电压无功自动调节装置
公司简介
北京思能达电力技术有限公司是一家经北京市科委认定的高新技术企业，注册在北京市中关村科技园区，专业从事电力系统中、高压无功补偿系列产品的开发、生产和销售。公司现有员工100 余人，其中高级技术人员40余人，下设产品研发部、财务部、市场营销部、生产部、工程部、物流部、质控部等职能部门，并在上海、郑州、西安、南京、贵阳、广州、济南设有销售服务机构。
公司拥有一批长期从事电力系统生产技术管理的专家和电力产品开发的高级技术人员，拥有一支高素质的工程服务队伍和优秀的销售团队，可全方位为用户提供工程设计、供货、技术培训、安装指导、设备调试等综合服务。
公司致力于电力系统高、中、低压无功补偿及滤波装置，变电站电压、无功、谐波综合治理装置的开发、生产和市场推广工作。目前公司拥有独立知识产权的三大系列十几个品种的产品，并申请获得了国家技术发明专利，产品包括：DWZT 系列变电站电压无功自动调节装置、DWZTL 系列线路型电压无功补偿装置、DWXZ 系列牵引变电站电压、无功、谐波综合治理装置、SZJB型智能化节能型路灯箱式变电站、TSF 型低压动态无功补偿滤波成套装置、TBB-Z 型高压无功补偿自动调容成套装置等。产品均已通过型式试验，并通过中国电力联合会组织的产品鉴定。我公司产品能够有效提高电力系统和用电单位的电压合格率，改善电能质量，同时节能效果明显，产品在使用后，就得到了电力行业和其他行业用户的一致好评。
公司采用国内最新技术和先进的生产设备，产品检测手段齐全，质量和管理已通过ISO9001质量体系认证，确保为用户提供高性能，高质量的产品，我公司的宗旨是为客户提供无功补偿和电能质量治理方面的全方位的解决方案。
思能达——电力无功补偿专家。
无功补偿专家
思能达
目录
前言
概述
装置的原理
装置的优点
装置的构成
装置的功能
尺寸及安装
订货
服务
前言
随着国民经济的快速增长，城乡负荷不断增加，电力负荷缺口日益严重。电力系统电压无功管理是保证电力系统经济运行的重要手段，加强电力系统无功管理可以稳定系统电压，提高功率因数，降低线损。充分利用各种调压手段和无功电源的补偿作用，实现电压无功综合控制对提高电压合格率和降低网损有很大作用。其意义主要体现在：提高设备使用效率；降低功率损耗与电能损耗；提高供电电压质量；节约能源、改善环境。我国现在装机容量已经超过2亿KW，如果能降低线损1％，就相当于少投资建设一个200万KW
的发电厂，从而避免了由此产生的环境污染问题。
随着电网结构的日益复杂，电压等级的不断提高，各种用电设备接入电网消耗了大量的无功功率，无功功率不足和电压波动大的问题日益突出，不能仅仅依靠发电机的自动电压无功调节器进行无功补偿，必须增强电网本身的调控能力。合理无功补偿方式的选择应该遵循以下几个原则：
(1) 减少无功功率的流动，就地补偿的原则；
(2) 分级补偿原则，集中装设与分散装设相结合，以分散补偿为主全面规划；
(3) 防止在低负荷情况下过补偿，即向电网倒送无功功率。
变电站是实现无功分散控制和就地补偿的理想场所。通过对变电站无功功率的就地平衡能很好地保证电压质量，因此研究变电站的电压无功控制具有重要的意义。在变电站中，为了补偿无功损耗，通常采用以下几种手段：
(1) 静止无功补偿器。静止无功补偿器可以平滑调节，响应速度快，是一种比较理想的无功电源。但是这种装置技术复杂，操作和运行维护要求高，造价昴贵，无法大面积推广应用。
(2) 同步调相机。调相机同并联电容器一样装设在枢纽变电站，但与并联电容器相比，它的优点是：可双向连续调节；能独立的用调节励磁的方法调节无功功率；具有较大的过负荷能力。缺点是：设备投资高，起动、运行、维修复杂；动态调节效应慢；不适应太大或太小的补偿；只能用于三相平衡的补偿；增加系统短路容量等。
(3) 并联电容器。并联电容器补偿是目前应用最广的一种方式，可永久或通过断路器连接至系统某些节点上。当系统无功不足时，补偿装置要尽量装在无功负荷中心，做到无功功率就地平衡。与调相机相比，并联电容器的优点是：投资省、运行经济；结构简单、维护方便；容量可任意选择、适应性强。缺点是：不能连续调节；负荷的调节特性较差；对系统中的高次谐波有放大现象，在谐波电流过大时可能会引起爆炸；投切过程会产生严重的操作过电压和合闸涌流，这些暂态过程往往成为系统故障的诱因，从而影响供电可靠性。
(4) 并联电抗器。并联电抗器主要是用在超高压 (330KV及以上) 系统的线路上。它并联在线路末端或中间，吸收线路上的充电功率，以防止超高压系统线路在空载充电或轻负荷时末端电压过高。目前电力部门对电压无功管理非常重视，投入了大量资金，开发了许多电压无功管理软件，我国在许多变电站中都装设了VQC、有载调压变压器、无功补偿并联电容器组等设备，电压质量有了有效的改善。但由于目前无功调节手段落后及电容器运行中过电压、过电流、寿命等问题，使得这些设备或软件不能发挥应有的作用，不能始终保持电压和无功所要求的指标，电容器补偿也达不到应有的经济技术效益，不能充分发挥设备的潜力。
针对电压无功调节手段落后问题，北京思能达电力技术有限公司在广泛吸收国内外新技术的基础上，开发了新型变电站无功自动调节装置，它从调节手段上进行了突破，不采用电容器投切方法，采用调节电容器两端电压改变输出容量，解决了电容器运行中过电压、涌流等问题，改滞后调节为实时调节。该装置的推广应用将把电压无功管理水平大大提高，可以大幅度降低线损，提高供电企业的经济效益，在不新建电厂的情况下提高供电能力，为解决目前国内电力紧张做出贡献。
一、概述
1. 适用范围
产品主要适用于 35kV～220kV 电压等级的各级变电站，装
设于变电站的 6kV/10kV/35kV 母线上。产品广泛应用于电力系
统、冶金、石油、煤炭、化工等行业，以改善电压质量，提高功率因数，降低损耗。
2. 使用条件
●环境温度：-20℃～+55℃
●相对湿度：≤ 95％ (25℃)
●海拔高度：≤ 1000米 (普通型)
≤ 3000米 (高原型)
●大气压力：80kpa～110kpa
●使用地点无易燃、易爆、化学腐蚀及剧烈震动，不允许有严重的霉菌存在 ●特殊使用条件请与制造厂协商 3. 型号含义
4. 主要技术指标
额定电压：6.3kV/10.5kV/38.5kV 额定频率：50Hz 额定容量：1000kVA 、1500kVA 、2000kVA 、3600k 、
6000kVA 、7500kVA 、10000kVA 、15000kVA
输入电压：100V 输入电流：5A/1A 测量精度：1.0级
控制电压：交流220V 直流220V 响应速度：小于1min
二、装置的原理
DWZT 型变电站电压无功自动调节装置采用电容器固定接入，通过改变电容器两端的电压从而改变电容器的补偿容量。根据Q=2πFCU 原理，电容器不
变，端电压从100%Ue 降到50%Ue 时，其输出容量就可以在（100%~25%）×QH 下进行调节 ， 改变电压调节精度就可以改变容量调节精度(见图2)。
三、主要优点
传统的电压无功补偿调节都是通过改变电容器投入的数量及调节主变分接头开关来实现的，这势必带来三个问题：一是电容器分组一般是2－4组，不能适应系统感性无功的变化，只能在某一较大的范围进行调节，不能实现细调；二是电容器投
