高压无功补偿示例

第6章高压无功补偿设计示例

第一部分设计任务书

一、高压无功补偿的设计内容

（1）根据负荷资料、变电所负荷位置计算补偿无功功率值。

（2）选择适当的无功电源设备及补偿位置。

（3）通过技术经济综合比较，确定无功补偿装置。

（4）评定无功补偿装置的补偿方案。

二、设计文件及图纸要求

（1）设计说明书一份。

（2）计算书一份。

（3）系统接线图一张。

三、原始资料

（1）35KV双电源变电站10KV供电变电站电缆供电负荷位置统计资料如图：

说明：数据单位（km）

表1

表2

表3

（3）变电站采用单母线分段接线电缆供电方式，变压器总容量为4000KVA （4）10KV电缆充电功率忽略不计

第二部分设计说明书

一、解题步骤说明

1、计算无功总负荷（明确无功性质：感性还是容性）

①用电设备负荷无功

②站用电负荷无功

③电力线路负荷无功

2、设计无功补偿方案

①无功功率补偿设备的设计方案

㈠无功功率电源的选择

①方案一：同步电动机

②方案二：并联电容器

③方案三：同步调相机

④方案四：静止无功发生器

⑤方案五：并联电抗器

㈡无功功率补偿装置容量的选择

①总容量

㈢无功电源容量的分区选择

①分区容量

㈣断路器（开关）的合理选择

②无功功率补偿装置位置的设计方案

㈠变电站高压（相对变压器而言）母线侧

㈡变电站低压（相对变压器而言）分段母线Ⅰ母

㈢变电站低压（相对变压器而言）分段母线Ⅱ母

㈣变电站低压（相对变压器而言）旁路母线上

3、各种方案之间的类比

①无功补偿设备

②无功补偿设备的位置

4、选定最恰当的方案组合

5、绘制变电站电气主接线图

二、对待设计无功补偿装置的位置说明

电力系统中针对无功补偿装置的安装位置来说，都是只管补偿后面的负荷，不管补偿装置前面的负荷。

无功补偿的节能只是降低了补偿点至发电机之间的供电损耗，所以高压侧的无功补偿不能减少低压网侧的损耗，也不能使低压供电变压器的利用率提高。根据最佳补偿理论，就地补偿的节能效果最为显著。

但是由本变电站采用的是集中补偿方式（装设在企业或地方总变电所6~35KV母线上，可减少高压线路的无功损耗，而且能提高本变电所的供电电压质量。），故无功补偿装置安装在10KV母线上。

三、无功补偿装置选择的说明

无功补偿装置的选择在电力系统中都是有固定的原则——择优选用。

1、保证供电的可靠性；

2、设备的经济性；

3、设备的操作维护的方便性。

四、无功补偿装置的容量组合

根据相关的设备容量分区而制定。具体的请参考计算书。

五、变电站主接线的确定

依据原始资料可知变电站的部分主接线方式为双电源供电，单母线分段送电。然后添加无功补偿装置电气装置即可。

第三部分 计算书

一、 负荷反馈资料中的最大有功负荷计算

依据最大有功功率的计算公式：

J

P K P ⨯=max

式中：m ax P 为最大有功负荷，其国际单位为瓦（w ）。

K 为同期启动系数（又名需用系数），其单位为1。

J P 为统计有功负荷，其国际单位为瓦（w ）。

说明：

为计算方便令1,2,3,4,5字符分别代表矿机厂，电机厂，炼油厂，汽车厂，化工厂（下同，不再重复说明）。

)

(0

.77486.0900)(0.88088.01000)(5.91387.01050)(5.90295.0950)(0.124292.0135055max 544max 433max 322max 211max 1kw P K P kw P K P kw P K P kw P K P kw P K P J J J J J =⨯=⨯==⨯=⨯==⨯=⨯==⨯=⨯==⨯=⨯=

二、功率因数角的计算

依据功率因数利用反三角函数求出功率因数角，其计算公式为：

cos arccos A

A φφ==则

式中：ϕcos 为功率因数符号，单位为1。 A 为功率因数值，单位为1。 ϕ为功率因数角，单位为度。 arc 为反三角函数的代号。

自然功率因数角：

∵ 82.0cos 76.0cos 74.0cos 76

.0cos 75.0cos 5

43

2

1=====ϕϕϕϕϕ ∴ 12345arccos 0.750.723arccos 0.760.707arccos 0.740.738arccos 0.760.707arccos 0.820.609

φφφφφ=≈=≈=≈=≈=≈ ∴ 698.0tan 855.0tan 909.0tan 855.0tan 882.0tan 54321=====ϕϕϕϕϕ

目标功率因数角： ∵ 95.0cos 93.0cos 92.0cos 91.0cos 92.0cos 543

2

1

='='='='='ϕϕϕϕϕ ∴ 318.095.0arccos 376.093.0arccos 403.092.0arccos 428.091.0arccos 403.092.0arccos 5

432

1

≈='≈='≈='≈='≈='ϕϕϕϕϕ ∴ 329.0tan 395.0tan 426.0tan 456.0tan 426.0tan 5

4

3

2

1

='='='='='ϕϕϕϕϕ

三、最大无功负荷的计算

依据最大无功负荷计算公式：

ϕtan max max ⨯=P Q

式中：max Q 为最大无功功率，其国际单位为乏（var ）。 m ax P 为最大有功功率，其国际单位为瓦（w ）。

ϕtan 为功率因数角的正切值，其单位为1。

最大自然无功负荷：

∴

1max 1max 12max 2max 23max 3max 34max 4max 45max 5max 5tan 1269.60.8821119.8()tan 883.50.855755.4()tan 887.40.909806.6

()tan 853.60.855729.8()tan 791.20.698552.Q P KVar Q P KVar Q P KVar Q P KVar Q P φφφφφ=⨯=⨯≈=⨯=⨯≈=⨯=⨯≈=⨯=⨯≈=⨯=⨯≈3

()

KVar

最大目标无功负荷：