1、無功補償技術(shù)介紹無功補償技術(shù)介紹無功補償技術(shù)介紹二、無功補償?shù)脑硭摹⑽覐S無功補償技術(shù)的介紹主要內(nèi)容三、無功與電壓的調(diào)整一、無功補償?shù)幕A(chǔ)知識2020/11/27二、無功補償?shù)脑硭摹⑽覐S無功補償技術(shù)的介紹主要內(nèi)容三、無功與電壓的調(diào)整一、無功補償?shù)幕A(chǔ)知識2022/7/271.1 無功功率一、無功補償基礎(chǔ)知識電網(wǎng)中電力設(shè)備多數(shù)是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，如配電變壓器、電動機等，它們在能量轉(zhuǎn)換過程中建立交變的磁場，在一個周期中吸收的功率和釋放的功率相等。電能在通過純電容和純電感電路時并沒有能量消耗，僅在負荷與電網(wǎng)之間反復(fù)交換，由于這種交換不對外做功，因此成為無功功率。2022/7/271.1.1

2、感性無功功率一、無功補償基礎(chǔ)知識由于電感線圈是儲藏磁場能量的元件，當(dāng)線圈加上交流電壓后，當(dāng)電壓交變時，相應(yīng)的磁場能量也隨著變化，當(dāng)電壓增大，電流和磁場能量也相應(yīng)增強，此時線圈的磁場能量將外電源供給的能量以磁場能量形式儲藏起來，當(dāng)電流減小和磁場能量減弱時，線圈把磁場能量釋放并輸回外電路中，電感電路不消耗功率。電路中僅是電源能量與磁場能量之間的往復(fù)交換。2022/7/271.1.2 容性無功功率一、無功補償基礎(chǔ)知識由于電容器是儲藏電場能量的元件，當(dāng)電容器加上交流電壓后，當(dāng)電壓交變時，相應(yīng)的電場能量也隨著變化，當(dāng)電壓增大，電流和電場能量也相應(yīng)增強，此時電容器的電場能量將外電源供給的能量以電場能量形式

3、儲藏起來，當(dāng)電壓減小和電場能量減弱時，電容器把電場能量釋放并輸回外電路中，電容電路不消耗功率。電路中僅是電源能量與電場能量之間的往復(fù)交換。2022/7/27a、感性無功：電流滯后電壓90，如電動機、變壓器等設(shè)備；b、容性無功：電流超前電壓90，如電容器、電纜、電力輸電線路；c、基波無功：與電源頻率相等的無功；d、諧波無功：與電源頻率不相等的無功；1.2、無功分類一、無功補償基礎(chǔ)知識2022/7/27電力系統(tǒng)中的負荷并不是純感性或純?nèi)菪缘?，是集容性、感性和阻性的綜合負載，這種負載的電壓和電流的向量之間有一定的相位差，相位角的余弦值就是功率因數(shù)值，也是有功功率與視在功率之比。計算公式為：COS=P

4、/S=P/(P2 +Q2) 1.3 功率因數(shù)一、無功補償基礎(chǔ)知識2022/7/27式中：COS功率因數(shù) P有功功率，kW Q無功功率，kvar S視在功率，kVA在中高壓系統(tǒng)中，三相電壓和電流均對稱，三相功率因數(shù)基本相同，總功率因數(shù)為三相功率因數(shù)的平均值。1.3 功率因數(shù)一、無功補償基礎(chǔ)知識2022/7/274.1、無功補償?shù)淖饔?提高功率因數(shù)的意義)無功補償?shù)闹饕饔檬翘岣吖β室驍?shù)，以減少設(shè)備容量、功率損耗，穩(wěn)定電壓提高供電質(zhì)量。安裝無功補償設(shè)備，可以減少無功功率在電網(wǎng)中的傳輸，減少了線路中的電壓損耗，提高了配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量。1.4 無功補償一、無功補償基礎(chǔ)知識2022/7/27(1)、減少

5、電壓損耗把線路中的電流分成有功電流Ip和無功電流Iq，線路中的電壓損耗：U=(IpR+IqX)=(PR+QX)/UP有功功率，kWQ無功功率，kvarU線路末端電壓，kVR線路電阻，X線路電抗，1.4、無功補償一、無功補償基礎(chǔ)知識2022/7/27因此進行無功補償后，可減少線路上傳輸?shù)臒o功功率Q，若傳輸?shù)挠泄β什蛔?，且線路的電阻和電抗是一個常數(shù)，所以，傳輸?shù)臒o功功率Q越小，電壓損耗越小，從而提供了電壓質(zhì)量。1.4 無功補償一、無功補償基礎(chǔ)知識2022/7/27(2) 減少有功損耗把線路中的電流分成有功電流Ip和無功電流Iq，線路中的有功損耗：P=R(P2+Q2)/U2P有功功率，kWQ無功功