切产生过电压及涌流，频繁操作必将严重影响电容器的使用寿命。三是投切电容器时，由于电容器存在充放电问题，切除之后再次投入要间隔三分钟以上，影响响应速度。针对以上问题，我公司自主开发的DWZT型变电站电压自动调节装置突破传统的无功补偿理念，改电容器的分组投切为一次固定接入，通过改变电容器的端电压达到改变补偿容量的目的，解决了电容器投切中的过电压、涌流及充放电等技术问题，改滞后调节为实时调节，主要特点有：
1.节能效果明显
由于不采用投切方式，电容器投切中无投切引起的充放电问题，调节可以随系统无功变化随时进行，不需要延时，可以实现适时调节，保证系统随时都工作在最佳状态，有效提高功率因数，降低线损。该产品能把变电站功率因数有效提高至0.95～0.98之间，减少发热损耗。
当功率因数由0.6提高到0.95时，功率因数提高对降低发热损耗的影响如下表：
2.解决了因电容器投切引起的过电压、涌流等问题由于电容器固定接入，不进行分组，不进行投切，其输出容量可以根据系统需要进行精细调节，解决了因电容器投切引起的过电压，涌流等问题；并可以选择合适的投入电压，有效降低投入电容器的涌流，减少对电网和电容器的冲击，本装置无谐波放大。
3. 延长电容器的使用寿命
以电压调节器改变电容器的端电压，不存在涌流及过电压等问题，使电容器长期稳定工作在额定电压以下，延长了电容器的使用寿命。
4. 装置自动化程度高，运行可靠，操作方便
微机控制器采用独特的电路设计，装置运行可靠；同时采用大屏幕液晶显示器，图形界面，中文显示和操作提示，使用简单方便。
四、装置的构成
DWZT 型变电站电压无功自动调节装置主要有电压调节器、微机控制器、电力电容器三部分构成：
1.电压调节器
电压调节器的主要作用是调节电容器端电压以改变电容器无功出力，满足系统要求 (见图3)。
技术参数
额定电压：6.3kV/10.5kV/38.5kV
额定容量：1000kvar、1500 kvar、2000 kvar、 3600 kvar、6000 kvar、7500 kvar、
10000 kvar、15000 kvar、20000 kvar、 24000 kvar、
输出电压：（50~100）%×额定电压
调压方式：有载调压
损耗：≤0.2％x电容器容量
冷却方式：油浸自冷
相数及组别：三相Y/Y
2.微机控制器（SNTAC-200）
根据系统参数进行分析计算，发出指令进行电压及无功调节，并具有显示和通讯功能（见图4）。
技术参数
额定交流电流：5A
额定交流电压：220V
额定频率：50Hz
额定直流电压：220V、110V或48V
直流回路额定功耗：20W
交流回路额定功耗：0.5VA/相
交流电流回路过载能力：2ln正常工作，20ln持续1s
交流电压回路过载能力：1.2Un正常工作
3.电力电容器
可采用集合式并联电容器、分散式并联电容器或其它电容组成。
4.电抗器
干式空芯或铁心电抗器，电抗率6%、12%。
五、主要功能及特点
1.控制功能
●既可实现电压无功的综合控制，也可在无补偿电容器时单独控制主变调压或当主变不具备有载调压条件下单独调节电压调节器，控制补偿电容器容量；
可根据电力系统需要自动控制调节电容器的无功输出；
●根据采集的实时数据，按照预先设定的控制策略，得到分接头和无功补偿设备的最优配合，控制电压调节器的调整和分接头的调整。
2. 手动调压和手动调节电容功能
●微机具有齐全的手动调压和电容调节功能，手动调压还有自动防滑档功能；
●控制屏另备有与微机控制器完全独立的手动调压电路，以备控制器定检时临时使用。
3. 现场参数设置功能
●具有供值班员使用的运行设置和供安装维护人员使用的设置功能。用户无需提供变电站设备参数和运行情况；
●所有设定的内容可保存十年以上，不受停电影响。
4. 显示功能
●可分别显示主变的高压侧电压、电流、功率因数、无功功率、有功功率和低压侧电压；
●显示微机控制方式和主变运行方式、主变分接开关档位、电容器运行状态和显示电容器无功出力；
●显示调压和调节动作提示，显示各高压断路器的通断状态。
5. 事件记录
可记录多个事件，记录的内容不受停电影响，便于追忆运行和故障情况。
●主变的升压、降压动作以及日期、时间；
●各组电容的调节及日期、时间和动作前后的参数；
●各种异常报警事件以及日期、时间。
6. 通信接口
具有RS-232或RS-485通信接口和成熟的接口程序，可全面可靠地实现遥信，遥控。
有三种通讯协议，分别为CDT、MODBUS、103。
7. 完善的保护、故障诊断和闭锁功能
●独有硬件保护电路，微机内部出现任何电路故障均不会有误动作输出；
●具有动态自检功能，微机内部控制参数出错以及非严重性故障均可报警并闭锁；
●微机出现控制程序混乱时，一秒内程序自动恢复正常，在此期间不会有误输出；
●能抵抗严重的谐波干扰，不会出现控制电压误判并引起误动作；
●当出现主变档位信号线异常或并列运行档位不同时，报警并闭锁。
●当主变过负荷时，闭锁调压，负荷正常时，可自动恢复调压控制；
●电容器故障跳闸时，报警并闭锁调节；
●各主变出现拒升压和拒降压时，报警并闭锁；
●当出现电网电压过高或过低时，自动切除电容后报警并闭锁。
六、尺寸及安装
1.产品尺寸
电压调节器
依据产品的规格不同，产品的尺寸有所不同，详细尺寸请索取以下尺寸请做参考：
微机控制器
外形尺寸：192x216x280
安装尺寸：140x203
2. 安装
DWZT 型电压无功自动调节装置安装接线如
图6。
电压调节器既可室内安装，也可室外安装。现场安装时，限制涌流的电抗器可以省去，对于谐波较严重的场所，制造厂建议在电压调节器与电容器之间串联阻止谐波的电抗器。
微机控制器安装在控制室内，可以装设在电容器保护屏或控制屏上，也可以单独组屏，实现多组电容器的控制。
微机控制器输入端为站内主变10kV侧电流电压，输出端为电压调节器及主变分接头开关，按使用说明书安装试验合格后即可
投入使用。
1. 电容器开关
2. 电压调节器
3. 避雷器
4. 电容器组
5. 放电线圈
七、订货
用户可以按我公司提供的型号、容量、规格订货，
也可提供变电站参数由我公司特殊设计；
我公司原则上不提供电力电容器，请用户自行订购，也可以指定厂家，由我公司代为定购；
对于已运行变电站，定购设备时，用户须提供变电站原有电容器组的安装图纸，我公司根据电容器安装情况帮助用户确定设备安装方式；
用户对产品的其他技术要求；订货的数量、交付时间、交货方式和运输方式等。
八、服务
公司对产品提供终身技术服务，在质保期限一年内免费处理各种问题；
协助用户进行安装、调试；
为用户培训操作、维护人员；
为用户提供变电站无功治理方案或其他技术咨询服务。
电力系统电压及无功补偿
