高等方案；电容器的选型圆柱方形防爆性能散热铝防锈防渗漏尽量把电容器的电压选高一些。无功补偿柜的日常维护1.观察功率因数，电流（变小、平衡）2.熔断器是否烧毁3.电容器是否鼓肚4.接触器是否有异响5.电容器容量和介损测量6.红外测温器测电容器温度，温升一般不高于15K。请提出宝贵意见！谢谢