6、率，kvarU線路末端額定電壓，kVR線路電阻，X線路電抗，1.4 無功補償一、無功補償基礎(chǔ)知識2022/7/27因此提高功率因數(shù)后，可減少線路上傳輸?shù)臒o功功率Q，若傳輸?shù)挠泄β什蛔?，且線路的電阻是一個常數(shù)，所以，傳輸?shù)臒o功功率Q越小，有功損耗越小，從而節(jié)約了電能。1.4 無功補償一、無功補償基礎(chǔ)知識2022/7/27(3) 提高變壓器的利用率功率因數(shù)有COS1提高到COS2，提高了變壓器的利用率為：S%=(S1S2)/S1*100%=(1COS1/COS2)*100%因此補償后的變壓器利用率提高了S%，可以帶更多的負荷，減少了變壓器的投資。1.4 無功補償一、無功補償基礎(chǔ)知識2022/7/

7、27(4)、減少電費支出(1)、避免功率因數(shù)低于規(guī)定值而受罰；(2)、減少用戶配電網(wǎng)內(nèi)的無功傳輸而造成的有功損耗；1.4 無功補償一、無功補償基礎(chǔ)知識2022/7/271.4 無功補償一、無功補償基礎(chǔ)知識2022/7/27(5) 提高電網(wǎng)輸電能力有功功率與視在功率的關(guān)系為：P=SCOS可見，在電網(wǎng)傳輸一定有功功率的條件下，功率因數(shù)越高，需要電網(wǎng)傳輸?shù)目偣β试叫　?.4 無功補償一、無功補償基礎(chǔ)知識2022/7/271.4.2 無功補償?shù)男问?1)、集中補償：在高中壓總變電所母線上安裝補償設(shè)備。(2)、分散補償：在車間、村鎮(zhèn)終端或下級變電所的母線上安裝補償設(shè)備。(3)、就地補償：在功率因數(shù)較低的

8、設(shè)備附近安裝補償設(shè)備。1.4 無功補償一、無功補償基礎(chǔ)知識2022/7/271.4.3無功補償方式的選擇(1)集中補償與分散補償相結(jié)合，以分散補償為主。(2)調(diào)節(jié)補償與固定補償相結(jié)合，以固定補償為主。(3)高壓補償與低壓補償相結(jié)合，以低壓補償為主。隨著電力系統(tǒng)補償方式的發(fā)展，以上第2點已經(jīng)慢慢被淘汰，將全部用動態(tài)補償來實現(xiàn)。1.4無功補償一、無功補償基礎(chǔ)知識2022/7/27電力系統(tǒng)中負載的綜合阻抗主要是呈感性，需要容性無功來補償感性無功。2.1 無功補償原理二、無功補償?shù)脑?022/7/27UI和IU的含義； UI= ；IU= 360-；只要涉及向量或角度就會有基準量的選取。注意：角度為逆

9、時針，相序為順時針；2.2 電壓、電流、角度、有功、無功、功率因數(shù)之間的關(guān)系二、無功補償?shù)脑?022/7/27電壓與電流夾角和功率三角形的關(guān)系；2.2 電壓、電流、角度、有功、無功、功率因數(shù)之間的關(guān)系二、無功補償?shù)脑?022/7/27角度與功率因數(shù)、有功無功的關(guān)系；P=UIcos；Q=UIsin；2.2 電壓、電流、角度、有功、無功、功率因數(shù)之間的關(guān)系二、無功補償?shù)脑?022/7/27電流互感器極性與角度、功率正負的關(guān)系；2.2 電壓、電流、角度、有功、無功、功率因數(shù)之間的關(guān)系二、無功補償?shù)脑?022/7/2700,Q0；從母線取有功和無功；90180, P0；給母線送有功,從母線取無

10、功；180270,P0,Q0；給母線發(fā)有功和無功；2700,Q0；從母線取有功,給母線送無功=0時，負荷為純阻性負載，只消耗有功；=90時，負載為純感性負載，只消耗無功；=180時，負載為純阻性負載，只發(fā)出有功；=270時，負載為純?nèi)菪载撦d，只發(fā)出有功；2.2 電壓、電流、角度、有功、無功、功率因數(shù)之間的關(guān)系二、無功補償?shù)脑?022/7/27我廠功率因數(shù)調(diào)整的方法：1、通過投退無功補償設(shè)備進行功率因數(shù)的調(diào)節(jié)；2、通過發(fā)電機輸出的無功功率進行功率因數(shù)的調(diào)節(jié)。2.3 功率因數(shù)的調(diào)節(jié)二、無功補償?shù)脑?022/7/27無功功率補償前后的功率三角形簡圖2.4 無功補償容量的確定二、無功補償?shù)脑?0