电力系统电压与无功补偿 交流电力系统需要电源供给两部分能量，一部分将用于作功而被消耗掉，这部分电能将转换为机械能、光能、热能或化学能，我们称为“有功功率”。另一部分能量是用来建立磁场，用于交换能量使用的，对于外部电路它并没有作功，由电能转换为磁能，再由磁能转换为电能，周而复始，并没有消耗，这部分能量我们称为“无功功率”，无功是相对于有功而言，不能说无功是无用之功，没有这部分功率，就不能建立感应磁场，电动机、变压器等设备就不能运转。 2、无功功率按电路的性质有正有负，Q为正值（感性）时表示吸收无功功率，Q为负值(容性)时表示发出无功功率，在感性电路中，电流滞后于电压，f ＞0，Q为正值。而在容性电路中，电流超前于电压，f < 0，Q为负值。这就是人们通常称电动机等设备“吸收”无功而电容器发出“无功”的道理。 3、输电线路电压损耗由两部分组成，即有功功率在电阻上的压降和无功功率在电抗上的压降。一般说来，在超高压电网的线路、变压器的等值电路中，电抗的数值比电阻大得多。所以无功功率对电压损耗的影响很大，而有功功率对电压损耗的影响则要小得多。因此，可以得出结论，在电力系统中，无功功率是造成电压损耗的主要因素。由电压损耗表达式DU = (PR + QX)/U可知，要改变电压损耗有两种办法。
（1）改变元件的电阻； （2）改变元件的电抗，都能起到改变电压损耗的作用。 可采取的一种办法是增大导线截面减小电阻以减小电压损耗，这种办法在负荷功率因数较高、原有导线截面偏小的配电线路中比较有效。适宜负荷不断增加的农村地区采用。 而电网中用的最多的办法是减少线路中的电抗，在超高压输电线路中广泛采用的分裂导线就可以明显降低线路的电抗。在我国，220kV线路一般采用二分裂、500kV线路采用四分裂导线。采用分裂导线，降低线路电抗，不仅仅减少了电压损耗，而且有利于电力系统的稳定性，能提高线路的输电能力。 减小线路电抗的另一种办法是采用串联电容补偿，就是在线路中串联一定数值的电容器，大家知道，同一电流流过串联的电感、电容时，电感电压与电容电压在相位上正好差180 串联电容器补偿，现在主要应用于超高压、大容量的输电线路上 4、除了用改变电力网参数来减少电压损耗以外，改变电压损耗的另一个重要方面是改变电网元件中传输的功率。即改变表达式中的P和Q的大小，在满足负荷有功功率的前提下，要改变供电线路、变压器传输的有功功率，是比较困难的，常常是不可能的。因此，改变线路、
电力系统无功功率平衡与电压调整
电力系统无功功率平衡与电压调整 由于电力系统中节点很多，网络结构复杂，负荷分布不均匀，各节点的负荷变动时，会引起各节点电压的波动。要使各节点电压维持在额定值是不可能的。所以，电力系统调压的任务，就是在满足各负荷正常需求的条件下，使各节点的电压偏移在允许范围之内。 由综合负荷的无功功率一电压静态特性分析可知，负荷的无功功率是随电压的降低而减少的，要想保持负荷端电压水平，就得向负荷供应所需要的无功功率。所以，电力系统的无功功率必须保持平衡，即无功功率电源发出的无功功率要与无功功率负荷和无功功率损耗平衡。这是维持电力系统电压水平的必要条件。 一、无功功率负荷和无功功率损耗 1．无功功率负荷 无功功率负荷是以滞后功率因数运行的用电设备(主要是异步电动机)所吸收的无功功率。一般综合负荷的功率因数为0.6～O.9，其中，较大的数值对应于采用大容量同步电动机的场合。 2．电力系统中的无功损耗 (1)变压器的无功损耗。变压器的无功损耗包括两部分。一部分为励磁损耗，这种无功损耗占额定容量的百分数，基本上等于空载电流百分数0I ％，约为1％～2％。因此励 磁损耗为 0/100Ty TN Q I S V (Mvar)(5-1-1)
另一部分为绕组中的无功损耗。在变压器满载时，基本上等于短路电压k U 的百分值，约 为10％这损耗可用式(6-2)求得 2(%)()100k TN TL Tz TN U S S Q S V (Mvar)(5-1-2) 式中，TN S 为变压器的额定容量(MVA)；TL S 为变压器的负荷功率(MVA)。 由发电厂到用户，中间要经过多级变压，虽然每台变压器的无功损耗只占每台变压器容量的百分之十几，但多级变压器无功损耗的总和可达用户无功负荷的75%～100％左右。 (2)电力线路的无功损耗。电力线路上的无功功率损耗也分为两部分，即并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。并联电纳中的无功损耗又称充电功率，与电力线路电压的平方成正比，呈容性。串联电抗中的无功损耗与负荷电流的平方成正比，呈感性。因此电力线路作为电力系统的一个元件，究竟是消耗容性还是感性无功功率，根据长线路运行分析理论，可作一个大致估计。对线路不长，长度不超过100km ，电压等级为220kV 电力线路，线路将消耗感性无功功率。对线路较长，其长度为300km 左右时，对220kV 电力线路，线路基本上既不消耗感性无功功率也不消耗容性无功功率，呈电阻性。大于300km 时，线路为电容性的。 二、系统综合负荷的电压静态特性 电力系统中某额定功率的用电设备实际吸收的有功功率和无功功率的大小是随电力网的电压变化而变的，尤其是无功功率受电压的影响很大。电力系统综合负荷的电压静态
无功补偿来源和电压调节设备
无功补偿来源和电压调节设备 1）同步发电机：同步发电机是电力系统中最重要的无功补偿设备。往往依照不同系统条件和不同的安装位置，根据需要选择不同的发电机额定功率因数。位于负荷中心附近的发电机组，宜于有较大的送出无功功率的能力，可以供应正常负荷的部分无功功率需求外，还可以在正常时保留一部分作为事故紧急储备，非常重要。 至于送端电厂的发电机组，特别是远方电厂，由于无功功率不宜远送的规律，它发出的无功功率主要用以补偿配出线路在重负荷期间的部分无功功率损耗，实现超高压网无功功率的分层平衡。功率因数一般都较高。例如，巴西伊泰普水电.站中，有9台765MW勺机组接在交流侧，经900km 765kV交流线路到受端，机组的额定功率因数选为0.95，另9台7机通过直流线路到受端，其额定功率因数选为0.85，因为前者只需要补偿线路，后者还需要补偿换流站的无功（换流站的无功需求相当大）。 反过来说，接到超高压电网特别是位于远方的发电机组需要具有 适当的进相运行能力（吸收无功），使能在系统低负荷期间，吸收配出的超高压线路的部分多余无功功率，以保持电厂送电电压不超标。这点在工程实践中往往是一个后备方案，即机组的进相运行来调整电压。我国一般现在
机组都会做进相运行试验。 2）输电线路：输电线路既能产生无功功率（由于分布电容）又消耗无功功率（由于串联阻抗）。当沿线路传送某一固定有功功率，线路上的这两种无功功率适能相互平衡时，这个有功功率，叫做线路的 “自然功率”。这点应该是较为基本的认识，所以有功潮流大的线路，无功消耗也大，自然产生较少无功；空载线路也最容易贡献无功，从而抬升电压。尤其是500kV层面小负荷方式下容易无功剩余。
无功、电压与线损之间的关系(精)
无功、电压与线损之间的关系 1、无功与电压的关系 （1）无功不平衡对电压的影响 1）由于无功不平衡会引起电压偏移。根据无功负荷的电压静态特性，当一个地区无功过剩时，电压就会升高；而无功不足时，电压就会降低。 2）由于无功潮流在电网中的流动，产生电压降。无功潮流（负荷）越大，在电网中产生的电压降也越大。 3）无功负荷的变化，会引起电压降的变动。 (2）改善电压对无功的要求： 1）任何时候都应在目标电压下达到无功平衡。这就要求我们要有足够的无功补偿容量，以保证高峰负荷时的无功平衡，同时要有足够的调节能力。 2）实现无功的就地平衡，尽量减少无功在电网中的流动，尤其是远距离的流动，使电网各点电压都在合格范围内。 3）按逆调压的要求实现无功平衡 2、线损与无功的关系 从本质上讲，线损是指发电厂发出来的电能输送到用户，必须经过输电、变电、配电设备，由于这些设备存在阻抗，因此，电能通过时就会产生电能损耗，并以热能的形式散失在周围介质中，这个电能损耗称为线损电量，简称线损。线损电量占供电量的百分比简称线损率。由于电力网中实际存在着大量的无功负荷，如异步电动机、变压器、输电线路的电抗等，这些设备的启动运行，需要系统供给无功功率，这样系统功率因数就会降低，使电网在传输一定有功功率的情况下，电流增大，从而产生有功电能损失，使线损增大。当功率因数为0.7时，无功功率和有功功率基本相当，电网中的可变损耗有一半是无功功率引起的。所以说，加大无功优化工作，实现无功就地平衡，尽量减少无功电流在电网中的流动，对电网降损节能有着重要的意义。
