无功补偿技术.docx

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1、内容摘要电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大局部属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性负载所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿。本文介绍了无功补偿装置的原理，优点，分类及开展前景，更好的介绍了补偿装置对于生产生活的经济优势。更有对电容器补偿装置的分类介绍。关键词：无功功率；无功补偿装置；原理；电容器补偿装置内容摘要目录错误!未定义书签。第一章绪论错误!未定义书签。1.1研究背景41.

2、2无功补偿装置的开展状况5第二章无功补偿的方式62. 1无功补偿的分类62.2无功补偿的常用装置错误!未定义书签。2.3无功补偿的主要方式错误!未定义书签。第三章无功补偿的原理114结论参考文献致谢第一章绪论目前，我国的电网，特别是广阔的低压电网，普遍存在功率因数较低、电网线损较大的情况。导致此现象的主要原因是众多的感性负载用电设备设计落后，功率因数较低。比方我国的电动机消耗的电能占全部发电量的70%,而由于设计和使用等方面的原因我国电动机的功率因数往往较低，一般约为CoSo=O.70。在这种情况下，采用无功补偿节能技术，对提高电能质量和挖掘电网潜力是十分必要的，世界各国都把无功补偿作为电网规

3、划的重要组成局部。从我国电网功率因数和补偿深度来看，我国与世界兴旺国家有不小差距。因此大力推广无功补偿技术是非常必要的，并且从以下数据，我们也能看出开展无功补偿所能带来的巨大经济效益。2007年，我国年总发电量为32559亿千瓦时，统计线损率为8.77%,但是这个数字没有包含相当大的110千伏、35千伏、10千伏的输电线损及0.38千伏的低压电网线损。据报道，估计实际的统计线损率约为15%,即2007年全国年线损量约为4800亿千瓦时。设全国的理论线损与统计线损相一致，其中可变线损约占理论总线损的80%,那么年可变线损电量约为3900亿千瓦时。设当前全国电力网总负荷的当前功率因数CoSo=O.

4、85,采用无功功率补偿后，把电力网总负荷的功率因数提高到CoSo=O.95,那么每年可以降低线损约为390亿千瓦时，按0.5元每千瓦时计，价值约为185亿元。设2007年全国电网的最大负荷利用小时数为5000小时，那么电网的最大负荷约为2亿千瓦，当用无功功率补偿法把功率因数CoSo=O.85,提高到CoSo=O.95,全国电网需总补偿容量约为0.58亿千瓦。当前无功功率补偿装置设备主要为电力电容器，设无功补偿设备每千瓦的平均综合造价为50元，那么全国无功补偿装置的总投资约为29亿元。应当指出，节省240亿千瓦时约相当于一座400万千瓦火电厂的年发电量，而建一座400万千瓦的火电厂需综合费用约为

5、300亿元，同时每年需燃烧煤约为1200万吨，每年产生Co2,SO2等有害物质约为600万吨。由此可见，产生相同的电力，无功补偿的费用约为新建电厂费用10%,而且无功补偿设备的费用仅需两个月的无功功率补偿的将损节电费用即可全部收回。综上所述，无功补偿不仅具有如上所述的节省投资、节省电力、节省燃煤及污染等作用，同时还可以提高电力系统设备的供电能力，改善电压质量，减少用户电费开支，延缓用户的增容改造等作用。1.2无功补偿装置的开展状况无功补偿装置的开展过程无功补偿装置在50多年的开展历史中经历了从简单到复杂，手动到自动的开展过程。电力系统并联补偿装置可以按照不同的标准进行分类.从静态到动态，从单一

6、的无功控制到无功电压综合控制。国外情况静止无功补偿装置(StaticComPenSatOr)或者SVC-静止无功系统是相对于调相机而言的一种利用电容器和各种类型的电抗器进行无功补偿(可提供可变动的容性或感性无功)的装置,简称静补装置(静补)或静止补偿器。1967年,第一批静补装置在英国制成以后,受到世界各国的广泛重视,西德、美国、瑞士、瑞典、比利时、苏联等国竞先研制,大力推广,使得静止补偿装置比调相机具有更大的竞争力,广泛用于电力、冶金、化工、铁道、科研等部门，成为补偿无功、电压调整、提高功率因数、限制系统过电压,改善运行条件经济而有效的设备。国际上几个大的电气公司如瑞士的勃朗.鲍威利公司(B

