变电所补偿电容的原理与作用

+
·
IC
。
电容器回路将产生一按正弦交变的容性电流
·
IC ,
超前于电压向量
·
U
为
90°, 在向量方向上与
·
IL
恰
好相反 ,从而可以抵消一部分感性电流 ,或者说补
偿 。在图
2 ( b)中
·
IL
变为
·
I
′L ,电网输入电流变小
为
·
I
′, 功率因数角
φ变小为
φ′, 则功
率因数
co sφ
图 2 并联补偿原理图
集中电容来补偿 (抵消 )线路的分布电感 ,改变线
路参数 ,减少线路的电压损失 ,这叫串联补偿 。
3 无功功率补偿的原理
3. 1 并联补偿
如图 2 ( a)为接线图 , ( b)为向量图 。U· 为电
网电压
,
·
I
为电网输入电流
,
在无电容补偿的情况
下
·
I
=
·
IZ
。不考虑损耗
·
IZ
可分为有功电流
·
IR
3 收稿日期 : 2006201209
所必不可少的条件 。
无功功率分为感性和容性两种 。
变压器和电动机等带有电感线圈的设备 ,在
进行“电 ”、“磁 ”转换或“电磁能 ”和“机械能 ”转
换的过程中 ,建立交变磁场 。对于电感线圈在一
个周波内吸收的功率和释放的功率相等 ,实际不
消耗能量 。这种功率叫做感性无功功率 。
2006年 第 3期 变电所补偿电容的原理与作用
·3·
变电所补偿电容的原理与作用
缪 苗
(江苏省肿瘤防治研究所变电所 , 南京 210009) 摘 要 :分析了电力系统中常用无功功率进行补偿的方案 ,并分析了补偿电容的原理与作用 , 阐述在目前提高电网功率因数的重要意义 。 关键词 :无功功率 ; 补偿电容 ; 功率因数 中图分类号 : TM531. 4 文献标识码 : B 文章编号 : 100220349 (2006) 0320003203
的电流缩小为
·
I
′。即
此
时
系
统
有余
量
可
以
带
更
多的负载 ,系统供电能力得到提高 。
用户变电所的电容补偿为并联补偿 。
3. 2 串联补偿 串联补偿电路结构示意如图 3所示 。R、L 为
线路阻抗 , C 为补偿电容 。由于电力线路存在着 阻抗 ,当负载电流通过线路时就要产生电压损失 ,
电压损失按下式计算 :ΔU = PR +QX (V ) , 从此式
提高 。当
·
IC
等于
·
IL
时 ,称为全补偿 ,此时无功电
流为零 ,φ角为零 ,
则功率因数
co sφ提高为
·
I,
此
时 ,电网输入电流
·
I
等于
·
IR
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
。
图 1 电流电压向量图
果所有这些无功功率都要由发电机 (或者说电
网 )供给的话 ,不但不经济 ,而且会使电网电压质
量低劣 ,影响使用 。
如何减少上述现象对电网性能的影响 ? 如果把
(4)当电容器的熔断器熔丝熔断时 , 应向值 班调度员汇报 ,待取得同意后 ,再断开电容器的断 路器 。在切断电源并对电容器放电后 , 先进行外 部检查 ,如套管的外部有无闪络痕迹 、外壳是否变 形 、漏油及接地装置有无短路等 ,然后用绝缘摇表 摇测极间及极对地的绝缘电阻值 。如未发现故障 迹象 ,可换好熔断器熔丝后继续投入运行 。如经 送电后熔断器的熔丝仍熔断 , 则应退出故障电容 器 ,并恢复对其余部分的送电运行 。
总之 ,电容器是提高功率因数和改善电能质 量所必不可少的电气设备 , 只要我们在安装和运 行中掌握以上要求 ,保证其有效的利用 ,对企业的 挖潜提效工作是极其有益的 。
作者简介 : 刘天哲 (1971 - ) ,男 ,辽宁沈阳人 ,工程师 ,主要从事变电 所改造 、电气运行及管理工作 。
Email: tianli512@ sohu. com
本文着重分析了影响功率因数的原因及利用 电容补偿提高功率因数的方法 ,希望能引起同行 的重视与关注 。
参考文献 :
[ 1 ]方富淇等. 电气系统分析 (上 、下 ) [M ] 1水利 电力出版社 , 19931 [ 2 ]电力工程设计手册 [M ]1西北电力设计院编. [ 3 ]电力工程电气设计手册电气一次部分 [M ] 1 水利电力出版社 , 1994. [ 4 ]范锡普. 发电厂电气部分 [M ]1水利电力出版 社 , 1995. [ 5 ]许正亚. 系统自动装置 [M ]1南京电力高等专 科学校内部教材.
