电网无功补偿装置

工业企业供电课程报告电网无功补偿装置

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提交日期：2011.12.12

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电网无功补偿装置

一、研究背景、现状和意义

1.0无功问题背景

随着我国经济改革的不断深入，国民经济持续快速增长，工业企业的数量不断增加，人们生活水平不断提高，这些都导致电量的需求大大增加。相比较而言，我国发电机的装机容量与输配电能力的增加速度没有需求快，致使我们一些省份出现“电荒”的情况，尤其一些经济相对发达的地区和用电负荷较大的大中城市。更有甚者，部分城市在用电高峰期出现拉闸限电以使电网正常运行的情况，严重制约着国民经济的发展，也给人民群众的生活带来很大不便。电压是电能主要质量指标之一，电压高低反映无功出力与用户无功负荷是否平衡。就我国来说，电力系统的用电负荷主要为感应电动机、变压器、感应电炉与电弧炉、电焊机与电焊变压器、整流设备等感性负载。这些负载在消耗着大量有功功率的同时也在消耗着大量的无功功率，造成电网功率因数偏低。大量感性负载的使用使得必须提供足够的无功容量满足负载要求，否则会造成电网电压降低，电网供电质量下降的不良后果。当电网低电压运行的危害可以归纳为以下6种[1]：

(1) 当电压下降到额定电压65％---70％时，无功静态稳定破坏，发生电压崩溃，造成大面积停电事故；

(2) 发电机因运行电压降低而减少它的有功功率及无功功率的输出，由于定子电流与转子电流受额定值限制，因此发电机的有功出力及无功出力近似与运行电压成正比关系；

(3) 送变电设备因运行降低而增加能耗；

(4) 烧毁用户发动机；

(5) 由于电源电压下降，引起电灯功率下降、光通量减小和照度的降低。

(6)发电机因电压低而影响有功及无功出力。

ϕcos N N I U P =

由上式可见，当负载的功率因数1cos <ϕ时，发电机的电压和电流又不能超过额定值，显然这时发电机所能发出的有功功率就减小了。功率因数低，发电机所发出的有功功率就愈低，而无功功率却愈大。无功功率愈大即电路中能量互换

的规模愈大，即发电机发出的能量就不能充分利用。

感性负载分布的不规律性也要求电网根据负载情况合理分配无功，否则容易形成大量的无功功率在电网中流动，降低电网容量，使得电网线路损耗增加，同时也增加了电网的运行成本，影响电力系统供电的经济性。当前国家要落实科学发展观，大力推行节能降耗，所以研究无功补偿技术，提高电网运行质量，具有很重要的意义。

低压配电系统中，接有大量的感性负载，如感应电动机，电焊机，电弧炉及气体放电灯，这些设备工作时会使低压配电系统的功率因数很低，而《供电营业规则》规定：“用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数，应该达到以下规定，100kv及以上高压供电的用户功率因数为0.90以上。其他电力用户和大、中型电力排灌站、功率因数为0.85以上。农业用电，功率因数为0.80.凡功率因数不能达到上述规定的新用户，供电企业可拒绝接电。对已送电的用户，供电企业可终止或限制供电。”[2]

为此，在进行供电配电系统设计时，应考虑功率因数是否达到规定值，否则，应考虑采取措施，提高低压配电系统的功率因数。

1.1无功补偿现状

静止式电容柜是低压电力配电系统常用的无功功率补偿装置，无功补偿控制器是其核心控制部分。老式的无功补偿控制器多数是以ϕ

cos作为投切电力电容的唯一判断依据，即分别设定投入门限和切除门限的ϕ

cos值，如果测量出当前的电网功率因数小于投入门限则投入电容器，若大于切除门限则切除电容器。但是ϕ

cos作为投切电力电容的唯一判据，有很多不足之处。比如当三相无功不平衡时，电容补偿无法分别满足各相的无功需求；在小电流(负荷较轻)时，容易出现电容器振荡投切等情况。同时近年来，随着电力电子器件的广泛应用，引发电力配电系统的谐波分量增多，也直接造成投运电容柜的损坏。

1.2无功补偿的意义：

(1)补偿无功功率，可以增加电网中有功功率的比例常数，从而提高电工设备的利用率，在电气化铁道等三相负载不平衡的场合，通过适当的无功补偿可以平衡三相的有功及无功负载[3]；

(2)减少发、供电设备的设计容量，减少投资。例如当功率因数8.0cos =Φ增加到95.0cos =Φ时，装1Kvar 电容器可节省设备容量0.52KW ；反之，增加0.52KW 。对原有设备而言，相当于增大了发供电设备容量。因此，对新建，改建工程应充分考虑无功补偿便可以减少设计容量，从而减少投资。

(3)装设静止无功补偿器(SVS)还能改善电网的电压波形，减小谐波分量和解决负序电流问题。对电容器、电缆、电机、变压器等，还能避免高次谐波引起的附加电能损失和局部过热。

(4)合理地控制电力系统的无功功率流动，从而提高电力系统的电压水平，改善电能质量，提高了电力系统的抗干扰能力。

(5) 降低功率损耗和电能损耗，当有功负荷不变时，功率因数越高，负荷电流越小，而电力设备的损耗与负荷电流的平方成正比。若输配电线路上输送功率jQ P S +=，输送端电压为U ，线路电阻为R ，则在线路上的有功损耗

ϕ222

2

cos U RP R I P ==∆ ，即线路功率损耗P ∆与ϕcos 够的平方成反比，功率因数越高，有功功率损耗P ∆就越小。减少设计容量，减少投资，增加电网中有功功率的输送比例以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益。所以，功率因数是考核经济效益的重要指标，规划、实施无功补偿势在必行。

二、设计方案

2.0无功补偿原理[4[5]：

在实际的电力系统中，大部分负载为异步电动机。包括异步电动机在内的绝大部分电气设备的等效电路可看作是电阻R 和电感L 串联的电路，其功率因数为：

22cos L X R R

+=ϕ，wL X L =

给R 、L 电路并联接入电容器C 之后，电路如图2.0.0所示。

该电路的电流方程为：

RL C I I I •

••+=