35kV變電所無功功率優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u3242335kV變電所無功功率優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算案例 1122661.1無功功率優(yōu)化的意義 175361.2常見補(bǔ)償裝置 2297291.2.1并聯(lián)電抗器 2268051.2.2靜止補(bǔ)償器 2239881.2.3并聯(lián)電容器 442171.3無功補(bǔ)償容量的計(jì)算 4258721.4補(bǔ)償裝置的配置 5312361.4.1并聯(lián)電容器的分組與型號 6139971.4.2并聯(lián)電容器的安裝與接線 6無功功率優(yōu)化的意義供電系統(tǒng)中傳輸?shù)挠泄β试诰S持恒定的情況下，若無功功率增大，會導(dǎo)致供電系統(tǒng)的功率因數(shù)降低。（1）功率因數(shù)太低帶來的后果是：1）增加電力網(wǎng)中輸電線路上的有功功率損耗和電能損耗。若設(shè)備的功率因數(shù)降低，在保證輸送同樣的有功功率時(shí)，無功功率就要增加，這樣勢必就要在輸電線路中傳輸更大的電流，使得此輸電線路上有功功率損耗和電能損耗增大。2）系統(tǒng)總電流的增加，增加了電力系統(tǒng)中的電器元件，如變壓器，電器設(shè)備，電線等的容積，從而增加了廠內(nèi)起動控制設(shè)備，測儀表等規(guī)格的大小，從而增加了電量。3）如果功率因數(shù)太低，路線的電壓力損耗就會提高。因此，負(fù)載端的電壓會降低，甚至低于允許的偏移值，影響異步電機(jī)等電器設(shè)備的正常運(yùn)行。特別在用電高峰季節(jié)，功率因數(shù)太低會出現(xiàn)大面積地區(qū)的電壓偏低，將給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，造成很大的損失。4）使電力系統(tǒng)內(nèi)的電氣設(shè)備容量不能充分利用，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)或變壓器都有一定的額定電壓和額定容量(亦即額定電流)，在正常情況下，這些參數(shù)是不容許超過的，若功率因數(shù)降低，則有功出力也將隨之降低，使設(shè)備容量不能得到充分利用。綜上可知電力系統(tǒng)功率因數(shù)的大小是十分重要的問題，必須設(shè)法提高電力網(wǎng)的功率因數(shù)。目前供電部門征收電費(fèi)將用戶的功率因數(shù)大小作為一項(xiàng)重要的指標(biāo)，《全國供用電規(guī)則》指出高壓供電的工業(yè)用戶和高壓供電裝有帶負(fù)荷調(diào)整電壓裝置的電力用戶以及100kVA(kW)及以上的電力用戶功率因數(shù)要達(dá)到0.90以上，其他功率因數(shù)最小值是0.85。供電部門將根據(jù)用戶執(zhí)行的情況在收取電費(fèi)時(shí)，分別做出獎勵、不獎不懲、罰款等處理?？傊酱俸蛶椭脩舨扇〈胧┨岣吖β室驍?shù)，是供電部門的責(zé)任。（2）提高負(fù)荷功率因數(shù)的意義：1）提高電力系統(tǒng)的供電能力。2）降低網(wǎng)絡(luò)中的功率損耗。3）減少網(wǎng)絡(luò)中的電壓損失，提高供電質(zhì)量。4）降低電能成本。（3）提高功率因數(shù)的方法：1）不添置任何無功補(bǔ)償設(shè)備，是采用降低各用電設(shè)備所需的無功功率以改善其功率因數(shù)的措施，不需要增加投資，是提高功率因數(shù)的基本措施。主要有：正確選擇感應(yīng)電機(jī)的類型和容量，使其接近滿負(fù)載運(yùn)行。換輕載感應(yīng)電動機(jī)或換輕載電動機(jī)接線；電力變壓器不宜輕載運(yùn)行；合理安排和調(diào)整工藝流程，提升電器設(shè)備的運(yùn)行水平，限制焊機(jī)、機(jī)床電機(jī)等設(shè)施的空載運(yùn)行;使用無電壓運(yùn)行的電磁開關(guān)。