無功補(bǔ)償在低壓電網(wǎng)中的應(yīng)用與研究

付如燕

摘 要：無功功率是不做功的，它實(shí)際上非常有用。實(shí)際上是線圈感應(yīng)磁場(chǎng)儲(chǔ)能和電容電容電場(chǎng)儲(chǔ)能在交流系統(tǒng)中，無功平衡依然存在。因?yàn)榇蠖鄶?shù)用戶是電動(dòng)機(jī)、變壓器和其他感性負(fù)載，我們必須使用電容功率來平衡它。因此，無功補(bǔ)償常用并聯(lián)電容器。 在電力系統(tǒng)中，并聯(lián)電容器主要用于校正功率因數(shù)。在配電網(wǎng)中，電容器安裝在變電站和電線桿上。電力系統(tǒng)在企業(yè)，在平行于單個(gè)電容器或分組的負(fù)載。本文根據(jù)無功補(bǔ)償?shù)脑磉M(jìn)行分析，探討無功補(bǔ)償原理在低壓電網(wǎng)中的應(yīng)用方式以及在應(yīng)用過程中所需要注意的問題，積極探討無功補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：無功補(bǔ)償;低壓電網(wǎng);應(yīng)用

一、無功補(bǔ)償原理

電網(wǎng)中的電動(dòng)機(jī)、變壓器等電力負(fù)荷大多屬于感性負(fù)荷，在運(yùn)行過程中需要向這些裝置提供相應(yīng)的無功功率。在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器等無功補(bǔ)償裝置后，可以提供感性負(fù)載所消耗的無功功率，降低電源向感性負(fù)載供電和由線路輸送的無功功率，由于減少了電網(wǎng)中的無功功率流，可以減少線路和變壓器由于功率損耗引起的無功功率傳輸，即無功補(bǔ)償。

當(dāng)電網(wǎng)電壓波形為正弦波，且電壓與電流同相時(shí)，由白熾燈，電加熱器等電阻性電氣設(shè)備從電網(wǎng)中得到的功率P等于電壓U與電流I的乘積，即：P=U×I。電感器件如電機(jī)和電力變壓器，因?yàn)榇艌?chǎng)是在運(yùn)行時(shí)建立，當(dāng)能量的消耗不能被轉(zhuǎn)換成活性，它被稱為無功功率Q，此時(shí)，電流滯后于電壓一個(gè)角φ。變配電設(shè)備的選擇以視在功率s為基礎(chǔ)，即有功和無功的矢量和：

有功功率與視在功率的比值為功率因數(shù)：

cos（f）=P/S

無功功率的傳輸加重了電網(wǎng)負(fù)荷，使電網(wǎng)損耗增加，系統(tǒng)電壓下降。故需對(duì)其進(jìn)行就近和就地補(bǔ)償。并聯(lián)電容器可補(bǔ)償或平衡電氣設(shè)備的感性無功功率。當(dāng)容性無功功率QC等于感性無功功率QL時(shí)，電網(wǎng)只傳輸有功功率P。根據(jù)國(guó)家有關(guān)規(guī)定，高壓用戶的功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到0.9以上，低壓用戶的功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到0.85以上。

如果選擇電容器功率為Qc，則功率因數(shù)為：

cos（φ）= P/ （P^2 + （Q*L-Q*c）^2）^1/2

在實(shí)際工程中首先應(yīng)根據(jù)負(fù)荷情況和供電部門的要求確定補(bǔ)償后所需達(dá)到的功率因數(shù)值，然后再計(jì)算電容器的安裝容量：

Qc = P（tanf1 - tanf2）=P〔（1/cos2f1-1）1/2-（1/cos2f2-1）1/2〕

式中：

Qc一電容器的安裝容量，kvar

P一系統(tǒng)的有功功率，kW

tanφ1--補(bǔ)償前的功率因數(shù)角， cosf1--補(bǔ)償前的功率因數(shù)

tanφ2--補(bǔ)償后的功率因數(shù)角， cosf2--補(bǔ)償后的功率因數(shù)

在大型系統(tǒng)中，它也被用來調(diào)整補(bǔ)償無功功率電網(wǎng)電壓，提高了電網(wǎng)的穩(wěn)定性。在小系統(tǒng)中，三相不平衡電流可以通過適當(dāng)?shù)臒o功補(bǔ)償方法進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)Wangs定理，有源電流可以通過相間的電感或電容在相間傳遞。因此，對(duì)于三相電流不平衡的系統(tǒng)，不僅可以通過將每個(gè)相位的功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)浇?來平衡每個(gè)相位的有功電流，而且可以通過適當(dāng)?shù)貙⒉煌萘康碾娙萜鬟B接到相位和零線之間。

二、實(shí)現(xiàn)方式

具有電容和電感式電力負(fù)載設(shè)備和耦合在同一電路上的功率負(fù)載，兩者之間的能量交換相互加載。這樣，感性負(fù)載所需的無功功率可以通過電容負(fù)載輸出的無功功率來補(bǔ)償。

三、應(yīng)用意義

（1）無功補(bǔ)償可以提高電網(wǎng)有功功率的比例常數(shù)。

（2）減少發(fā)、供電設(shè)備的設(shè)計(jì)容量，減少投資，例如當(dāng)功率因數(shù)cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95時(shí)，裝1Kvar電容器可節(jié)省設(shè)備容量0.52KW;反之，增加0.52KW對(duì)原有設(shè)備而言，相當(dāng)于增大了發(fā)、供電設(shè)備容量。因此，對(duì)于新建和改建項(xiàng)目，應(yīng)充分考慮無功補(bǔ)償，這樣可以降低設(shè)計(jì)容量，從而減少投資。