11、22/7/271、已知系統(tǒng)有功和功率因數(shù)，計算投入一定數(shù)量的補償設(shè)備后的功率因數(shù)已知：當(dāng)前系統(tǒng)有功P，當(dāng)前系統(tǒng)功率因數(shù)PF，投入補償設(shè)備容量Q1，計算補償后功率因數(shù)PF1.當(dāng)前系統(tǒng)視在功率S=P/PF；當(dāng)前系統(tǒng)無功Q=(S-P)；PF1=P/ (P+(Q-Q1) PF1= (P/(S+Q1-2Q*Q1)2.4 無功補償容量的確定二、無功補償?shù)脑?022/7/272、已知系統(tǒng)有功和功率因數(shù)，計算達到目標功率因數(shù)需要投入多少補償容量已知：當(dāng)前系統(tǒng)有功P，當(dāng)前系統(tǒng)功率因數(shù)PF，目標功率因數(shù)PF1,計算需要投入多大容量的補償設(shè)備Q.PF對應(yīng)的角度和無功：；Q=P*tan；PF1對應(yīng)的角度和無功：1；

12、 Q1=P*tan1；Q=P(tan-tan1)2.4 無功補償容量的確定二、無功補償?shù)脑?022/7/27注意：當(dāng)電容器的實際運行電壓與電容器的額定電壓不一致時，電容器的實際補償容量為：Q=(U1/Un)QnU1電容器實際運行電壓；Un電容器額定電壓；Qn電容器額定容量；2.4 無功補償容量的確定二、無功補償?shù)脑?022/7/27電力系統(tǒng)的電壓水平主要取決于無功功率的平衡。電力系統(tǒng)內(nèi)無功功率分配的不合理，可能會造成一些節(jié)點的電壓過高或過低。當(dāng)電壓偏離額定值過高，會損壞電氣設(shè)備的絕緣，危害設(shè)備安全運行，縮短設(shè)備壽命；而電壓過低，會加大電網(wǎng)中的功率損耗，影響電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。3.1 無功

13、功率的平衡三、無功和電壓的調(diào)整2022/7/27電力系統(tǒng)中無功功率的電源主要有：發(fā)電機、同步調(diào)相機、并聯(lián)電容器、靜止補償器等。3.2.1、同步發(fā)電機 發(fā)電機是最基本的無功功率電源?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流來改變發(fā)電機發(fā)出的無功功率。增加勵磁電流就可以增大無功功率的輸出，反之，就減少無功功率的輸出。3.2 無功功率電源三、無功和電壓的調(diào)整2022/7/273.2.2 同步調(diào)相機 同步調(diào)相機實際上是一個空載運行的同步電動機。在過勵磁運行時，它可以向系統(tǒng)提供感性無功功率而起到無功電源的作用，提高系統(tǒng)電壓。在欠勵磁運行時，它能從系統(tǒng)吸收感性無功功率而起到無功負荷的作用，降低系統(tǒng)電壓。 優(yōu)點：能根據(jù)

14、裝設(shè)點的電壓水平來平滑的改變輸出或吸收的無功功率，進行電壓調(diào)節(jié)，特別是裝有強行勵磁裝置時，在系統(tǒng)故障情況下，還能調(diào)整系統(tǒng)的電壓，提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。3.2 無功功率電源三、無功和電壓的調(diào)整2022/7/27 缺點：同步調(diào)相機是旋轉(zhuǎn)設(shè)備，運行維護較為復(fù)雜，有功功率損耗大，在滿負荷運行時，有功損耗約為額定容量的1.5%-5%，同步調(diào)相機的沒單位容量投資較大，宜安裝在樞紐性質(zhì)的變電站，以便平滑調(diào)節(jié)電壓和提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3.2.3 靜止電容器 靜止電容器是目前最普遍的補償設(shè)備，電容器的單位容量投資較小且與總?cè)萘康拇笮o關(guān)，運行時功率損耗小，約為額定容量的0.3%-0.5%，運行維護方便。3.2 無