2）當(dāng)采用提高電器設(shè)備自然功率因素的方法，功率因素仍達(dá)不到《供用電規(guī)則》要求的值時(shí)，有必要設(shè)置專門的無功補(bǔ)償電源進(jìn)行無功的手動補(bǔ)償。有幾種補(bǔ)償無功功率的辦法：并聯(lián)電容器補(bǔ)償，同步電機(jī)補(bǔ)償；動態(tài)無功功率補(bǔ)償。常見補(bǔ)償裝置并聯(lián)電抗器并聯(lián)電抗器用于吸收高壓電力網(wǎng)過剩的無功功率和遠(yuǎn)距離輸電線的參數(shù)補(bǔ)償。含有超高壓架空線路或高壓電纜的電力網(wǎng)中，在輕負(fù)荷運(yùn)行時(shí)各線路分布電容產(chǎn)生的無功功率大于線路電抗中消耗的無功功率，因此會出現(xiàn)無功功率過剩的現(xiàn)象。解決無功功率過剩的措施之一，是在適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)接入并聯(lián)電抗器，就近吸收線路的無功功率，防止電力網(wǎng)電壓過高。靜止補(bǔ)償器現(xiàn)代的靜止無功補(bǔ)償設(shè)備分為無功補(bǔ)償器和無功發(fā)生器兩種。（1）靜止無功補(bǔ)償器靜止無功補(bǔ)償器簡稱靜止補(bǔ)償器，它由靜電電容器和電抗器并聯(lián)組成。電容器可發(fā)出無功功率,電抗器可吸收無功率,兩者結(jié)合起來，再配以適當(dāng)?shù)目刂蒲b置，就成為能平滑地改變發(fā)出(或吸收)無功功率的靜止無功補(bǔ)償器。組成靜止無功補(bǔ)償器的元件主要有飽和電抗器固定電容器、晶閘管控制電抗器和晶閘管開關(guān)電容器。實(shí)際上應(yīng)用的靜止無功補(bǔ)償器大多是由上述元件組成的混合型靜止補(bǔ)償器。目前常用的有晶閘管控制電抗器型(TCR型)，如圖5-1所示；晶閘管開關(guān)電容器型(TSC型)，如圖5-2所示；飽和電抗器型(SR型)如圖5-3所示。圖5-1TCR型圖5-2TSC型圖5-3SR型（2）靜止無功發(fā)生器20世紀(jì)80年代出現(xiàn)了一種更為先進(jìn)的靜止無功補(bǔ)償設(shè)備-靜止無功發(fā)生器。它的主體部分是一個(gè)電壓型逆變器。其基本原理就是將橋式變流電路通過電抗器或者直接并聯(lián)到電網(wǎng)上，適當(dāng)調(diào)節(jié)橋式電路的交流側(cè)電壓的幅值和相位就可以使該電路吸收或發(fā)出所要求的無功電流.實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)哪康摹ｌo止無功發(fā)生器被稱為靜止同步補(bǔ)償器。與靜止無功補(bǔ)償器相比，發(fā)生器有以下優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)速度更快，諧波電流更少。并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器又稱移相電容器,廣泛地應(yīng)用于改善負(fù)荷的功率因數(shù)，是電力系統(tǒng)中一種重要的無功功率電源。我國制造的移相電容器額定電壓有10.5、6.3、3.15kV；525V、400V等。額定電壓的移相電容器均為單相式的,單臺容量可達(dá)；額定電壓525V及以下的多為三相式的，單臺三相容量可達(dá)到25-30kvar。由于單臺容量有限，一般要用多臺電容器并聯(lián)，用以組成三相并聯(lián)電容裝置。用于35kV電力網(wǎng)時(shí),除了并聯(lián)以外還要多個(gè)串聯(lián)。大容量并聯(lián)電容裝置一般還分為數(shù)組,各設(shè)有開關(guān),操作開關(guān)就可分級調(diào)節(jié)輸出的無功功率。無功電源性能的比較為表5-1所示。表5-1各種無功電源性能比較表類型投資無功調(diào)節(jié)性能安裝地點(diǎn)無功出力與電壓的關(guān)系對系統(tǒng)短路電流的影響同步發(fā)電機(jī)無需額外投資可發(fā)可吸平滑調(diào)節(jié)各發(fā)電廠基本不受影響增大同步電動機(jī)某些大用戶影響很小同步調(diào)相機(jī)大樞紐變電所增大靜止補(bǔ)償器較大樞紐變電所不增大靜電電容器小只能發(fā)出，可分級調(diào)節(jié)分散在各變電所及大用戶處與電壓平方成正比不增大并聯(lián)電抗器小只能吸取高壓遠(yuǎn)距離線路中間或兩端與電壓平方成正比不增大無功補(bǔ)償容量的計(jì)算10kV側(cè)有功功率，無功功率。