无功补偿概念及10KV线路无功补偿配置 点击:2099 | 回复:0



飞哥0

    
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发表于:2006-11-08 09:23:00
楼主
一.无功功率
    在配电网中电源(变电站)供给负载的电功率有两种:有功功率和无功功率。这里的有功功率是用电设备将电能转换成其他形式能量以保证设备正常运行所需的电功率,而无功功率也不都是指无用的功率,在电网中作用也很大,电网中正常电磁场的建立要求电源端提供一定的无功功率来满足,不过无功过大则会产生一系列不良影响,过大的无功产生的不良影响主要表现在:降低发电机有功输出、降低输变电设备供电能力、造成线路电压损失和电能消耗的增加、造成设备在低功率因数下运行而容量得不到充分发挥。下面以基本的数学公式论述这些概念:
1.有功功率
有功功率数学公式:P=UI cosj
P:有功功率,单位:瓦(W)、千瓦(KW);
U:线路电压,单位:伏(V)、千伏(KV);
I:线路电流,单位:安(A);
j:电压与电流的相位差,单位:°;cosj是功率因数。
阻性元件j=0(cos0=1),感性元件j=90°(cos90°=0),容性元件j=-90°(cos-90°=0),因而阻性设备其P=UI,而感性和容性设备P=0,说明电网中只有阻性设备消耗有功功率,感性、容性设备不消耗有功功率。
2.无功功率
无功功率数学公式:Q=UI sinj
Q:无功功率,单位:乏(Var)、千乏(Kvar);其他同上。
阻性元件j=0(sin0=0),感性元件j=90°(sin90°=1),容性元件j=-90°(sin-90°= -1),因而阻性设备不存在无功功率,而感性设备Q>0、容性设备Q<0,无功功率就有正负的分别。
3.视在功率
在电网中视在功率数学公式:S=UI
S:视在功率,单位:伏安(VA)、千伏安(KVA)。
在理论上视在功率、有功功率和无功功率可用直角三角形勾股定理推导,视在功率看作直角三角形的斜边,而有功和无功功率是两直角边。
4.功率因数
  在电网中定义有功功率与视在功率的比为功率因数:cosj=P/S=P/UI√3
  在电网中没有纯阻性的设备,因而功率因数都在0-1之间,而大部分用电设备如电动机、变压器等等,在运行时因电磁感应原理为建立感应磁场都需要Q>0的无功功率,此外电网中线路线损、变压器自损(铁损、铜损等)也增加不少无功,无功补偿就是利用电容提供Q<0的无功来提高功率因数,减少电网输送的无功功率,也就是在电能计量表上减少了电能的消耗,达到节能、降损的目的。
二.无功补偿的种类
    对无功补偿的分类从不同角度有不同说法,我们从实际应用将其归为集中补偿、分散补偿、单独就地补偿三类。
1.集中补偿
    在变电站高低压配电所内安置电容器组,直接集中补偿变电范围内的无功功率,这种设备在10KV变电站一般都有装设。
2.分散补偿
    在长距离输变电线路或动力箱母线上,对就近的电动机、变压器等进行无功补偿。
3.单独就地补偿
    将补偿电容安装于用户设备附近对消耗无功较大的设备进行就地单独补偿。
三.10KV线路无功补偿的配置
    无功补偿的配置应在分级补偿、就地平衡的原则下进行合理布局。在配电网路中,用户消耗的无功功率一般在50%~60%,其余的无功消耗在配电网中,集中补偿只能补偿主变压器本身的无功损耗和变电所以上输电线路的无功电力,但是不能降低配电网络的无功损耗,因为用户需要的无功通过变电所以下的配电线路向负荷端输出,所以要有效降低线损必须对10KV配电网线路进行相应的分散补偿,在中、低压配电网应以分散补偿为主,用户对无功消耗较大的设备还可增加就地单独补偿设备。
    对无功补偿后的功率因数,国家水电部、物价局颁布的“功率因数调整电费办法”规定了三种功率因数标准值:①高压供电用电单位,功率因数在0.9以上;②低压供电用电单位,功率因数在0.85以上;③低压供电农业用户,功率因数在0.8以上,可以相应减少电费。补偿后①、②、③三种用户的功率因数以不超过0.95、0.94、0.92为宜,因为超过此值电费不减少反而对初次设备增加是不经济的。由于无功补偿所产生的经济效益不直接,因此供电部门在进行公用配网规划时,只考虑增加电源点和变压器容量,往往忽视无功补偿设备的投入,而公用配变的特点是容量大,负荷较重,居民用电时间相对集中,变压器空载和轻载运行时间较长,造成变压器功率因数较低,损耗较大,因此对中、低压配网进行无功补偿已势在必行。
    在进行馈线无功补偿中,如何合理的选取补偿点是很重要的,通常选点都要进行配电网络的潮流分析,实施的方法有:1)通过测算电压无功灵敏度系数(电压无功灵敏度系数表示为SUQ=〔∂Q/∂U〕-1,该式可以通过潮流雅可比矩阵求逆得到,其中元素SUQ(i,j)为i节点电压对j节点无功的灵敏度),将系数较大的节点作为候选点,从中选定最优补偿点及容量;2)通过推导损耗电压系数,即节点相连线路的无功损耗与该节点电压的相互关系,来分析各个节点无功补偿的重要性,由系数最大的节点开始优化计算其补偿容量,再选系数次之的节点同样进行,依次推导直到优化目标无变化后,得出所有补偿节点和容量;3)通过计算节点的无功二次精确矩指标(无功二次精确矩定义为:

式中:Rdi表示从i节点直接到源节点所有支路电阻之和,Qbi为流入i节点的支路无功功率,Qbs为流入节点s的无功功率,s表示i节点直接相邻点),考核节点无功补偿的降损作用,指标最大的几个节点就选为补偿点;4)双阶段选取法:首先计算各个节点有功对无功的灵敏度,选择数值大的作为候选补偿点,同时由遗传算法确定初始最优补偿点及其容量,然后计算替换后的新状态下各个节点的有功对无功灵敏度,最后在灵敏度最大的末选节点上增加无功补偿,来提高优化目标。以上几种常用方法都是在基本潮流分析的基础上进行的,通常出现的问题就是往往在线路末端或者重负荷区域的多个临近节点指标接近,因而选择出的无功补偿点相对集中、补偿范围出现重叠,造成布点不均匀等现象。
    针对传统方法的不足,结合当前的技术发展方向,应用电力系统最优潮流模型分析馈线节点数据,然后结合实际无功经验布点,可以有效达到无功补偿目标要求。
    理论计算:补偿前的功率因数为COSφ1,需要提高功率因数到COSφ2,已知补偿前有功功率P,则所需电容器的容量Q按下式计算:Q=P(SQR(1/ COSφ1-1)-SQR(1/ COSφ2-1))。
经验估算:当COSφ1约在0.6~0.7时,可按馈路实际负荷的15%左右补偿;或按无功缺口的2/3补偿。一般情况下分二至三个点安装,选择馈路长度距电源三分之二处及剩余长度的中部偏后处附近安装,具体应根据实际负荷分布情况确定。
    以上计算出的容量为额定容量,由于馈路实际电压往往较低,容量会有很大降低,计算补偿容量时也应考虑此因素。假如某线线路三分之二处实际电压约为8.5kV,由Q=ωCU2可知,当额定容量Q=300kVar时,实际补偿容量为Q1=Q(U12/U2)=300(8.52/112)=179kVar,式中U额定电压、U1实际电压。所以设计中还应考虑电压系数Vk,其值约为馈路实际电压(单位:万伏)的平方。例如馈路无功最大值约在700kVar,按2/3原则,补偿电容选为480kVar。分两柱安装,每柱配置三台100kVar电容器,每柱共计300kVar,考虑电压因素后大约为200~260kVar。
    考虑到兼顾降低线损、提高力率与电压的效果,安装位置尽可能选在线路远离电源或负荷较集中的地方,两个安装点一般选在整条线路的2/3和1/4处。实际安装中,考虑负荷分布和安装的方便性,一般都选在上述两点附近或负荷集中点前已有断联的电杆处,用户应提供线路的头、尾及中间关键节点的电压、容量等实际参数做参考。


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