功率因数提高可以减少线路能量损耗 , 输配 电线路上的电能损耗 ,是由于电流流过线路 ,线路 本身存在阻抗而产生的 ,线路阻抗不变 ,则电能损 耗和电流成正比 , P损 = I2 R。如图 2 ( b) , 功率因 数提高 ,即 φ角变小 , 输入电流 I变小 , 从而使线 路的电能损耗减少 。
功率因数提高可以减少线路电压降 , 改善电 压质量 。补偿后线路上就减少了无功功率的输
在实际工作中一般通过电容补偿对电网无功 功率进行补偿 ,从而提高电网功率因数 。功率因 数的提高对系统的效率 、稳定性及供电质量等多 个方面产生影响 。例如 ,供电局对用户变电所的 功率因数都有明确指标 ,并规定了相应的奖惩措 施 。这就说明电容补偿对电力系统的正常运行是 非常重要的 。 1 何为无功功率
无功功率这一概念在电力系统中占有很重要 的地位 。电力系统中许多根据电磁感应原理工作 的设备 ,例如 ,变压器和电动机等 ,都是具有电感 的负荷 ,它们要依靠磁场来传送和转换能量 。通 过磁场 ,变压器才能改变电压并且将能量传送过 去 ,电动机才能转动并且带动机械负载 。没有磁 场 ,这些设备就不能工作 。而磁场所具有的磁场 能是由电源供给的 ,我们用无功功率来说明电源 向电感负荷所提供的磁场能量的大小 。但是 “无 功 ”不能从字面上理解为“无用 ”,无功功率绝对 不是“无用 ”功率 ,它是具有电感的设备正常工作
电容器并接在这些设备上运行 ,那么 ,负荷或供电设
备要“吸收 ”的无功功率 ,正好由电容器“发出 ”的无
功功率供给 ,这就是并联补偿。这样一来 ,线路上就
避免了无功功率的输送 ,其具有以下优点 :
(1)减少线路能量损耗 ;
(2)减少线路电压降 ,改善电压质量 ;
(3)提高系统供电能力 。
除了并联补偿 ,电容器还可串接在线路中 ,以
UE
此式可知 , 串联补偿 , 电容器电抗 XC 越大 , 电压 损耗 ΔU ′越小 。
图 3 串联补偿电路结构示意图 采用串联补偿对于发展特高压 、大功率 、长距 离输电的系统 ,改善系统参数 ,减小线路电抗 ,提 高系统稳定有一定作用 。 4 总结 在当今电力资源十分紧缺的今天 ,特别是为 响应国家“建设节约型社会 ,建立科学发展观 ”的 号召 ,保证我国电网安全 、高效 、平稳运行 ,提高电 网的功率因数是投资少 ,见效快的举措之一 。
作者简介 : 缪 苗 (1972 - ) ,女 ,江苏常州人 ,助理工程师 ,长期在变 电所从事技术维护工作 。 Email: chenp jh@126. com
(上接第 2页 ) 4 电容器在运行中的故障处理
(1)处理电容器故障时 , 应先断开断路器及 隔离开关 ;电容器经放电电阻放电后 ,再进行人工 放电 , 将残存电荷放尽 。人工放电时 , 先将接地 一端固定好 ,再用接地棒多次接触电容器放电 ,直 至无火花为止 。由于故障电容器可能有引线不良 或内部断线和熔丝熔断现象 , 残存电荷可能未放 尽 ,这时检修人员应戴绝缘手套 ,用导线将电容器 两极短接后方能进行故障处理 。
·
IC
超前于
电压相量 U·为 90°,如图 1所示 。
2 为何要补偿无功功率
电力系统的负荷 ,象感应电动机 、电焊机 、感
应电炉等 ,除了消耗有功功率之外 ,还要“吸收 ”
无功功率 。另外 ,在电力系统中 ,具有电感元件的
供电设备 (主要是变压器 )也需要无功功率 。如
·4·
电力电容器 2006年 第 3期
送 ,由公式 ΔU = PR +QX 可看出 Q 减少 , 电压损
UE
耗 ΔU 变小 。
功率因数提高可以提高系统供电能力 。负载