補(bǔ)償前的功率因數(shù)為：一般認(rèn)為功率因數(shù)為0.9左右即可符合要求，所以要進(jìn)行無功功率優(yōu)化。補(bǔ)償?shù)臒o功功率為：6kV側(cè)有功功率，無功功率為。補(bǔ)償前的功率因數(shù)為：低壓側(cè)這回讓功率因數(shù)達(dá)到0.9左右，所以要進(jìn)行無功補(bǔ)償。補(bǔ)償?shù)臒o功功率為：補(bǔ)償后的功率因數(shù)：綜上，在并聯(lián)完電容器補(bǔ)償之后35kV側(cè)的總功率因數(shù)達(dá)到要求。補(bǔ)償裝置的配置同期調(diào)相機(jī)相當(dāng)于空載運(yùn)行的同步電動機(jī)在過勵磁時(shí)運(yùn)行，它向系統(tǒng)提供可無級連續(xù)調(diào)節(jié)的容性和感性無功，維持電網(wǎng)電壓，并可以強(qiáng)勵補(bǔ)償容性無功，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。靜止補(bǔ)償器有電力電容器與可調(diào)電抗并聯(lián)組成。電容器能產(chǎn)生無功功率，電抗器能吸收無功功率。電容器能根據(jù)電壓需求向電網(wǎng)提供感應(yīng)無功功率，降電壓波動和波形，改善電壓質(zhì)量，降低有功損耗，提升系統(tǒng)穩(wěn)定性，降低工頻過電壓。其運(yùn)營維護(hù)簡單，電量低，可實(shí)現(xiàn)分相補(bǔ)償，且對沖擊負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)，但設(shè)備造價(jià)太高，本設(shè)計(jì)中不宜采用。在本變電所設(shè)計(jì)中計(jì)劃采取并聯(lián)電容器進(jìn)行補(bǔ)償，并聯(lián)電容器的單位容量成本低，有功功率損耗最小，運(yùn)行維護(hù)最簡單。它可以分散安裝在用戶處或靠近負(fù)荷中心的地點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)無功功率就地補(bǔ)償，尋求最好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。此外，電容器的容量改變也十分方便，還可根據(jù)需求分散安裝到其他地方。并聯(lián)電容器的分組與型號（1）分組原則1）若某臺設(shè)備需要單獨(dú)補(bǔ)償，則不需要進(jìn)行分組，直接與該設(shè)備相連接，同時(shí)投切即可。2）35kV終端變電所中的并聯(lián)電容器目的是提高電壓和補(bǔ)償變壓器引起的無功功率損耗，需要每組電容器能夠隨電壓波動進(jìn)行自行投切。（2）分組方式并聯(lián)電容器的分組方式主要有等容量分組、等差級數(shù)容量分組、帶總斷路器的等容量分組、帶總斷路器的等差級數(shù)容量分組。這幾種方式中等容量分組方式，分組斷路器不僅要滿足頻繁切合并聯(lián)電容器的要求，而且還要滿足開斷短路的要求，這種分組方式應(yīng)用較多，因此采用等容量分組方式。本設(shè)計(jì)選用BFM11-100-3型，額定容量100kVar，在10kV側(cè)配備9臺。選用BFM11-5-3型，額定容量5kVar，在6kV側(cè)配備6臺。并聯(lián)電容器的安裝與接線（1）并聯(lián)電容器可安裝在變壓器的低壓側(cè)，也可接在線路的末端。并聯(lián)電容器調(diào)壓原理接線圖如圖所示。圖5-4為與母線相連。圖5-5為與變壓器相連。本設(shè)計(jì)選擇與母線連接。圖5-4電容器與母線相連圖5-5電容器與變壓器直接相連電力電容器能夠集中安裝，又可分散裝設(shè)來接地供應(yīng)無功功率，運(yùn)行時(shí)功率損耗較小。由于前文選擇的是在不同母線上進(jìn)行分別補(bǔ)償，所以選擇分散安裝