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摘 要:随着农村用电负荷的提高以及用电性质的复杂化,致使电网的无功功率不足和无功分布不尽合理,从而造成系统电压下降。电压的波动和无功负荷的变化直接影响电网电能质量,因此而适及到电压如何调整,无功补偿装置的投入,无功电压与优化等方面的技术问题。变电站的主要调压手段就是通过调节有载调压变压器分接头的位置和控制无功补偿电容器来达到无功优化、提高电网电压和降低线损的目的。
关键词:电力网络;无功补偿;应用
随着变配电网络的不断扩展,电网容量持续增加,用户对电网无功电源的要求与日俱增。无功电源同有功电源一样,是保证电力系统电能质量、电压质量、降低网络损耗以及安全运行所不可缺少的部分。发、供电部门除了供给用户的有功负荷之外,还要供给用户一定量的无功负荷,有功负荷是用户的测量和用电设备正常工作必须要消耗的电能量,无功负荷则是为了维护电源与用户的电感、电容设备之间磁场和电场振荡所需要的能量,而在电力系统网络中,这种能量是无法避免的。同时也说明电力网中,要保持有功和无功功率的平衡,否则,将会使系统电压降低,电气设备出力不足,网络传输能力下降,损耗增加,严重时导致设备损坏,系统解列。解决好网络无功补偿问题,对电网降损节能有着重要的意义。
一、无功补偿的方式:
在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小,从而提高电能作功的能力,这就是无功补偿的道理。目前,无功补偿技术在国内得到广泛应用,采用的补偿方式一般有三种:
1、集中补偿。补偿电容器组装设在变电站站内母线上,可手动或分组自动补偿。结合电网实际情况,选择按功率因数、电压无功、电压无功综合控制或电压无功综合控制兼滤波等不同方式进行补偿。
2、动态无功补偿。由可控硅控制投切电容器,这种控制方式反应速度一般在20ms,投切时无充电电流和过电压,但由于可控硅有自然导通电压的特性,电容器投切是會产生谐波。
3、供电线路分组自动无功补偿。一般用于厂矿企业、配电变压器低压部分就地补偿。在考虑无功补偿方式选择时,为了充分发挥发、供电设备的潜力,尽量让发电机少发无功,对于用户所需的无功功率和电网中的无功损耗优先考虑在变电端予以补偿,以增加供电网络中各组成部分的允许温升和允许电压降下的输电能力,减少网络中的电能损耗。
二、无功补偿电容器安装及运行中的安全问题:
根据SD325-89 《中华人民共和国能源部标准电力系统电压和无功电力技术导则》规定:在主变压器最大负荷时,高压侧功率因数不低于0.95,中、低压侧功率因数不低于0.9,高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调整电压装置的电力用户,功率因数在0.9以上。
1、安装接线应符合技术要求。集中补偿的电容器组,应建单独的电容器室,室内保持通风良好,避免日光照射。电容器组通过断路器和电缆连接到母线上。同时,对于中型点非直接接地系统,当电容器采用星形接线时,为防止系统单相接地电压升高,其外壳应与地绝缘且绝缘等级与电力网的额定电压相符。
2、环境温度的影响。电容器的运行温度是运行人员重要的监视项目。温度不超出允许范围是保证电容器安全运和达到预定使用年限的重要条件。运行温度过高,导致介质击穿强度的降低,或介质损耗的迅速增加。若温升持续,将破坏热平衡,造成热击穿。而在低温条件下,电容器内部将是负压,游离电压会下降。因此,不同地区电力部门根据当地气候条件参照电容器技术规定要求选择相应类型,以保证运行的安全。
