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摘要:文章介绍无功补偿的作用,分析低压并联电容器无功补偿的种类、电容补偿控制的选择及补偿容量的确定等。
关键词:低压并联电容器;无功补偿;技术;经济性
中图分类号:TM92文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)14-0029-02
无功功率是维持电力系统正常运行最主要的一个因素。搞好电力系统的无功平衡,提高负荷的功率因数,可以减少线路和变压器中的有功功率损耗和其他电能损耗,从而提高电能质量,降低电能损耗,并保证了电力系统的稳定运行和用户的供电质量。
1无功补偿的作用
1.1提高变配电设备利用率,减少投资费用
对低功率因数的负荷进行无功补偿,接入并联电容器,由于无功电流得到补偿,使得负荷电流减少(如图1)。
由于功率因数提高而使变配电设备减少的容量(kVA)可用公式1计算:
ΔS=P/ COSφ1-P/ COSφ2
=P×(COSφ2-COSφ1)/(COSφ2×COSφ1)
(1)
式中:
ΔS——减少的设备容量;
P——负荷有功功率;
COSφ1——补偿前负荷功率因数;
COSφ2——补偿后负荷功率因数。
如1 000 kW的负荷容量,补偿前功率因数为0.7,从公式1中可计算出当功率因数补偿到0.95时,为该负荷输电的变配电设备容量可减少376 kVA,对于新建项目可以减少投资费用(变配电设备容量减少376 kVA,可减少基本电费的支出),经济效益明显。
1.2降低电网中的功率损耗
当负荷的功率因数从1降到COSφ时,电网中的功率损耗将增加的百分数如式2,详细功率因数降低与功率损耗增加的百分数如表1:
δp(%)=(1/COS2φ-1)×100%(2)
1.3减少了线路的压降
由于功率因数的提高,线路传送电流小了,系统的线路电压损失相应减小,有利于改善末端的电能质量。
1.4提高功率因数及相应地减少电费
根据国家水利电力部国家物价局1983年颁布的《功率因数调整电费办法》规定三种功率因数标准值,相应地减少电费:
①功率因数标准0.90,适用于160 kVA以上的高压供电工业用户、装有带负荷调整电压装置的高压供电电力用户和3200 kVA及以上的高压供电电力排灌站(具体调整率见表2)。
②功率因数标准0.85,适用于100 kVA(kW)及以上的其他工业用户,100 kVA(kW)及以上的非工业用户和100 kVA(kW)及以上的电力排灌站(具体调整率见表2)。
③功率因数标准0.80,适用于100 kVA(kW)及以上的农业用户和趸售用户(具体调整率见表2)。
2低压并联电容器无功补偿的种类
2.1集中补偿
在低压配电所内配置若干组电容器接在配电母线上,补偿供电范围内的无功功率,如图2所示。
2.2就地补偿
将补偿电容器安装于用电负荷附近,或直接并联于用电设备上,如图3所示。
就地补偿分为两种:一是分散就地补偿,电容器接在低压配电装置或动力箱的母线上,对附近的用电设备进行无功补偿,如图3a所示。二是单独就地补偿,将电容器直接接在用电设备端子上或保护设备末端,一般不需要电容器用的操作保护设备,如图3b所示。
2.3就地补偿与集中补偿节能比较(见表3)
3电容补偿在技术上应注意的问题
①防止涌流。在电容器投入时,一般情况下伴随着很大的涌流,在IEC出版物831电容器篇中电容器投入涌流的计算公式如下:
式中:
Is——电容器投入时的涌流(A);
In——电容器额定电流(A);
S——安装电容器处的短路功率(MVA);
Q——电容器容量(Mvar)。
在低压电容器回路中,可采用以下方法限制:一是串联电抗器;二是加大投切电容器的容量;三是采用专用电容器投切的接触器。
②防止系统谐波的影响。由于电容器回路是一个LC电路,对于某些谐波容易产生谐振,造成谐波放大,使电流增加和电压升高。为此可采用串联一定感抗值的电抗器以避免谐振,如以电抗器的百分比为K,当电网中5次谐波较高,而3次谐波不太高时,K宜采用4.5%;如中3次谐波较高时,K宜采用12%,当电网中谐波不高时,K宜采用0.5%。