Z 不变 ,所需要的负载电流
·
IZ
也是不变的 , 不考
虑损耗的情况下 , 系统供给的输入电流
·
I
等
于
·
IZ
。经过无
功
补
偿
,
一
部
分感
性
无
功
电
流
被“抵
消 ”,在负载电流
·
IZ
不变的情况下 , 需系统供给
Capac itance Com pen sa tion Theory and Function in Substa tion M IAO M iao
(J iangsu Research Institute of Cancer, Nanjing 210009, China) Abstract: The paper gives the reactive power compensation m ethods usually imp lemented in power system and analyzes the capacitance compensation theory and its function. It points out that imp ro2 ving power factor is important for power system. Keywords: Reactive power; Compensation capacitance; Power factor
( 2)当电容器喷油 、爆炸着火时 , 应立即断开 电源 ,并用砂子或干式灭火器灭火 。此类事故多 是由于系统内 、外过电压 ,电容器内部严重故障所 引起的 。为了防止此类事故发生 , 要求单台熔断 器熔丝规格必须匹配 , 熔断器熔丝熔断后要认真 查找原因 。电容器组不得使用重合闸 , 跳闸后不 得强送电 ,以免造成更大的损坏事故 。
电容器等电容量较大的设备在交流电网中运
行 ,在一个周波内 (不考虑有功损耗 ) ,上半周波
的充电功率和下半周波的放电功率相等 ,也就是
说在一个周波内实际等于没有消耗能量 。这种充
放电功率叫做容性无功功率 。
感性无功功率的电流向量
·
IL
滞后于电压向
量 U·为
90 °, 容性 无 功 功 率 的 电 流 向 量
和
无功电流
·
IL
两个分量 ,
·
IR
与电压
·
U
同
相
位
,
·
IL
滞后于电压向量
·
U
为
90 °, 所以总电流向量
·
IZ
滞
后于电压向量一个角度 φ(φ又叫功率因数角 ) 。
当系统感性阻值较大时 ,功率因数角很大 ,影响电
网性能 。
改善这一性能的方法是将一电容器并联接于
感性负荷回
路中
,
此
时电
网电
流为
:
·
I
·
= IZ
UE
可以看出 ,影响电压损失的有 P、Q、R、X 四个因 素 ,串联电容器主要从补偿电抗的角度来改善系 统电压 。由于系统电抗呈电感性 , 而串联电容器
2006年 第 3期 变电所补偿电容的原理与作用
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的容抗可以补偿一部分系统电抗 , 补偿后的电压 损失可按下式计算 :ΔU ′= PR +Q ( XL - XC ) , 由
(3)电容器的断路器跳闸 , 而分路熔断器熔 丝未熔断 。应对电容器放电 3m in后 ,再检查断路 器 、电流互感器 、电力电缆及电容器外部等情况 。 若未发现异常 , 则可能是由于外部故障或母线电 压波动所致 , 并经检查正常后 , 可以试投 , 否则应
进一步对保护做全面的通电试验 。通过以上的检 查 、试验 ,若仍找不出原因 ,则应拆开电容器组 ,并 逐台进行检查试验 。但在未查明原因之前 , 不得 试投运 。