（3）降低線損，由公式ΔΡ=（1-cosφ/cosΦ）×100%得出其中cosφ為補(bǔ)償前的功率因數(shù)，cosΦ為補(bǔ)償后的功率因數(shù)則：

cosΦ>cosφ，所以提高功率因數(shù)后，線損率也下降了，減少設(shè)計(jì)容量、減少投資，增加電網(wǎng)中有功功率的輸送比例，以及降低線損都直接決定和影響著供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，功率因數(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)估，規(guī)劃，實(shí)施無功補(bǔ)償勢(shì)在必行的重要指標(biāo)。

四、應(yīng)用方式

① 集中補(bǔ)償：在高低壓配電線路上安裝并聯(lián)電容器組;

群補(bǔ)償： 并聯(lián)補(bǔ)償電容器安裝在配電變壓器的低壓側(cè)和用戶車間的配電屏上;

單電機(jī)就地補(bǔ)償：在單電機(jī)安裝并聯(lián)電容器;

無功補(bǔ)償裝置的安裝，不僅耗電量小，功率因數(shù)，可以將電力輸送設(shè)備的全部潛力。

在確定無功補(bǔ)償容量時(shí)，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：

當(dāng)負(fù)荷較輕時(shí)，避免過度補(bǔ)償和增加反向無功動(dòng)力傳輸造成的功率損耗是不經(jīng)濟(jì)的。

② 功率因數(shù)越高，每千伏補(bǔ)償容量減少損耗的作用將變小，通常情況下，將功率因數(shù)提高到0.95就是合理補(bǔ)償。

從三種補(bǔ)償方式來看，無功補(bǔ)償克服了集中補(bǔ)償和群體補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)，是一種比較完善的補(bǔ)償方式：

（1）由于直接并聯(lián)電容器和電動(dòng)馬達(dá)，不能倒流的無功功率，功率因數(shù)，以確保用戶始終落后，無論是對(duì)用戶，也有利于電網(wǎng)。

（2） 有利于降低電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，減少接觸器的火花，提高控制電器的可靠性，延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)和控制設(shè)備的使用壽命。

五、反思

控制電容器投切的裝置主要有接觸器、負(fù)荷開關(guān)、同步開關(guān)和晶閘管。用于開關(guān)電容器的專用接觸器有一組輔助觸點(diǎn)串聯(lián)電阻，它們與主觸點(diǎn)并聯(lián)連接。在此過程中進(jìn)入第一輔助接點(diǎn)閉合時(shí)，串聯(lián)的接觸電阻與所述輔助電容器的預(yù)充電，然后在主觸點(diǎn)再閉合，從而限制了浪涌電流時(shí)的輸入電容器。復(fù)合開關(guān)使用晶閘管與繼電器觸點(diǎn)并聯(lián)。采用晶閘管切斷電壓過零輸入和電流過零，采用繼電器接點(diǎn)傳遞連續(xù)電流，避免了投用電容器時(shí)晶閘管的導(dǎo)通損耗和浪涌電流。但復(fù)合開關(guān)同時(shí)使用晶閘管和繼電器，結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，成本也更高，晶閘管對(duì)過電流、過電壓和DV/DT的靈敏度也相對(duì)容易損壞。

在實(shí)際應(yīng)用中，復(fù)合開關(guān)的故障大多是由晶閘管同步開關(guān)的損壞引起的，這是近年來的最新發(fā)展技術(shù)，顧名思義，就是在需要的時(shí)間準(zhǔn)確地使機(jī)械開關(guān)的接觸閉合或斷開。開關(guān)電容的同步控制是在關(guān)閉時(shí)跨過接觸的電壓到零，以實(shí)現(xiàn)無涌流到電容器，電流為零時(shí)斷開的時(shí)間，由此實(shí)現(xiàn)的無電弧斷開關(guān)觸點(diǎn)。由于同步開關(guān)省去了晶閘管，不僅降低了成本，而且提高了可靠性。同步開關(guān)是傳統(tǒng)機(jī)械開關(guān)與現(xiàn)代電子技術(shù)的完美結(jié)合，使機(jī)械開關(guān)具有獨(dú)特的技術(shù)性能、高可靠性和低損耗。晶閘管是動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的唯一可選裝置。晶閘管工作速度快，能在一個(gè)交流循環(huán)中完成電容器的輸入和去除，對(duì)開關(guān)次數(shù)沒有限制。但晶閘管的導(dǎo)通損耗，價(jià)格高，可靠性差，除了動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，在所有否則沒有優(yōu)勢(shì)。

六、結(jié)語(yǔ)

低壓無功補(bǔ)償裝置采用大功率晶閘管開關(guān)。該控制器可以根據(jù)系統(tǒng)電壓、無功功率和兩相判據(jù)來控制晶閘管開關(guān)，實(shí)現(xiàn)多級(jí)電容器組的快速投切。晶閘管開關(guān)采用過零觸發(fā)方式，可實(shí)現(xiàn)無勵(lì)磁涌流和電容器沖擊輸入，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，補(bǔ)償無功功率，提高功率因數(shù)，提高變壓器的承載能力?？蓮V泛應(yīng)用于電力，冶金，石油，港口，化工，建材等工礦企業(yè)和住宅配電系統(tǒng)。在應(yīng)用過程中，需要不斷的更新和完善，相互結(jié)合，以確保收益。

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