例如:设有一条10千伏线路,其等效电阻R为10欧姆,当其输送的有功功率P为100千瓦,无功功率Q分别为(1)33千乏和(2)100千乏时,所造成的有功损失: 当无功功率为33千乏时 视在功率S=√P2+Q2=√1002+332 =105千伏安 功率因数COS∮=P/S=100\105=0.95 有功功率损失：△P=3I2R=(S2/U2)R=(1052/102)×10＝1.1千瓦 当无功功率为100千乏时 视在功率S=√P2+Q2=√1002+1002 ＝141千伏安 功率因数COS∮=P/S=100\141=0.71 有功功率损失：△P=3I2R=(S2/U2)R=(1412/102)×10＝2千瓦 通过上式可以看出,该线路在输送有功功率不变的情况下,当功率因数由0.7提高到0.95时,线路有功功率损耗由2千瓦降低到1.1千瓦,降幅可达到45% 3、线损与电压的关系： 大家都知道无功平衡情况直接影响电网的电压水平，而电压又影响着电网的负荷损耗和变压器铁损。所以我们说无功通过电压间接影响着线损。 电压对线损的影响是直接的，负荷引起的损耗（线损和变压器铜损）与电压平方成反比，而变压器铁损与电压平方成正比。所以在高峰负荷时，由于负载损耗远远大于变压器铁损，提高电压能够取得明显的降损节电效果；反之，在低谷负荷时，特别是配电网有功负荷不大时，无功负荷随着电压的升高有较大的增加。这就要求我们在调控电压时，在允许的电压偏移范围内，实现高峰负荷时较高电压运行，而低谷负荷时较低电压运行的逆调压，达到电能损耗最小的目的。
高压电压无功补偿-无功补偿的意义
无功补偿的意义 电网中的许多用电设备是根据电磁感应原理工作的。它们在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率叫无功功率。电力系统中，不但有功功率平衡，无功功率也要平衡。 有功功率、无功功率、视在功率之间的关系如图1所示 式中： S——视在功率，kV A P——有功功率，kW Q——无功功率，kvar φ角为功率因数角，它的余弦(cosφ)是有功功率与视在功率之比即cosφ＝P/S称作功率因数。 由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，用电企业功率因数cosφ越小，则所需的无功功率越大。如果无功功率不是由电容器提供，则必须由输电系统供给，为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量需增大。这样，不仅增加供电投资、降低设备利用率，也将增加线路损耗。为此，国家供用电规则规定：无功电力应就地平衡，用户应在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功倒送。还规定用户的功率因数应达到相应的标准，否则供电部门可以拒绝供电。因此，无论对供电部门还是用电部门，对无功功率进行自动补偿以提高功率因数，防止无功倒送，从而节约电能，提高运行质量都具有非常重要的意义。 无功补偿的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。 当前，国内外广泛采用并联电容器作为无功补偿装置。这种方法安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小。 采用并联电容器进行无功补偿的主要作用：
1、提高功率因数 如图2所示图中： P——有功功率 S1——补偿前的视在功率 S2——补偿后的视在功率 Q1——补偿前的无功功率 Q2——补偿后的无功功率 φ1——补偿前的功率因数角 φ2——补偿后的功率因数角 由图示可以看出，在有功功率P一定的前提下，无功功率补偿以后(补偿量Qc＝Q1-Q2)，功率因数角由φ1减小到φ2，则cosφ2＞cosφ1提高了功率因数。 2、降低输电线路及变压器的损耗 三相电路中，功率损耗ΔP的计算公式为 式中 P——有功功率，kW； U——额定电压，kV； R——线路总电阻，Ω。 由此可见，当功率因数cosφ提高以后，线路中功率损耗大大下降。 3、改善电压质量 线路中电压损失ΔU的计算公式 式中 P——有功功率，KW； Q——无功功率，Kvar； U——额定电压，KV； R——线路总电阻，Ω
详解电网无功补偿与电压调节
详解电网无功补偿与电压调节 无功对于电网系统设计来说，肯定是非常非常重要的了，这块其实内容很多，就做一个简单的梳理总结，有一些工程实践中的认识，希望可以互相印证。无功对应电压，有功对应频率，应该是一个比较普遍大概的认识，当然没错。所以无功补偿和电压调节是密不可分的，也是调度考核的重要指标。 一、无功补偿概述和原则 无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率)来发光外，还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功，才被称之为“无功”。 电力系统的无功补偿与无功平衡是保证电压质量的基本条件，首先是一些重要原则当然很多是国网的原则，虽说要摆脱国网思路束缚，但是有些好东西还是要保留。 分层分区补偿原则：有鉴于经较大阻抗传输无功功率所产生的很大无功功率损耗和相应的有功功率损耗，电网无功功率的补偿安排宜实行分层分区和就地平衡的原则。所谓的分层安排，是指作为主要有功功率大容量传输即220--500 kV电网，宜力求保持各电压层间的无功功率平衡，尽可能使这些层间的无功功率串动极小，以减少通过电网变压器传输无功功率时的大量消耗;而所谓分区安排、是指110k V 及以下的供电网，宜于实现无功功率的分区和就地平衡。 电压合格标准：
500kV母线：正常运行方式时，最高运行电压不得超过系统额定电压的+10%;最低运行电压不应影响电力系统同步稳定、电压稳定、厂用电的正常使用及下一级电压调节。 发电厂和500kV变电所的220kV母线：正常运行方式时，电压允许偏差为系统额定电压0～+10%;事故运行方式时为系统额定电压的的-5%～+10%。 发电厂和220kV变电所的110kV～35kV母线：正常运行方式时，电压允许偏差为相应系统额定电压-3%～+7%;事故后为系统额定电压的的±10%。 带地区供电负荷的变电站和发电厂(直属)的10(6)kV母线：正常运行方式下的电压允许偏差为系统额定电压的0～+7%。 无功补偿配置原则：各电压等级变电站无功补偿装置的分组容量选择，应根据计算确定，最大单组无功补偿装置投切引起所在母线电压变化不宜超过电压额定值的2.5%,并满足主变最大负荷时，功率因数不低于0.95。 以上只是大概的比例估计，具体工程的变电站的无功配置是需要通过计算的，计算分不同运行方式(针对容性和感性)，无功计算一般是有无功交换的整个区域一