3、电容器的过电流危害。①电容器组投入瞬间由于电容端电压不能跃变,会产生合闸涌流,一般合闸涌流为正常电流幅值的6～8倍。对断路器的灭弧室产生很大机械应力,使灭弧室受到破坏,为防止合闸涌流造成的损坏,应尽量减少投切次数,或在电容器组中串入小电抗器。②运行电压升高使电容器过流。由于电容器的无功功率与运行电压的平方成正比,系统运行电压升高,无功电流也增大,导致电容器温度升高,不利于安全运行。在运行中要监视系统母线电压,发现异常及时采用调档等方法使运行电压保持在平衡位置。③电源电压波形畸变造成电容器过流。电力系统中,厂矿企业使用大功率可控硅整流器作为直流电源广泛应用、电解工艺和变压器铁芯的饱和等,都会使电压的波形发生畸变,产生高次谐波,严重时会使补偿电容器与线路中感性负载形成振荡回路,出线电流谐振,导致电容器严重过负荷,造成熔丝屡断,电容器组无法投运。110kv配电站工业用户多为此类性质,技术人员对该站内运行线路进行连续谐波测试,发现系统中高次谐波以5、7、11次较为严重,为此,我们在无功补偿装置中将电容器回路串联电抗率为12%的电抗器,抑制3次以上谐波。
4、电容器的过电压危害。规程规定电容器在1.1倍的额定电压下可长期运行,但很多情况下,夜间承受的工作电压往往高出规定的电压允许值。运行过电压对电容器的寿命产生影响,试验发现电容器寿命与电压的7至8次方成反比。如电压增高15%,其寿命可能缩短到运行于额定电压时的32.7%～37.6%。因此,在实际运行中为避免产生过电压,在设备选型时优先选择具有较高额定电压的电容器而且要求电容值差别不大的串联在同一相,且三相差值不能过大。电容器组专设的断路器应选择合适,一般选用真空、SF6断路器等。而且操作中尽量减少电容器组投、切次数,避免频繁产生操作过电压冲击。
5、严禁电容器组带电荷合闸。如果合闸瞬间电压极性正好和电容器上残留电荷的极性相反,两电压相加将在回路上产生很大的冲击电流,引起过热爆炸。所以,电容器组每次重新合闸,必须在断路器断开电容器组放电5分钟后进行。资料显示,某变电站曾发生由于110kv电源线路跳闸而重合,引起接与10kv母线上的电容器组爆炸,损坏了19台电容器的事故。要防止此类事故发生,首先要安装失压时能自动断开断路器的保护装置。其次运行人员要加强安全意识,避免这类操作。第三,电容器端应并联放电电阻,使其停电后能自动放电,目前大多数生产厂家在设备出厂前已将放电电阻并联入电容器组中。
三、无功补偿装置在配电网中的作用:
1、功率因数补偿, 提高电压质量:随着工农业生产的不断发展,加工生产服务行业用电设备多为电磁结构,需要大量的励磁功率,致使用户的功率因数滞相且较低,一般都会低于0.7以下,滞相的无功功率在配电网中流动不仅占用配电网容量,造成不必要的损耗,而且导致电网电压降低。加装并联电容器补偿装置就近供给用户或配电网所需要的滞相无功功率,减少在配电网中流失的无功功率,降低网损,从而改善电压质量。
2、无功补偿调压:变电站10KV母线无功集中补偿,其装置主要包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等,主要是平衡输电网的无功功率,提高系统终端变电站的母线电压,补偿变电站主变压器和高压输电线路的无功损耗。变电站10KV母线无功集中补偿容量和投切控制方式应考虑到满足主变压器自身的无功损耗和就近向配电线路前端输送无功,以满足配电线路前端(变电站附近)的无功负荷,为主变有载调压维持系统电压稳定提供保障。
四、变压器有载调压和无功补偿装置的合理调控
有载调压变压器可以带负荷的情况下切换分接头位置,从而改变变压器的变比,起到调整电压和降低损耗的作用。控制无功补偿电容器的投切,可改变网络中无功功率的分布,改善功率因数,减少网损和电压损耗,改善用户的电压质量。以上两种调节和控制的措施,都有调整电压和改变无功分布的作用,但它们的作用原理和后果不同。利用改变有载调压变压器的分接头位置进行调压时,调压措施本身不产生无功功率,但系统消耗的无功功率与电压水平有关,因此在系统无功功率不足的情况下,不能用改变变比的办法来提高系统的电压水平,否则电压水平调得越高,该地区的无功功率越不足,反而导致恶性循环。所以在系统缺乏无功的情况下,必须利用补偿电容器进行调压。投补偿电容器既能补充系统的无功功率,又可改变系统中的无功分布,从而有利于系统电压水平的提高。因此必须把调节变压器的分接头与控制电容器组的投、切两者结合起来,进行合理调控,才能起到既改善电压水平,又降低网损的效果。