7、BC),瑞典通用电气公司(AA),美国的通用电气公司(GE)及西屋公司，日本的富士公司等均开展了不同类型的静补技术。根据提供无功的性质和方式而言,静补装置又分为六种组合方式,固定电容、固定感性、可变容性、可变感性固定容性+可变感性、可变容性+可变感性,通常所指的静补装置是指后两种方式。对可变感性又可分为直流励磁饱和电抗器(DCMSR)。相控阀调节电抗器(TCR)(或相控阀高阻抗变压器)及自饱和电抗器(SR)。高压可控硅元件问世以来,逐步取代了有触点开关,为实现感性或容性无功的连续可控调节提供了简便、可靠、活的技术。国内情况70年代初武汉钢铁公司1.7Cm轧机工程进口了比利时的直流励磁饱和电抗器

8、和日本的电容器组成的静补装置后，国内才对可变无功的补偿问题引起了注意。在国内，补偿无功用的最多的方法是并联电容器。在低压(IOkV以下)供电网络中大量地和在中压(60kv35kv)配电网络中少量地装设并联电容器组，以满足调压要求,70年代初有人提出用大负荷调压变压器改变并联电容器组端电压，以调节无功出力的设想,终因调压变压器的操作开关寿命不能保证而未能实现。可变无功的补偿问题越来越受到有关部门的重视，电力部有关科研、设计、试验单位对静补装置在电力系统中的作用进行了不少试验研究工作。从国外引进的静态补偿为枢纽变电站或大型企业所用的大容量静态补偿,对于中小型中低压电网或中小型企业所需的无功，多采用

9、并联电容器组的方法。这同时也产生了许多新的问题,首先其不能迅速连续地进行无功功率的调节,其次许多电容器在夜间产生了过量的无功,使发电机换相运行,并影响系统经济稳定运行,因此,中小企业的功率因数调节也越采越引起重视。第二章无功补偿的方式2.1 无功补偿的分类从技术原理上讲无功补偿装置是在电网中呈感性或容性的元件，由于目前我国中低压电网以架空线路为主且根本上带感性负载，所以系统所采用的无功补偿装置多数呈容性，也就是说它是由电容器和相应的附属设施组成的。由于负载多数集中在配电网络，所以多年来用于无功补偿的电容器组根本上安装在电网的中压侧和低压侧，包括35KV、IOKV和0.4KV几个电压等级。从运行

10、需要上说，无功补偿装置由电容器组、投切元件、检测及保护元件组成。早在20世纪70年代，当时的低压无功补偿装置自动化程度较低，多数电容器组是通过空气开关由人工进行投切的，保护措施简单粗糙，当电容器组出现整组故障时才能由空气开关的热偶元件启动空气开关跳闸，切除故障。可见，老式无功补偿装置技术性能不好,主要表现为自动化程度偏低和可靠性不高，不能再电网中长期平安可靠运行，运行寿命往往只有二三年。而补偿装置技术性能好坏是决定其是否能被普通使用的关键。2.2 无功补偿的常用装置1、同步调相机早期的无功补偿补偿装置主要为同步调相机，多为高压侧集中补偿。同步调相机目前在现场仍有少量使用。2、净值补偿装置静止补

11、偿器的根本作用是连续而迅速地控制无功功率，即以快速的响应，通过发出或吸收无功功率来控制它所连接的输电系统的节点电压。静止补偿器由于其价格较低、维护简单、工作可靠，在国内仍是主流补偿装置。静止补偿器(SVe)先后出现过不少类型，目前来看，有开展前途的主要有直流助磁饱和电抗器型、可控硅控制电抗器型和自饱和电抗器型3种。上述第二种又可分为：固定连接电容器加可控硅控制的电抗器(FIXEDCAPACITOR&THYRISTORCONTROLLEDREACTOR,FOTCR);可控硅开关操作的电容器加可控硅控制的电抗器(THYRISTORSWlTCHEDCAPACnX)R&THYRIstorcontroi