无功功率平衡和的电压调整
电力系统的无功功率平衡和电压调整 1.输电线路传输无功功率的电压效应。负荷的无功功率――电压静特性。 2.电力系统的无功功率平衡 3. 电力系统的无功损耗。 4.电力系统的无功功率源。 5.电力系统调压方式有哪几种。 6.电力系统中无功功率分布对电压的影响。
1.输电线路传输无功功率的电压效应。负荷的无功功率――电压静特性。 如图7－1所示的简单输电线路。图中R ＋jX 为线路集中阻抗，输电线的电容不考虑。当线路末端的功率为r r jQ P +,这一功率将在线路上引起电压降。在高压电网中系统节点电压幅值的变化仅与无功功率的变化有关，且一节点的无功功率变化对其本身的电压变化影响最大。 当传输的负荷功率r r jQ P +通过阻抗时要产生电压降，电压降纵分量U ?和 横分量U δ和电压相量s U ,均示于图7－1（b ），我们已知 图7－1 简单输电线路 (a)等值电路；(b)相量图 =+r r r r r r U R Q X P U U X Q R P U －＝δ? 并可以近似地认为线路首端到末端的电压损耗为υ?。 从图7－1(b)，当已知r U ，r P ，r Q ，始端电压s U 可由下式求得（r U 作为参考相量）。
r R r Q X r P j r X r Q R r P r j S r R r Q X r P j r X r Q R r P r j r S U U U )s i n (c o s U U U U U +++=+?+++=++υδδυυδυ? ＝ 电压为110千伏以上的输电线路R< 电网的无功补偿与电压调整 、输电网的无功补偿与电压调整 输电网多数无直供负载，一般不为调压目的而设置无功补偿装置。参数补偿多用于较长距离的输电线路，有串联补偿（又称纵补偿）与并联补偿（又称横补偿）之分。电压支撑则多用于与地区受电网络连接的输电网的中枢点。 1.1电抗器补偿 电抗器是超高压长距离输电线路的常用补偿设备，用以补偿输电线路对地电容所产生的充电功率，以抑制工频过电压。电抗器的容量根据线路长度和过电压限制水平选择，其补偿度（电抗器容量与线路充电功率之比）国外统计大多为70-85，个别为65，一般不低于60。电抗器一般常设置在线路两端，且不设断路器。 1.2串连电容补偿 串联电容用来补偿输电线路的感抗，起到缩短电气距离提高稳定性水平和线路的输电容量的作用。串联电容器组多为串、并联组合而成，并联支数由线路输送容量而定，串联个数则由所需的串联电容补偿度（串联电容的容抗与所补偿的线路感抗之比）而定。串联电容补偿一般在50以下，不宜过高，以免引起系统的次同步谐振。输电网中因阻抗不均而造成环流时，也可用串联电容来补偿。日本在110kV环网中就使用了串联电容补偿。 1.3中间同步或静止补偿 在远距离输电线路中间装设同步调相机或静止补偿装置，利用这些 装置的无功调节能力，在线路轻载时吸收线路充电功率，限制电压升高；在线路重载时发出无功功率，以补偿线路的无功损耗，支持电压水平，从而提高线路的输送容量。中间同步或静止补偿通常设在线路中点，若设在线路首末端，则调节作用消失。 输电网的电压支撑点与调压输电网与受电地区的低一级电压的电网相联的枢纽点，常设置有载调压变压器或有相当调节与控制能力的无功补偿装置，或者二者都有，以实现中枢点调压，使电网的运行不受或少受因潮流变化或其他原因形成的电压波动的影响，在电网发生事故时起支撑电压的作用，防止因电网电压剧烈波动而扩大事故。 电压支撑能力的强弱，除与补偿方法和补偿容量大小有关外，更与补偿装置的调节控制能力和响应速度有关。并联电容器虽是常用而价廉的补偿设备，但其无功出力在电压下降时将按电压的平方值下降，不利于支撑电压。大量装设并联补偿电容器反而有事故发生助长电网电压崩溃的可能性。采用同步调相机和静止无功补偿装置辅以适当的调节控制，是比较理想的支撑电压的无功补偿设备。近年来，国内外均注重静止补偿装置的应用。 2、配电网的无功补偿与电压调整 以相位补偿和保证用户用电电压质量为主。 2.1相位补偿亦称功率因数补偿 用电电器多为电磁结构，需要大量的励磁功率，致使用户的功率因数均为滞相且较低，一般约为0.7左右。励磁功率滞相的无功功率在配电网中流动，不仅占用配电网容量，造成不必要的损耗，而且导致用户 电网的无功补偿与电压调整 1、输电网的无功补偿与电压调整 输电网多数无直供负载，一般不为调压目的而设置无功补偿装置。参数补偿多用于较长距离的输电线路，有串联补偿（又称纵补偿）与并联补偿（又称横补偿）之分。电压支撑则多用于与地区受电网络连接的输电网的中枢点。 1.1电抗器补偿 电抗器是超高压长距离输电线路的常用补偿设备，用以补偿输电线路对地电容所产生的充电功率，以抑制工频过电压。电抗器的容量根据线路长度和过电压限制水平选择，其补偿度（电抗器容量与线路充电功率之比）国外统计大多为70-85，个别为65，一般不低于60。电抗器一般常设置在线路两端，且不设断路器。 1.2串连电容补偿 串联电容用来补偿输电线路的感抗，起到缩短电气距离提高稳定性水平和线路的输电容量的作用。串联电容器组多为串、并联组合而成，并联支数由线路输送容量而定，串联个数则由所需的串联电容补偿度（串联电容的容抗与所补偿的线路感抗之比）而定。串联电容补偿一般在50以下，不宜过高，以免引起系统的次同步谐振。输电网中因阻抗不均而造成环流时，也可用串联电容来补偿。日本在110kV环网中就使用了串联电容补偿。 1.3中间同步或静止补偿 在远距离输电线路中间装设同步调相机或静止补偿装置，利用这些装置的无功调节能力，在线路轻载时吸收线路充电功率，限制电压升高；在线 路重载时发出无功功率，以补偿线路的无功损耗，支持电压水平，从而提高线路的输送容量。中间同步或静止补偿通常设在线路中点，若设在线路首末端，则调节作用消失。 输电网的电压支撑点与调压输电网与受电地区的低一级电压的电网 相联的枢纽点，常设置有载调压变压器或有相当调节与控制能力的无功补偿装置，或者二者都有，以实现中枢点调压，使电网的运行不受或少受因潮流变化或其他原因形成的电压波动的影响，在电网发生事故时起支撑电压的作用，防止因电网电压剧烈波动而扩大事故。 电压支撑能力的强弱，除与补偿方法和补偿容量大小有关外，更与补偿装置的调节控制能力和响应速度有关。并联电容器虽是常用而价廉的补偿设备，但其无功出力在电压下降时将按电压的平方值下降，不利于支撑电压。大量装设并联补偿电容器反而有事故发生助长电网电压崩溃的可能性。采用同步调相机和静止无功补偿装置辅以适当的调节控制，是比较理想的支撑电压的无功补偿设备。近年来，国内外均注重静止补偿装置的应用。 2、配电网的无功补偿与电压调整 以相位补偿和保证用户用电电压质量为主。 2.1相位补偿亦称功率因数补偿 用电电器多为电磁结构，需要大量的励磁功率，致使用户的功率因数均为滞相且较低，一般约为0.7左右。励磁功率——滞相的无功功率在配电网中流动，不仅占用配电网容量，造成不必要的损耗，而且导致用户电压降低。