关键词:电力网络;无功补偿;应用
随着变配电网络的不断扩展,电网容量持续增加,用户对电网无功电源的要求与日俱增。无功电源同有功电源一样,是保证电力系统电能质量、电压质量、降低网络损耗以及安全运行所不可缺少的部分。发、供电部门除了供给用户的有功负荷之外,还要供给用户一定量的无功负荷,有功负荷是用户的测量和用电设备正常工作必须要消耗的电能量,无功负荷则是为了维护电源与用户的电感、电容设备之间磁场和电场振荡所需要的能量,而在电力系统网络中,这种能量是无法避免的。同时也说明电力网中,要保持有功和无功功率的平衡,否则,将会使系统电压降低,电气设备出力不足,网络传输能力下降,损耗增加,严重时导致设备损坏,系统解列。解决好网络无功补偿问题,对电网降损节能有着重要的意义。
一、无功补偿的方式:
在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小,从而提高电能作功的能力,这就是无功补偿的道理。目前,无功补偿技术在国内得到广泛应用,采用的补偿方式一般有三种:
1、集中补偿。补偿电容器组装设在变电站站内母线上,可手动或分组自动补偿。结合电网实际情况,选择按功率因数、电压无功、电压无功综合控制或电压无功综合控制兼滤波等不同方式进行补偿。
2、动态无功补偿。由可控硅控制投切电容器,这种控制方式反应速度一般在20ms,投切时无充电电流和过电压,但由于可控硅有自然导通电压的特性,电容器投切是會产生谐波。
3、供电线路分组自动无功补偿。一般用于厂矿企业、配电变压器低压部分就地补偿。在考虑无功补偿方式选择时,为了充分发挥发、供电设备的潜力,尽量让发电机少发无功,对于用户所需的无功功率和电网中的无功损耗优先考虑在变电端予以补偿,以增加供电网络中各组成部分的允许温升和允许电压降下的输电能力,减少网络中的电能损耗。
二、无功补偿电容器安装及运行中的安全问题:
根据SD325-89 《中华人民共和国能源部标准电力系统电压和无功电力技术导则》规定:在主变压器最大负荷时,高压侧功率因数不低于0.95,中、低压侧功率因数不低于0.9,高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调整电压装置的电力用户,功率因数在0.9以上。
1、安装接线应符合技术要求。集中补偿的电容器组,应建单独的电容器室,室内保持通风良好,避免日光照射。电容器组通过断路器和电缆连接到母线上。同时,对于中型点非直接接地系统,当电容器采用星形接线时,为防止系统单相接地电压升高,其外壳应与地绝缘且绝缘等级与电力网的额定电压相符。
2、环境温度的影响。电容器的运行温度是运行人员重要的监视项目。温度不超出允许范围是保证电容器安全运和达到预定使用年限的重要条件。运行温度过高,导致介质击穿强度的降低,或介质损耗的迅速增加。若温升持续,将破坏热平衡,造成热击穿。而在低温条件下,电容器内部将是负压,游离电压会下降。因此,不同地区电力部门根据当地气候条件参照电容器技术规定要求选择相应类型,以保证运行的安全。
3、电容器的过电流危害。①电容器组投入瞬间由于电容端电压不能跃变,会产生合闸涌流,一般合闸涌流为正常电流幅值的6～8倍。对断路器的灭弧室产生很大机械应力,使灭弧室受到破坏,为防止合闸涌流造成的损坏,应尽量减少投切次数,或在电容器组中串入小电抗器。②运行电压升高使电容器过流。由于电容器的无功功率与运行电压的平方成正比,系统运行电压升高,无功电流也增大,导致电容器温度升高,不利于安全运行。在运行中要监视系统母线电压,发现异常及时采用调档等方法使运行电压保持在平衡位置。③电源电压波形畸变造成电容器过流。电力系统中,厂矿企业使用大功率可控硅整流器作为直流电源广泛应用、电解工艺和变压器铁芯的饱和等,都会使电压的波形发生畸变,产生高次谐波,严重时会使补偿电容器与线路中感性负载形成振荡回路,出线电流谐振,导致电容器严重过负荷,造成熔丝屡断,电容器组无法投运。110kv配电站工业用户多为此类性质,技术人员对该站内运行线路进行连续谐波测试,发现系统中高次谐波以5、7、11次较为严重,为此,我们在无功补偿装置中将电容器回路串联电抗率为12%的电抗器,抑制3次以上谐波。
