低压电网中的无功补偿技术

低压电网中的无功补偿技术
一、低压电网功率因数低的主要因素
功率因数的产生主要是因为交流用电设备在其工作过程中,除消耗有功功率外,还需要无功功率。

异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备。

异步电动机的定子与转子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素。

供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大影响。

当供电电压高于额定值的10%时,由于磁路饱和的影响,无功功率将增长得很快。

据有关资料统计,当供电电压为额定值的110%时,一般电网的无功将增加35%左右。

电网频率的波动也会对异步电动机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响。

二、低压电网中无功补偿的意义
低压电网中进行无功补偿的意义表现在以下两个方面:
1、提高供电设备的利用率
在供电设备的容量(视在功率)s一定的情况下,因p=scos,显然cos越高,有功功率p越大,设备的容量越能得到充分利用。

例如,某一供电系统的供电容量s=1000kv·a,当cos=0.5时,输出的有功功率p=500kw;如果cos=0.9时,则输出的功率p可达900kw。

可见,低压电网进行无功补偿提高功率因数,可使供电设备得到充分的利用。

2、减少了供电设备和输电线路的功率损耗,达到降损节能的效果由p=uicos可得i=p/ucos。

在负载消耗的有功功率p和电压u一定时,功率因数cos越高,供电线路电流i越小,使供电设备和输电线路的功率损耗减小,也减小了供电设备和线路的发热。

三、低压电网中无功补偿提高功率因数的一般方法
进行无功补偿提高功率因数而又不改变负载两端的工作电压,通常的方法是:
1、提高用电设备本身的功率因数。

提高用电设备的功率因数,主要是合理选用异步电动机和电力变压器的容量,即不要用大容量的电动机带小功率负载,因为它们轻载或空载时,功率因数低,满载时功率因数高,所以选用变压器和电动机的容量不宜过大,应尽量减少空载或长期处于低负载运行状态。

2、并联补偿法。

常采用在电感性负载两端并联电容器的方法来提高电路的功率因数。

要提高功率因数,就要尽可能增大cos值,也就是要减小电路的功率因数角。

在感性负载上并联电容器,就可以减小整个电路功率因数角(阻抗角),达到提高功率因数的目的。

当感性负载的有功功率p、电源电压u、电源频率f及感性负载两端并联电容器前、后的功率因数cos1和cos2已知时,则并联电容器的大小可由下式求出:
四、低压电网中进行无功补偿的一些具体做法
1、随机补偿
随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接,通过控制、保护装
置与电机,同时投切。

随机补偿适用于补偿电动机的无功消耗,以补励磁无功为主,此种方式可较好地限制用电单位无功负荷。

随机补偿的优点:用电设备运行时,无功补偿投入,用电设备停运时,补偿设备也退出,而且不需频繁调整补偿容量。

投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等。

2、随器补偿
随器补偿是将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧,以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。

配变在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功,配变空载无功是用电单位无功负荷的主要部分,对于轻负载的配变而言,这部分损耗占供电量
的比例很大,从而导致电费单价的增加。

随器补偿的优点:接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配变空载无功,限制农网无功基荷,使该部分无功就地平衡,从而提高配变利用率,降低无功网损,具有较高的经济性,是目前补偿无功最有效的手段之一。

3、跟踪补偿
跟踪补偿是以无功补偿投切装置作为控制保护装置,将低压电容器组补偿在大用户0.4kv母线上的补偿方式。

适用于100kva以上的专用配变用户,可以替代随机、随器两种补偿方式,补偿效果好。

跟踪补偿的优点:运行方式灵活,运行维护工作量小,比前两种补偿方式寿命相对延长、运行更可靠。

但缺点是控制保护装置复杂、首期投资相对较大。

但当这三种补偿方式的经济性接近时,应优先
选用跟踪补偿方式。

五、无功功率补偿容量的选择方法
无功补偿容量以提高功率因数为主要目的时,补偿容量的选择分两大类,即单负荷就地补偿容量的选择(主要指电动机)和多负荷补偿容量的选择(指集中和局部分组补偿)。

1、单负荷就地补偿容量的选择的几种方法
①美国资料推荐:qc=(1/3)pe[额定容量的1/3]
②日本方法:从电气计算日文杂志中查到:1/4—1/2容量计算
考虑负载率及极对数等因素,按式⑤选取的补偿容量,在任何负载情况下都不会出现过补偿,而且功率因数可以补偿到0.90以上,特别适用于lo/le比值较高的电动机和负载率较低的电动机。

但是对于lo/le较低的电动机额定负载运行状态下,其补偿效果较差。

③经验系数法:由于电机极数不同,按极数大小确定经验系数选择容量,比较接近实际需要的电容器,采用这种方法一般在70%负荷时,补后功率因数在0.95-0.97之间。

经验系数表
电机类型一般电机起重电机冶金电机
极数246810810
补偿容量(kvar/kw)0.20.2-0.250.25-0.30.35-0.40.50.60.75 电机容量大时选下限,小时选上限;电压高时选下限,小时选上限
实际测试比较准确方法此法适用于任何一般感性负荷需要精确
补偿的就地补偿容量的计算。

④如果测试比较麻烦,可以按下式
lo—空载电流=2le(1-cose)瑞典电气公司推荐公式
⑤按电动机额定数据计算:
q=k(1-cos2e)3uele×10-3(kvar)
k为电动机极数有关的一个系数
极数:246810
k值:0.70.80.850.9
2、多负荷补偿容量的选择
多负荷补偿容量的选择是根据补偿前后的功率因数来确定。

①对已生产企业欲提高功率因数,其补偿容量qc按下式选择:
式中:km为最大负荷月时有功功率消耗量,由有功电能表读得;kj 为补偿容量计算系数,可取0.8-0.9;tm为企业的月工作小时
数;tg1、tg2意义同前,tg1由有功和无功电能表读数求得。

②对处于设计阶段的企业,无功补偿容量qc=knpn(tg1- tg2)
式中kn为年平均有功负荷系数,一般取0.7-0.75;pn为企业有功功率之和;tg1、tg2意义同前。

多负荷的集中补偿电容器安装简单、运行可靠、利用率较高。

但电气设备不连续运转或轻负荷运行时,会造成过补偿,使运行电压抬高,电压质量变坏。

因此这种方法选择的容量,对于低压来说最好
采用电容器组自动控制补偿,即根据负荷大小自动投入无功补偿容量的多少,对高压来说应考虑采取防过补偿措施。

六、进行无功补偿的效益
低压电网中进行无功补偿,会节省企业电费开支,提高设备的利用率,降低配电网系统的能量耗损,改善电压质量,给用电企业带来明显的经济效益。