相位补偿是以进相的无功补偿设备（如并联电容器）就近供给用户或配电网所需要的滞相无功功率，减少在配电网中流动的无功功率，降低网损， 第二节无功功率与电压调整 一、电压的作用 电压是衡量电能质量的一个重要标准，电压过高或过低都会对用户造成不良的影响。 比如：电压低的危害： 在电力系统中常见的用电设备为异步电动机，各种电热设备、照明以及家用电器。这些设备 与电压都保持着一定的关系，电动机的转矩是与其端电压的平方成正比，当电压下降时，转 矩也下降，如果电动机所拖的机械负荷的阻力矩(负荷)不变，随着电压的降低，电动机的转差增大，定子电流也随之增大，发热增加，绕组温度增高，加速绝缘老化。当电压再低时，电动机将停转。电压低了，照明灯发光不足，电炉冶炼时间长，降低效率。电压降低，会使网络中的功率损耗和能量损耗将加大，电压过低还可能危及电力系统运行稳定。 电压高的危害： 电压偏高，用电设备的使用寿命将缩短，电压高，加在设备上的电场变的强，使介质中的局 部产生放电，这是电老化。绝缘的老化分为电老化、热老化、环境老化。在超高压网络中还将增加电晕损耗等。 因此电力系统根据电压等级的不同，制定了各类用户的允许电压偏移。 1.35kV及以上用户供电电压正负偏差绝对值之和不超过额定电压的10% 2.10kV用户的电压允许偏差值，为系统额定电压的土7% 3.380V用户的电压允许偏差值，为系统额定电压的土7% 4.220V用户的电压允许偏差值，为系统额定电压的+5%- -10%。 事故后，考虑时间较短，事故又不经常发生，电压偏移容许比正常值再多5%。 二、系统中的无功功率的平衡 电力系统中，各种无功电源发出的无功功率应能满足系统负荷和电网损耗的需求。电力系统 对无功功率的要求是：系统中的无功电源可能发出的无功功率应该大于或至少等于所需要的无功功率和网络的无功损耗，为了保证安全，应有一定的储备。 Q GC-Q LD-Q L=Q res Q G C为系统的无功电源之和；Q L D为系统无功负荷之和；Q L为网络无功损耗之和，这个损耗包含线路电抗的无功损耗，为正，线路的充电功率，为负。一般在110KV 电压等级及以上才计算这部分功率。 三、无功功率的产生和电压的关系 电力系统负荷中，都属于电感性负荷，这不可避免的要消耗无功功率，现在以几个典型 的无功负荷研究无功功率与电压的关系。 1?异步电动机 异步电动机是电力系统中的主要无功负荷，占了比较大的比重。根据异步电动机的等值电路， 列出它所消耗的无功功率为： U 2 2 Q M二Q m I 2X - X m 从以上公式看出， Q m为励磁功率，根据公式看，它同电压平方成正比，但实际上，当电压较高时，由于饱和 影响，励磁电抗X m还将下降。所需的无功更多。Q二为漏抗所需的无功损耗，如果负载功 2R(^S)S二常数，当电压降低时，转差将增大，定子电流随之增大，相应地在漏抗中率不变，则P m = I 的无功损耗也要增大。综合这两部分无功功率的变化特点，可得异步电机的 电力系统中无功功率平衡对电压的影响 *** ******* 摘要：在电力系统中,不可忽视无功功率的平衡对电压的影响,无功功率的增加或减少,均对系统电压产生较大的波动及增加电能损耗,必须调整无功功率的输出,安装无功补偿装置等均可保持无功功率的平衡,以保持电压在正常范围内,同时减少功率损耗。 关键词:电力系统; 无功功率; 系统电压 1系统的无功功率对电压的影响 1.1电力系统中的无功功率电源与无功负荷 在电力系统中,无功功率为电力网络及各种电力设备提供励磁。系统内主要需要感性无功功率，它为变压器和感应电动机提供了励磁电流。无功功率的电源有发电机、高压输电线路、大型同步电动机和补偿装置。其中发电机是最基本的无功功率电源,发电机在额定状态下运行时,可发出的无功功为: Q GN = S GN sinφN = P GN tanφN (1) 式中: S GN , P GN ,φN 分别为发电机的额定视在功率、额定有功功率和额定功率因数角。 电力系统中无功负荷主要为异步电动机,系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定, 它所消耗的无功功率为: Q M = Q m + Qσ= U2 / X m + I2 Xσ(2) 式中:Q m 为励磁功率, X m 为励磁电抗, Qσ为漏抗无功损耗, Xσ为漏电抗,U 为电动机端电压, I 为定电流。 电力系统无功功率的损耗主要有变压器的无功损耗和输电线路的无功损耗。 1. 2无功功率对电压的影响 在电力系统运行中,要求电源的无功出力在任何时刻都同负荷的无功功率和网络无功损耗之和相等,即: Q GC = Q LD – Q L 下面以一发电机经过一段线路向负荷供电来说明无功电源对电压的影响。略去各元件电阻, 用X表示发电机电抗与线路电抗之和, 等值电路如图1所示,并根据等值电路图作出发电机端电压与负荷侧电压关系的相量图2 : 图1 发电机与负荷关系的等值电路图 图2 发电机端电压与负荷电压关系的相量图根据图2 可以确定发电机送到负荷节点的功率为: P = UI co sφ=EU* sinδ/X Q = UI sinφ= EU*cosδ/X-U2/X 当P 为一定时, 得： (3) 当电势E 为一定值时, 根据(3) 式可做出无功功率Q 与电压U 的关系图, 如图3 中的曲线1 : 电力系统无功功率平衡与电压调整 由于电力系统中节点很多，网络结构复杂，负荷分布不均匀，各节点的负荷变动时，会引起各节点电压的波动。要使各节点电压维持在额定值是不可能的。所以，电力系统调压的任务，就是在满足各负荷正常需求的条件下，使各节点的电压偏移在允许范围之内。 由综合负荷的无功功率一电压静态特性分析可知，负荷的无功功率是随电压的降低而减少的，要想保持负荷端电压水平，就得向负荷供应所需要的无功功率。所以，电力系统的无功功率必须保持平衡，即无功功率电源发出的无功功率要与无功功率负荷和无功功率损耗平衡。这是维持电力系统电压水平的必要条件。 一、无功功率负荷和无功功率损耗 1．无功功率负荷 无功功率负荷是以滞后功率因数运行的用电设备(主要是异步电动机)所吸收的无功功率。一般综合负荷的功率因数为0.6～O.9，其中，较大的数值对应于采用大容量同步电动机的场合。 2．电力系统中的无功损耗 (1)变压器的无功损耗。变压器的无功损耗包括两部分。一部分为励磁损耗，这种无功损耗占额定容量的百分数，基本上等于空载电流百分数0I ％，约为 1％～2％。因此励磁损耗为 0/100Ty TN Q I S = (Mvar) (5-1-1) 另一部分为绕组中的无功损耗。在变压器满载时，基本上等于短路电压k U 的百分值，约为10％这损耗可用式(6-2)求得 2(%)()100k TN TL Tz TN U S S Q S = (Mvar) (5-1-2) 式中，TN S 为变压器的额定容量(MVA)；TL S 为变压器的负荷功率(MVA)。 由发电厂到用户，中间要经过多级变压，虽然每台变压器的无功损耗只占每台变压器容量的百分之十几，但多级变压器无功损耗的总和可达用户无功负荷的75%～100％左右。 (2)电力线路的无功损耗。电力线路上的无功功率损耗也分为两部分，即并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。