③防止产生自励。采用电容器就地补偿电动机无功功率,电容器直接并联在电动机上,切断电源后,电动机在惯性作用下继续运行,此时电容器的放电电流成为励磁电流。如果补偿电容器的容量过大,就可使电动机的磁场得到自励而产生电压,电动机即运行于发电状态,所以补偿容量小于电动机空载容量就可以避免,一般取0.9倍就没关系。
QC=0.9×3UI0 (4)
式中:
Qc——为补偿电容器容量
U——为系统电压
I0——为电动机空载电流
4电容补偿控制的选择及补偿容量的确定
4.1电容器组投切方式的选择
电容器组投切方式分手动和自动两种。对于补偿低压基本无功及常年稳定的高压电容器组,宜采用手动投切;为避免过补偿或轻载时电压过高,易造成设备损坏的,宜采用自动投切。高、低压补偿效果相同时,宜采用低压自动补偿装置。
4.2电容器补偿容量的确定
先进行负荷计算,确定有功功率P和无功功率Q,补偿前自然功率因数为cosφ1,要补偿到的功率因数为cosφ2,则:
QC=P(tgφ1-tgφ2)(5)
式中:
Qc——补偿电容器容量
P——负荷有功功率
COSφ1——补偿前负荷功率因数
COSφ2——补偿后负荷功率因数
确定无功补偿容量时,还应注意以下三点:①在轻负荷时要避免过补偿,倒送无功造成功率损耗增加,也是不经济的。②功率因数越高,每千乏补偿容量减少损耗的作用将变小,通常情况下,将功率因数提高到0.95就是合理补偿。③就地补偿电容器容量选择的主要参数是励磁电流,因为不使电容器造成自励是选用电容器容量的必要条件,可用公式4计算。
5结 语
采用无功补偿可以提高功率因数,是一项投资少,收效快的节能措施。并联补偿电容器原理简单、使用方便、运行经济,还可以分组投切保证电压合格率和合理的功率因数。我国很多地区配电网和农网平均功率因数偏低,通过采用补偿电容器进行合理的补偿,一定能够提高供电质量并取得明显的经济效益。
参考文献:
[1] 电力工业部综合管理司.用电检查技术标准汇编[M].北京:中国电力出版社,2000.
[2] 电力工业部综合管理司.用电检查法规汇编[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,1998.
[3] 张利生.电力网电能损耗管理及降损技术[M].北京:中国电力出版社,2005.
关键词:低压并联电容器;无功补偿;技术;经济性
中图分类号:TM92文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)14-0029-02
无功功率是维持电力系统正常运行最主要的一个因素。搞好电力系统的无功平衡,提高负荷的功率因数,可以减少线路和变压器中的有功功率损耗和其他电能损耗,从而提高电能质量,降低电能损耗,并保证了电力系统的稳定运行和用户的供电质量。
1无功补偿的作用
1.1提高变配电设备利用率,减少投资费用
对低功率因数的负荷进行无功补偿,接入并联电容器,由于无功电流得到补偿,使得负荷电流减少(如图1)。
由于功率因数提高而使变配电设备减少的容量(kVA)可用公式1计算:
ΔS=P/ COSφ1-P/ COSφ2
=P×(COSφ2-COSφ1)/(COSφ2×COSφ1)
(1)
式中:
ΔS——减少的设备容量;
P——负荷有功功率;
COSφ1——补偿前负荷功率因数;
COSφ2——补偿后负荷功率因数。
如1 000 kW的负荷容量,补偿前功率因数为0.7,从公式1中可计算出当功率因数补偿到0.95时,为该负荷输电的变配电设备容量可减少376 kVA,对于新建项目可以减少投资费用(变配电设备容量减少376 kVA,可减少基本电费的支出),经济效益明显。
1.2降低电网中的功率损耗
当负荷的功率因数从1降到COSφ时,电网中的功率损耗将增加的百分数如式2,详细功率因数降低与功率损耗增加的百分数如表1:
δp(%)=(1/COS2φ-1)×100%(2)
1.3减少了线路的压降
由于功率因数的提高,线路传送电流小了,系统的线路电压损失相应减小,有利于改善末端的电能质量。
1.4提高功率因数及相应地减少电费
根据国家水利电力部国家物价局1983年颁布的《功率因数调整电费办法》规定三种功率因数标准值,相应地减少电费:
①功率因数标准0.90,适用于160 kVA以上的高压供电工业用户、装有带负荷调整电压装置的高压供电电力用户和3200 kVA及以上的高压供电电力排灌站(具体调整率见表2)。
②功率因数标准0.85,适用于100 kVA(kW)及以上的其他工业用户,100 kVA(kW)及以上的非工业用户和100 kVA(kW)及以上的电力排灌站(具体调整率见表2)。
③功率因数标准0.80,适用于100 kVA(kW)及以上的农业用户和趸售用户(具体调整率见表2)。
2低压并联电容器无功补偿的种类
2.1集中补偿
在低压配电所内配置若干组电容器接在配电母线上,补偿供电范围内的无功功率,如图2所示。
2.2就地补偿
将补偿电容器安装于用电负荷附近,或直接并联于用电设备上,如图3所示。
就地补偿分为两种:一是分散就地补偿,电容器接在低压配电装置或动力箱的母线上,对附近的用电设备进行无功补偿,如图3a所示。二是单独就地补偿,将电容器直接接在用电设备端子上或保护设备末端,一般不需要电容器用的操作保护设备,如图3b所示。
2.3就地补偿与集中补偿节能比较(见表3)
3电容补偿在技术上应注意的问题
①防止涌流。在电容器投入时,一般情况下伴随着很大的涌流,在IEC出版物831电容器篇中电容器投入涌流的计算公式如下:
式中:
Is——电容器投入时的涌流(A);
In——电容器额定电流(A);
S——安装电容器处的短路功率(MVA);
Q——电容器容量(Mvar)。
在低压电容器回路中,可采用以下方法限制:一是串联电抗器;二是加大投切电容器的容量;三是采用专用电容器投切的接触器。
②防止系统谐波的影响。由于电容器回路是一个LC电路,对于某些谐波容易产生谐振,造成谐波放大,使电流增加和电压升高。为此可采用串联一定感抗值的电抗器以避免谐振,如以电抗器的百分比为K,当电网中5次谐波较高,而3次谐波不太高时,K宜采用4.5%;如中3次谐波较高时,K宜采用12%,当电网中谐波不高时,K宜采用0.5%。
③防止产生自励。采用电容器就地补偿电动机无功功率,电容器直接并联在电动机上,切断电源后,电动机在惯性作用下继续运行,此时电容器的放电电流成为励磁电流。如果补偿电容器的容量过大,就可使电动机的磁场得到自励而产生电压,电动机即运行于发电状态,所以补偿容量小于电动机空载容量就可以避免,一般取0.9倍就没关系。
QC=0.9×3UI0 (4)
式中:
Qc——为补偿电容器容量
U——为系统电压
I0——为电动机空载电流
4电容补偿控制的选择及补偿容量的确定
4.1电容器组投切方式的选择
电容器组投切方式分手动和自动两种。对于补偿低压基本无功及常年稳定的高压电容器组,宜采用手动投切;为避免过补偿或轻载时电压过高,易造成设备损坏的,宜采用自动投切。高、低压补偿效果相同时,宜采用低压自动补偿装置。
4.2电容器补偿容量的确定
先进行负荷计算,确定有功功率P和无功功率Q,补偿前自然功率因数为cosφ1,要补偿到的功率因数为cosφ2,则:
QC=P(tgφ1-tgφ2)(5)
式中:
Qc——补偿电容器容量
P——负荷有功功率
COSφ1——补偿前负荷功率因数
COSφ2——补偿后负荷功率因数
确定无功补偿容量时,还应注意以下三点:①在轻负荷时要避免过补偿,倒送无功造成功率损耗增加,也是不经济的。②功率因数越高,每千乏补偿容量减少损耗的作用将变小,通常情况下,将功率因数提高到0.95就是合理补偿。③就地补偿电容器容量选择的主要参数是励磁电流,因为不使电容器造成自励是选用电容器容量的必要条件,可用公式4计算。
5结 语
采用无功补偿可以提高功率因数,是一项投资少,收效快的节能措施。并联补偿电容器原理简单、使用方便、运行经济,还可以分组投切保证电压合格率和合理的功率因数。我国很多地区配电网和农网平均功率因数偏低,通过采用补偿电容器进行合理的补偿,一定能够提高供电质量并取得明显的经济效益。
参考文献:
[1] 电力工业部综合管理司.用电检查技术标准汇编[M].北京:中国电力出版社,2000.
[2] 电力工业部综合管理司.用电检查法规汇编[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,1998.
[3] 张利生.电力网电能损耗管理及降损技术[M].北京:中国电力出版社,2005.