15、功功率電源三、無功和電壓的調(diào)整2022/7/27 3.2.4 靜止補償器 靜止補償器是由靜止電容器與電抗器并聯(lián)組成的無功補償裝置，即后面說到的SVC （Static Var Compensator）裝置。此裝置能夠平滑的改變輸出或吸收的無功功率。調(diào)節(jié)性能較好，運行時損耗小，約為額定容量的1%，可靠性高，由于采用了可控硅，運行時會產(chǎn)生高次諧波。3.2 無功功率電源三、無功和電壓的調(diào)整2022/7/27 電力系統(tǒng)無功功率平衡的基本要求是：無功功率電源發(fā)出的無功功率應(yīng)與系統(tǒng)的無功負荷及網(wǎng)絡(luò)中的而無功損耗相平衡。同時，為了保證可靠性，系統(tǒng)必須配置一定的無功功率備用容量，其備用容量一般應(yīng)為最大無功功率負

16、荷的7%-8%。 3.3 無功功率平衡三、無功和電壓的調(diào)整2022/7/27 3.4.1 調(diào)壓的基本原理 充足的無功功率電源是保證電力系統(tǒng)有較好運行電壓水平的必要條件。要保證所有節(jié)點的電壓質(zhì)量都符合要求，通常需要采用各種調(diào)壓措施。 調(diào)壓的方式：逆調(diào)壓、順調(diào)壓、常調(diào)壓。 調(diào)壓的措施：改變發(fā)電機端電壓、改變變壓器變比、增加補償設(shè)備、改變輸電線路參數(shù)(降低輸電線路的電抗)。3.4 電壓的調(diào)整三、無功和電壓的調(diào)整2022/7/27 3.4.2 調(diào)壓的方式 3.4.2.1 逆調(diào)壓 高峰負荷時升高電壓(取1.05Un)，低谷負荷時降低電壓(取Un)的電壓調(diào)節(jié)方式，稱為逆調(diào)壓。這種方式適用于中樞點供電線路較

17、長、負荷變化范圍較大的場合。3.4.2.2 順調(diào)壓高峰負荷時允許中樞點電壓略低(取1.025Un)，低谷負荷時允許中樞點電壓略高(取1.075Un)的調(diào)壓方式，稱為順調(diào)壓。適用于對電壓要求不高或供電線路不長、負荷變動不大的中樞點。3.4.2.2 常調(diào)壓 在任何負荷下，都保持中樞點電壓為一基本不變的數(shù)值，取(1.02-1.05Un),這種調(diào)壓方式稱之為常調(diào)壓。3.4 電壓的調(diào)整三、無功和電壓的調(diào)整2022/7/27 3.4.3 調(diào)壓的措施 3.4.3.1 改變發(fā)電機端電壓調(diào)壓 對不同類型的電網(wǎng)，發(fā)電機調(diào)壓所起的作用是不同的。 對由發(fā)電機直接供電的小型電力系統(tǒng)，因供電線路不太長，網(wǎng)絡(luò)電壓損耗不大，

18、這類系統(tǒng)可以通過發(fā)電機逆調(diào)壓方式，能夠滿足負荷點的電壓要求。 對發(fā)電機經(jīng)多級變壓器向負荷供電的大中型電力系統(tǒng)，由于供電范圍大，單靠改變發(fā)電機機端電壓不能滿足電網(wǎng)各節(jié)點對電壓的要求，只能解決近處地方負荷的電壓質(zhì)量，并減輕遠處其他調(diào)壓設(shè)備的負擔(dān)。3.4 電壓的調(diào)整三、無功和電壓的調(diào)整2022/7/27 3.4.3 調(diào)壓的措施 3.4.3.1 改變發(fā)電機端電壓調(diào)壓 對有若干發(fā)電廠并列運行的大型電力系統(tǒng)，利用發(fā)電機調(diào)壓不一定恰當(dāng)。在提高發(fā)電機電壓時，發(fā)電機要多輸出無功功率，這要求發(fā)電機有充裕的無功儲備容量才能承擔(dān)調(diào)壓的任務(wù)。另外，在調(diào)整個別發(fā)電廠母線電壓時，會引起系統(tǒng)無功功率的重新分配，這有可能與系統(tǒng)