12、,ledrector,sc-TCR)。实际上，由断路器（电磁型交流接触器）操作的电容器和电抗器在电网中正在大量使用，可以说这种补偿技术是静态的，因为它不能及时响应无功功率的波动。这种装置以电磁型交流接触器为投切开关，由于受电容器承受涌流能力、放电时间及电容器分级以及接触器操作频率、使用寿命等因素制约，因而无法防止以下缺乏：补偿是有级的、定时的，因而补偿精度差，跟随性不强，不能适应负荷变化快的场合;受交流接触器操作频率及寿命的限制，静态补偿装置一般均设有投切延时功能，其延时时间一般为30S。对一般稳定负荷，即负荷变化周期大于30S的负荷，这类补偿装置是有效的，但对一些变化较快的负荷，如电梯、起重

13、、电焊等，这类补偿装置就无法进行跟踪补偿。不能做到无涌流投入电容器，对于接触器加电抗器方案，增加损耗较大，对于容性接触器方案，事故率较大，对金属化电容器的使用寿命影响很大；目前，低压电力电容器以金属化自愈式电容器为主，这种电容器的引线喷金属端面对涌流承受能力有限，因此，涌流的大小及次数是影响电容器使用寿命的主要因素，运行噪声较大。由于控制局部的负载是接触器的线圈，在投切过程中，造成火花干扰，影响补偿装置的可靠性和使用寿命。针对上述问题，基于智能控制策略的TSC补偿装置正在引起关注。事实上，如果能够进行动态无功功率补偿那么能够克服以上缺乏。将微处理器用于TSC,可以完成复杂的检测和控制任务，从而

14、使动态补偿无功功率成为可能。基于智能控制策略的TSC补偿装置的核心部件是控制器，由它完成无功功率（功率因数）的测量及分析，进而控制无触点开关的投切，同时还可完成过压、欠压、功率因数等参数的存贮和显示。因此，与断路器操作的电容器装置相比，尽管单台无触点开关的造价比交流接触器高，但该装置仍然有以下几个特点：1.无涌流，允许频繁操作；2 .跟踪响应时间快，动态跟踪时间0.022S（可调）；3 .采用编码循环式投切电容器，可均匀使用电容器，从而延长整个装置的使用寿命；4 .具有各种保护功能，如过电压保护、缺相保护及谐波分量超限保护等；3、静止无功发生器静止无功发生器(STAleVARGENERATOR

15、,SVG)又称静止同步补偿器(STATC0M),采用GTO构成的自换相变流器，通过电压电源逆变技术提供超前和滞后的无功，进行无功补偿。是灵活交流输电系统FACTS:FLEXIBLEACTRANSMISSlONSYSTEMS技术中一个重要的根底部件。该部件与其它的无功补偿装置相比，虽然SVG装置的本钱要高一些，但其灵活的动态调节特性、优越的补偿效果以及更小的设备体积都是其它装置不能比较的。与SVC相比，其调节速度更快且不需要大容量的电容、电感等储能元件，谐波含量小，同容量占地面积小，在系统欠压条件下无功调节能力强。在SVG装置中，由于要涉及到大量的复杂计算(如滤波计算、瞬时无功计算)和各种控制手

16、段(如各矢量控制、Pl控制)以及诸多信号的采集和发送。因此，系统对控制器的运算速度、接口资源、稳定性以及本钱等方面要求很高。5 .3无功补偿的主要方式：配电网无功补偿的主要方式有五种：变电站补偿、配电线路补偿、随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。变电站补偿：针对电网的无功平衡，在变电站进行集中补偿，补偿装置包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等，主要目的是平衡电网的无功功率，改善电网的功率因数，提高系统终端变电所的母线电压，补偿变电站主变压器和高压输电线路的无功损耗。这些补偿装置一般集中接在变压站IOKV母线上，因此具有管理交易、维护方便等优点，缺点是这种补偿方式对IOKV配电网的降损不起作用。配电线路补偿：线路无功补偿即通过在线路杆塔上安装电容器实现无功补偿。线路补偿点不宜过多；控制方式应从简，一般不采用分组投切控制；补偿容量也不宜过大，防止出现过补偿现象；保护也要从简，可采用熔断