并联电纳中的无功损耗又称充电功率，与电力线路电压的平方成正比，呈容性。串联电抗中的无功损耗与负荷电流的平方成正比，呈感性。因此电力线路作为电力系统的一个元件，究竟是消耗容性还是感性无功功率，根据长线路运行分析理论，可作一个大致估计。对线路不长，长度不超过100km ，电压等级为220kV 电力线路，线路将消耗感性无功功率。对线路较长，其长度为300km 左右时，对220kV 电力线路，线路基本上既不消耗感性无功功率也不消耗容性无功功率，呈电阻性。大于300km 时，线路为电容性的。 二、系统综合负荷的电压静态特性 电力系统中某额定功率的用电设备实际吸收的有功功率和无功功率的大小是随电力网的电压变化而变的，尤其是无功功率受电压的影响很大。电力系统综 电 力 系 统 无 功 与 电 压 的 关 系 （一）、前言 电压是衡量系统电能质量的一个重要指标，电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡。 （二）、无功电源 电力系统的无功电源除了发电机外，还有同步调相机、静电电容器、及静止补偿器，这三种装置又称无功补偿装置。 （1）、发电机 发电机是系统唯一的有功功率电源，同时又是基本的无功功率电源。发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率 Q GN = S N SIN （Φ） = P GN tg （Φ） 式中：S N 、P GN 、Q GN 、Φ分别为发电机的额定视在功率、额定有功功率、额定无功功率和额定功率因数角。 下面以一个简单的系统说明发电机（隐极发电机）的无功与系统电压的关系。 图2-1 简单的系统图 图中：?E 为发电机机端的电势，? V 为系统的电压，X 为发电机与系统联系电抗。 P = VIocs(Φ) = δsin X EV Q = VIsin(Φ) = δcos X EV - X V 2 当P 为一定值时，得： Q = 22P X EV -）（ - X V 2 当发电机的电势一定时，Q 同V 的关系如图2-2；是一条向下开口的抛物线。 图2-2 电压与无功的关系 （2）、同步调相机 同步调相机相当于空载运行的同步电动机。在过励磁的运行时，她向系统供给感性无功功率而起无功电源的作用，能提高系统电压；在欠励磁运行时，她从系统吸收感性无功功率而起无功负荷的作用，可降低系统电压。 （3）、静电电容器 静电电容器可按三角形和星形接法连接在变电所的母线上。她供给的无功功率Q C 值与所在节点的电压V 的平方成正比，即 Q C = C X V 2 （4）、静止补偿器 静止补偿器由静电电容器与电抗器并联组成。电容器可以发无功功率，电抗器可以吸收无功，两者结合起来可以实现无功调节。 （三）、无功负荷 电力系统无功负荷主要有异步电动机、变压器的无功损耗、线路的无功损耗。 （1）、异步电动机 异步电动机在电力系统无功负荷中占的比重很大。系统的无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定。异步电动机的简化等值电路见图3-1，她消耗的无功功率与端电压的关系见图3-2。 DOI ：10.3969/j.issn.1001-8972.2012.09.069 并联电容器对电力系统无功补偿及电压调节问题的探讨 马文成 固原供电局，宁夏 固原 756300 摘 要 变电站并联电容器可以对电网的无功功率进 行集中补偿。通过对无功功率的合理补偿， 从而达到调节电压、使系统经济和稳定运 行。但在实际运行中，往往由于设计原因， 无功负荷的分布不可预见性等因素导致变电 站母线并联电容器不能合理的补偿无功和调 节电压。下面就某站10kV 母线并联电容器运 行中存在的问题加以分析和探讨。 关键词 并联电容器；无功补偿；电压调节 某变电站电压等级为110/35/10kV ，两台 主变容量分别为25000kVA 和20000kVA 的有载调 压变压器，正常时20000kVA 变压器运行，另一 台主变热备用，10kV Ⅰ、Ⅱ段母线经分段开关 联成单母运行。10kV Ⅱ段母线装TBB 210- 3600/3600Kvar 成套电容器装置，电容器型号 为：BFFH 4-11/ －2×1800－1×3W 密集型电 容器，每组容量为1800Kvar ，两组共 3600Kvar ，其额定电流为89A ，串联电抗器型 号为CKGKL-12/10-1的空芯电抗器，额定电 抗率为1%。 1 运行中存在的问题 该站自2000年投运以来，因10kV 母线并联 电容器的补偿容量不合理致使电容器不能正常 投入运行，因此，10kV 母线输送的无功负荷不 能实现就地补偿，从而不利于电网运行的经济 性和稳定性。 1.1 并联电容器投入时补偿容量过剩 图例分析如下： 图1 上图数据为该站10kV 母线2011年有功、无 功负荷平均值，从图中可以看出，10kV 母线 年输送无功负荷最大值为1500Kvar ，最小值为 500Kvar ，平均值为1000Kvar 。若投入一组容量 为 的电容器时除补偿了10kV 母线输送的无功 负荷外，还向系统倒送无功容量800Kvar 。按照 规定，电力系统无功补偿应以分级补偿，就地 平衡的原则进行，向系统倒送无功时将会引起 过电压，系统稳定性受到破坏。因此，向系统 倒送无功是不允许的。 1.2 并联电容器投入时对母线电压影响较 大 若正常运行时投入一台20000kVA 的有载调 压变压器时，从图A 中可知10kV 母线年输送有 功功率最大值为6000kW ，最小值为3000kW ， 平均值为4500kW 。正常运行时，在110kV 母线 确保电压合格率的情况下，35kV 及10kV 母线 通过有载调压完全可以满足各级母线电压合格 率的要求。当电容器投入时，除补偿了10kV 母线输送的无功功率外，还向系统倒送了大量 无功。此时，变压器输出的无功功率减少，导 致高压侧母线向系统输送的无功减少而电压升 高。变压器中、低压侧母线电压随之相应升 高，尤其低压侧母线电压升高较大，而并联电 容器运行时向系统补偿的无功容量与其端电压 的平方成正比，电压升高浮度越大，向系统输 送的无功容量越大，如此恶性循环，可能导致 电容器过电压保护动作跳闸，系统其它设备超 过额定电压运行时，其绝缘受到威胁。此时， 用有载调压来降低电压运行已不能满足电压合 格率的要求。 1.3 并联电容器退出运行时对系统经济运 行的影响 变电站并联电容器投入电网的目的是为 了补偿系统无功的不足，减少电源向系统输送 的无功功率，从而提高有功输送容量。因电源 向系统远距离输送无功负荷时，在线路及变压 器等感性、容性元件及阻性元件上消耗一定的 有功功率，因此，电源远距离大容量输送无功 不经济。变电站采用并联电容器通过就地无功 补偿，可以降低电源向系统及用户输送的无功 负荷，从而提高了有功输送容量。相对于电源 输送无功时，变电站并联电容器的单位容量费 用最低，有功功率损耗最小（约为额定容量的 0.3%～0.5%），一次性投资，运行维护简便。 因此用系统减少输送的无功功率来相应的提高 有功容量的输送能力，从经济性方面比较， 并联电容器投资成本小，最多1～2年可收回成 本。因此，获得了最好的经济效益。 