4、电容器的过电压危害。规程规定电容器在1.1倍的额定电压下可长期运行,但很多情况下,夜间承受的工作电压往往高出规定的电压允许值。运行过电压对电容器的寿命产生影响,试验发现电容器寿命与电压的7至8次方成反比。如电压增高15%,其寿命可能缩短到运行于额定电压时的32.7%～37.6%。因此,在实际运行中为避免产生过电压,在设备选型时优先选择具有较高额定电压的电容器而且要求电容值差别不大的串联在同一相,且三相差值不能过大。电容器组专设的断路器应选择合适,一般选用真空、SF6断路器等。而且操作中尽量减少电容器组投、切次数,避免频繁产生操作过电压冲击。
5、严禁电容器组带电荷合闸。如果合闸瞬间电压极性正好和电容器上残留电荷的极性相反,两电压相加将在回路上产生很大的冲击电流,引起过热爆炸。所以,电容器组每次重新合闸,必须在断路器断开电容器组放电5分钟后进行。资料显示,某变电站曾发生由于110kv电源线路跳闸而重合,引起接与10kv母线上的电容器组爆炸,损坏了19台电容器的事故。要防止此类事故发生,首先要安装失压时能自动断开断路器的保护装置。其次运行人员要加强安全意识,避免这类操作。第三,电容器端应并联放电电阻,使其停电后能自动放电,目前大多数生产厂家在设备出厂前已将放电电阻并联入电容器组中。
三、无功补偿装置在配电网中的作用:
1、功率因数补偿, 提高电压质量:随着工农业生产的不断发展,加工生产服务行业用电设备多为电磁结构,需要大量的励磁功率,致使用户的功率因数滞相且较低,一般都会低于0.7以下,滞相的无功功率在配电网中流动不仅占用配电网容量,造成不必要的损耗,而且导致电网电压降低。加装并联电容器补偿装置就近供给用户或配电网所需要的滞相无功功率,减少在配电网中流失的无功功率,降低网损,从而改善电压质量。
2、无功补偿调压:变电站10KV母线无功集中补偿,其装置主要包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等,主要是平衡输电网的无功功率,提高系统终端变电站的母线电压,补偿变电站主变压器和高压输电线路的无功损耗。变电站10KV母线无功集中补偿容量和投切控制方式应考虑到满足主变压器自身的无功损耗和就近向配电线路前端输送无功,以满足配电线路前端(变电站附近)的无功负荷,为主变有载调压维持系统电压稳定提供保障。
四、变压器有载调压和无功补偿装置的合理调控
有载调压变压器可以带负荷的情况下切换分接头位置,从而改变变压器的变比,起到调整电压和降低损耗的作用。控制无功补偿电容器的投切,可改变网络中无功功率的分布,改善功率因数,减少网损和电压损耗,改善用户的电压质量。以上两种调节和控制的措施,都有调整电压和改变无功分布的作用,但它们的作用原理和后果不同。利用改变有载调压变压器的分接头位置进行调压时,调压措施本身不产生无功功率,但系统消耗的无功功率与电压水平有关,因此在系统无功功率不足的情况下,不能用改变变比的办法来提高系统的电压水平,否则电压水平调得越高,该地区的无功功率越不足,反而导致恶性循环。所以在系统缺乏无功的情况下,必须利用补偿电容器进行调压。投补偿电容器既能补充系统的无功功率,又可改变系统中的无功分布,从而有利于系统电压水平的提高。因此必须把调节变压器的分接头与控制电容器组的投、切两者结合起来,进行合理调控,才能起到既改善电压水平,又降低网损的效果。