淺談無功補償在低壓配電中的應用

路 江

0 引言

電力系統無功功率是否平衡直接影響電壓質量。當今企業用電中,都存在著功率因數偏低的現象,導致用電設備利用率低,電能損耗大,成本增加,尤其大量使用電動機、大功率變流、變頻等諸多電感性設備,對低壓配電系統造成的有功損耗極大。基于電網無功消耗狀況,在低壓配電中常采用并聯電容器對其進行無功補償。但考慮到補償容量不能時時匹配,故采用對電容器分組,利用晶閘管進行控制,根據無功功率的變化,對電容器組進行自動投切,以實現對無功功率動態補償,目前在國內外得到廣泛應用。

1 無功補償的原理

無功補償優化,主要是設置無功功率補償裝置。即在變配電所高壓或低壓母線上并聯調相機或電容器,補償負荷所需的部分或全部無功功率,以提高設置點用戶的功率因數,從而減少網絡中輸送的無功功率以降低網損。由于并聯電容器無旋轉部分,運行維護方便安全,而且便于安裝,能耗低,投資省,已逐漸取代了同步調相機,現主要介紹電容器無功補償。

按電容器安裝的位置不同,主要有集中補償、分組補償和就地補償三種方式。

1)集中補償:

電容器組集中裝設在總降壓變配電所的 10 kV母線上,用來提高整個變電所的功率因數,使該變配電所要供電范圍內無功功率基本平衡。可減少高壓線路的無功損耗,而且能夠提高本變配電所的供電電壓質量。

2)分組補償:

將電容器分別裝設在功率因數較低的各配電所的高壓或低壓母線上,也稱為分散補償。這種方式具有與集中補償相同的優點,但無功補償容量和范圍相對小些,效果也比較明顯,因而采用比較普遍。

3)就地補償:

將電容器裝設在感性用電設備附近,就地進行無功補償,也稱為個別補償。這種補償方式既能提高用電設備供電回路的功率因數,又能改善用電設備的電壓質量。

在實際應用時,若能將三種補償方式統籌考慮、合理布局,將可取得很好的技術經濟效益。

2 無功補償的配置原則

為了最大限度地減少無功功率的傳輸損耗,提高輸配電設備的效率,無功補償設備的配置,應按照“分級補償,就地平衡”的原則,合理布局。具體而言,有以下幾點:

1)總體平衡與局部平衡相結合,以局部為主。

2)電力部門補償與用戶補償相結合。

在配電網絡中,用戶消耗的無功功率約占 50%～60%,其余的無功功率消耗在配電網中。因此,為了減少無功功率在網絡中的輸送,要盡可能地實現就地補償,就地平衡,所以必須由電力部門和用戶共同進行補償。

3)分散補償與集中補償相結合,以分散補償為主。

集中補償,是在變電所集中裝設較大容量的補償電容器。分散補償,指在配電網絡中分散的負荷區,如配電線路,配電變壓器和用戶的用電設備等進行的無功補償。集中補償,主要是補償主變壓器本身的無功損耗,以及減少變電所以上輸電線路的無功電力,從而降低供電網絡的無功損耗,但不能降低配電網絡的無功損耗。用戶需要的無功通過變電所以下的配電線路向負荷端輸送,所以為了有效地降低線損,必須做到無功功率在哪里發生,就應在哪里補償,中、低壓配電網應以分散補償為主。

4)降損與調壓相結合,以降損為主。

3 低壓配電網無功補償的方法

3.1 隨機補償

隨機補償就是將低壓電容器組與電動機并接,通過控制、保護裝置與電機同時投切。隨機補償適用于補償電動機的無功消耗,此種方式可較好地限制用電單位無功負荷。

隨機補償的優點是:用電設備運行時無功補償投入,用電設備停運時,補償設備也退出,而且不需頻繁調整補償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護簡單、事故率低等特點。

3.2 隨器補償

隨器補償是指將低壓電容器通過低壓保險接在配電變壓器二次側,以補償配電變壓器空載無功的補償方式。配電變壓器在輕載或空載時的無功負荷主要是變壓器的空載勵磁無功,配電變壓器空載無功是用電單位無功負荷的主要部分,對于輕負載的配電變壓器而言,這部分損耗占供電量的比例很大,從而導致電費單價的增加。

隨器補償的優點:接線簡單、維護管理方便、能有效地補償配電變壓器空載無功,限制電網無功基荷,使該部分無功就地平衡,從而提高配電變壓器利用率,降低無功網損,具有較高的經濟性,是目前補償無功最有效的手段之一。

3.3 跟蹤補償

跟蹤補償是指以無功補償投切裝置作為控制保護裝置,將低壓電容器組補償在大用戶 0.4 kV母線上的補償方式。適用于100 kVA以上的專用配電變壓器用戶,可以替代隨機、隨器兩種補償方式,補償效果好。

跟蹤補償的優點是運行方式靈活,運行維護工作量小,比前兩種補償方式壽命相對延長,運行更可靠。但缺點是控制保護裝置復雜,首期投資相對較大。但當這三種補償方式的經濟性接近時,應優先選用跟蹤補償方式。

4 無功補償的效益

現代企業數量眾多、容量大小不等的感性設備接于電網,導致平均功率因數在0.70～0.85之間。消耗的無功約占消耗有功的 60%～90%,如果把功率因數提高到 0.95左右,則無功消耗只占有功消耗的30%左右。由于減少了電網無功的輸入,會給用電企業帶來效益。

1)節省企業電費開支。提高功率因數對企業的直接經濟效益是明顯的,國家大力倡導節能減排,在電價制度中,企業用電的功率因數低于規定的數值,需要多收電費,高于規定數值,可相應地減少電費。可見,提高功率因數對企業有著重要的經濟意義。

2)提高設備的利用率。對于原有設備,在同樣有功下,由于功率因數的提高,負荷電流減少了,使系統不至于過載運行,從而發揮原有設備的潛力。

3)降低系統的能耗。補償前后線路傳送的有功功率不變,P= IUcosφ,由于cosφ提高,補償后的電壓U2稍大于補償前電壓U1,為分析問題方便,可認為U2≈U1,從而導出I1cosφ1=I2cosφ2。即I1/I2=cosφ2/cosφ1,這樣線損P減少的百分數為:

當功率因數從 0.70～0.85提高到 0.95時,可求得有功損耗將降低20%～45%。

5 結語

隨著現代電力電子技術的發展,大功率變流、變頻等電力電子裝置在電力系統中得以廣泛應用,這些裝置大多數功率因數都很低,導致電網中出現大量的無功功率,給電網帶來額外負擔且影響供電質量。因此,無功補償就成為保持電網高質量運行的一種主要手段之一,這也是當今電氣化自動化技術步入到一個新的領域所面臨發展的一個重大課題,因此必將受到越來越多的關注。

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