从以上分析可以看出，当该站并联电容器 退出运行时，据查10kV 母线年输送无功电能约 760万度。因此，在当前负荷情况下，并联电容 器退出运行最不经济。 2 应采取的措施 针对以上分析，该站10kV 母线并联电容器 在电压调整、无功补偿过剩及运行经济性方面 存在着相互制约的矛盾，如何解决这一问题， 本人提出采取以下措施： 2.1 改变10kV 母线并联电容器的接线方 式，改造图如下： 图2 图3 图2为原接线，改造前当一组电容器投 入运行时向系统输送的总无功补偿容量为 Q 1=U 2ωC ，式中：U 为母线端电压，当f 为工 频时，ω为一常数，C 1=C 2，因C 1和C 2并联， 所以C=C 1+C 2，即Q 1=2U 2ωC 1。图C 为改造后 的接线图，总无功补偿容量为Q 2=U 2ωC ，式 中：U 为母线端电压，当f 为工频时，ω为一 常数，C 1=C 2，因C 1和C 2串联，所以C=C 1/2， 即Q 2=U 2ωC 1/2。所以 Q 1/Q 2=2U 2ωC 1/ U 2ωC 1/2=4，即Q 2=Q 1/4=3600/4=900(Kvar)。 通过计算可知，改造后两组电容器串联后 再三相并联接于电网时的总无功功率900Kvar 。 考虑到后期无功负荷的增长给补偿带来新 -119- 的问题，上述改造中在实际设备上可通过如图 C 所示加装一组隔离开关来实现，即通过操作 拉开G 2隔离开关，合上G 1隔离开关来实现投入 无功容量900Kvar 。后期无功负荷增长较大时， 可通过操作拉开G 1隔离开关，合上G 2隔离开关 来实现投入无功容量 1800Kvar 。 2.2 改变并联电容器的接线方式后对系统 及各元件的影响 2.2.1 对系统的无功补偿情况 图A 中，按目前年平均输送无功负荷曲线 可以看出，年平均无功输送容量为1000Kvar ， 改造后并联电容器投入电网运行时补偿的无功 容量为900Kvar ，因此，可以实现就地补偿无 功的能力。对于后期无功负荷增长带来的无功 补偿不足时，可通过操作 G 1、G 2隔离开关来实 现电容器无功容量在900Kvar 与1800Kvar 之间转 换。 2.2.2 对电压质量的影响 改造后并联电容器输送的总无功容量为改 造前的一半，因此电容器投入运行时对电压的 影响相对较小，当各级母线电压变化时可通过 变压器有载调压装置调整电压，以及无功补偿 情况投退并联电容器来调整电压。 2.2.3 改造后的并联电容器运行时的经济 性 通过无功就地平衡补偿，据查可实现年累 计补偿无功负荷约760万度，相对电源系统输送 无功来说，可减少网损，提高电源输送能力， 最终达到经济效益最大化。 2.2.4 改造后对成套并联电容器装置各元 件的影响 2.2.4.1 对电容器各参数的影响 电容器额定电压为11/ kV ，改造后C1和 C2串联，当接在10kV 母线上时，C1和C2 串联 时分压，即C1与C2各承受电压为改造前端电压 的 一 半 ， 电 容 器 通 过 的 电 流 为 I=Q2/2U=900/2×10=45(A)。因此，改造后的 各电容器承受的电压和通过的电流均在额定参 数内。 2.2.4.2 对电抗器的影响 因电抗器额定电压为10kV ，额定电流为 189A ，改造后均在额定值范围内。 2.2.4.3 对继电保护的影响 当并联电容器主接线改变后，其输送的电 流和各电容器承受的电压相应的发生变化，因 此，原保护定值不能满足需要，应重新计算并 整定，即可通过现有微机保护整定两套定值， 当电容器的无功容量在900Kvar 与1800Kvar 之间 转换时，切换相应的定值实现保护功能。 笔者认为通过上述改造后，可解决该站目 前10kV 母线无功负荷的补偿问题，从而实现了 该站并联电容器长时间不能投入电网运行的难 题，同时，提高了10kV 系统的功率因数，优化 了电网运行方案，提高了系统运行的经济性。 参考文献 [1] 韩祯祥，吴国炎 .电力系统分析. 浙江大学出 版社, 2002年版，227页 [2] 李坚,郭建文 .变电运行及设备管理技术问 答.中国电力出版社 ,2005年版，158页 作者简介 马文成 学历：大学 职称：工程师。 济宁聚能光伏石墨材料有限公司35kV动态无功补偿装置(MCR+FC) 技 术 标 书 武汉国瑞电力设备有限公司 二○一二年九月 动态无功补偿装置设备技术规范书 1 设备总机要求 ◆本设备技术协议书适用于济宁聚能光伏石墨材料有限公司35kV动态无 功补偿装置，它提出了该设备的功能设计、结构、性能、安装和试验等方面的技术要求。 ◆本设备技术协议书提出的是最低限度的技术要求，并未对一切技术细节 作出规定，也未充分引述有关标准和规范的条文，供方应提供符合工业标准和本规范书的优质产品。 ◆本设备技术协议书所使用的标准如遇与供方所执行的标准不一致时，按 较高标准执行。 ◆本设备技术协议书经供、需双方确认后作为订货合同的技术附件，与合 同正文具有同等的法律效力。 ◆本设备技术协议书未尽事宜，由供、需双方协商确定。 2 应用技术条件及技术指标 2.1标准和规范 应遵循的主要现行标准，但不仅限于下列标准的要求，所有设备都符合相应的标准、规范或法规的最新版本或其修正本的要求，除非另有特别外，合同期内有效的任何修正和补充都应包括在内。 DL/T672-1999《变电所电压无功调节控制装置订货技术条件》 DL/T597-1996 《低压无功补偿控制器订货技术条件》 GB11920-89 《电站电气部分集中控制装置通用技术条件》 GB 1207-1997《电压互感器》 SD 325-89《电力系统电压和无功电力技术导则》 SD205-1987 《高压并联电容器技术条件》。 DL442-91 《高压并联电容器单台保护用熔断器订货技术条件》。GB50227-95 《高压并联电容器装置设计规范》。 GB311.2～311.6-83 《高电压试验技术》。 GB11 024 《高电压并联电容器耐久性试验》。 GB11025 《并联电容器用内部熔丝和内部过压力隔离器》。 ZBK48003《并联电容器电气试验规范》。 GB50227《并联电容器装置设计规范》 GB3983.2-89《高电压并联电容器》 JB7111-97《高压并联电容器装置》 DL/T604-1996《高压并联电容器装置定货技术条件》 GB3983.2《高压并联电容器》 GB5316《串联电抗器》 GB1985-89《交流高压隔离开关和接地开关》 JB 5346-1998《串联电抗器》 DL/T 462－1992《高压并联电容器用串联电抗器订货技术条件》DL/T653-1998《高压并联电容器用放电线圈订货技术条件》 JB/T 3840-1985《并联电容器单台保护用高压熔断器》 DL/T620 《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》 GB/T 11032-2000《交流无间隙金属氧化物避雷器》 GB/T 11024.1-2001《放电器》 GB2900 《电工名词术语》电网的无功补偿与电压调整
电网的无功补偿与电压调整
无功功率与电压调整
电力系统中无功功率平衡对电压的影响
电力系统无功功率平衡与电压调整
无功与调压关系
并联电容器对电力系统无功补偿及电压调节问题的探讨_马文成
无功补偿方案.