19、無功功率的經(jīng)濟分配相矛盾。所以，在大型電力系統(tǒng)中，發(fā)電機調(diào)壓一般作為一種輔助的調(diào)壓措施。 3.4 壓的調(diào)整三、無功和電壓的調(diào)整2022/7/273.4.3.2 改變變壓器變比調(diào)壓改變變壓器的變比即可改變用戶處的電壓。這種調(diào)壓措施并不增加系統(tǒng)的無功功率。因此，如果系統(tǒng)無功功率不足時，不能單靠這種措施來提高整個系統(tǒng)的電壓水平。3.4 電壓的調(diào)整三、無功和電壓的調(diào)整2022/7/273.4.3.3 補償無功功率調(diào)壓當(dāng)電力系統(tǒng)的無功功率電源不足而造成電壓下降時，僅靠變壓器變比來進行調(diào)壓時并不能根本性的解決整個電力系統(tǒng)的電壓質(zhì)量問題。這時必須考慮在電力系統(tǒng)中增加無功功率電源，以使電力系統(tǒng)能在較高的電壓水

20、平下實現(xiàn)無功功率平衡。第11頁：U=(IpR+IqX)=(PR+QX)/U3.4 電壓的調(diào)整三、無功和電壓的調(diào)整2022/7/273.4.3.4 改變電力線路參數(shù)調(diào)壓根據(jù)U=(IpR+IqX)=(PR+QX)/U，減小線路的電阻R和電抗X，可以起到調(diào)壓的作用，一般來說電阻R不容易減小，要減小它只能增大導(dǎo)線的截面積，經(jīng)濟性不好。在高壓電網(wǎng)中，一般XR，PR/U在電壓損耗中所占比例較QX/U小，所以，通常采用減小電抗來降低電壓損耗。減小電抗的方法有：采用分裂導(dǎo)線，在電力線路中串聯(lián)電容器。U=(PR+Q(X-Xc)/U，Xc串聯(lián)電容器的電抗。此種方式使繼電保護復(fù)雜化，運行維護較復(fù)雜，不太靈活，要從技

21、術(shù)和經(jīng)濟方面綜合分析比較。3.4 電壓的調(diào)整三、無功和電壓的調(diào)整2022/7/273.4 電壓的調(diào)整三、無功和電壓的調(diào)整 只有正確地掌握了變電站的運行狀態(tài)，才能正確地選擇無功控制對策，從而達到自動控制的目的。作為變電站電壓、無功綜合控制裝置，由于其控制對象主要是變壓器分接頭和并聯(lián)電容器組，控制目的是保證主變壓器二次電壓在允許范圍內(nèi)，且盡可能提高進線的功率因數(shù)，故一般選擇電壓和進線處功率因數(shù)(或無功功率)為狀態(tài)變量。 在這個九區(qū)域的運行狀態(tài)中，0區(qū)為電壓和功率因數(shù)均合格區(qū)，其余八個區(qū)均為不合格區(qū)。電壓無功綜合控制裝置利用檢測到的電壓和功率因數(shù)，結(jié)合當(dāng)時的運行方式即可確定運行點在運行圖中所處的位置

22、，從而確定相應(yīng)的控制對策。2022/7/273.4 電壓的調(diào)整三、無功和電壓的調(diào)整 電壓、無功綜合控制裝置實質(zhì)上是一個多輸人多輸出的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)?，F(xiàn)簡單介紹如下：當(dāng)變電站運行于0區(qū)域時，電壓和功率因數(shù)均合格，此時不需要進行調(diào)整。 (1)變電站運行于1區(qū)域時：電壓超過上限而功率因數(shù)合格，此時應(yīng)調(diào)整變壓器分接頭使電壓降低。如單獨調(diào)整變壓器分接頭無法滿足要求時，可考慮強行切除電容器組。 (2)變電站運行于5區(qū)域時：電壓低于下限而功率因數(shù)合格，此時應(yīng)調(diào)整變壓器分接頭使電壓升高，直至分接頭無法調(diào)整。 (3)變電站運行于3區(qū)域時：功率因數(shù)超過上限而電壓合格，此時應(yīng)切除電容器組直至功率因數(shù)合格。 (4)變電站運行于7區(qū)域時：功率因數(shù)低于下限而電壓合格，此時應(yīng)投入電容器組直至功率因數(shù)合格。1簡單越限情況2022/7/27三、無功和電壓的調(diào)整2雙參數(shù)越限情況 (1)變電站運行于2區(qū)域時：電壓和功率因數(shù)同時超過上限，此時如先調(diào)整變壓器分接頭降壓，則無功會更加過剩。因此應(yīng)先切除電容器組，待功率因數(shù)合格后若電壓仍越限再調(diào)整變壓器分接頭使電壓降低。 (2)變電站運行于4區(qū)域時：電壓低于下限而功率因數(shù)超過上限，此時如先切除電容器組，則電壓會進一步下降。因此應(yīng)先調(diào)整變壓器分接