电感和电容在无功功率中的作用

-.-..-可修编.-可修编-.电力系统电压与无功补偿现代生产和现代生活离不开电力。电力部门不仅要满足用户对电力数量不断增长的需量的一个重要方面，同时，电压质量的凹凸对电网稳定、经济运行也起着至关重要的作用。信息请登陆:输配电设备网电压与无功补偿电压顾名思义就是电(力)的压力。在电压的作用下电能从电源端传输到用户端，驱动用电设备工作。“有功功率”。另一局部能量是用来建立磁“无功功率”，无功是相对于有功而言，不能说无功是无用之功，没有这局部功率，就不能建立感应磁场，电动机、变压器等设功功率。信息来自:.tede.电容正好吸取能量。能量就在它们中间相互交换。即电感性负荷所需的无功功率，可以由电容器的无功输出得到补偿，因此我们把具有电容性的装置称为“无功补偿装置”。电力系统常用的无功补偿装置主要是电力电容器和同步调相机。信息来源:.tede.假设电力负荷的视在功率为S，有功功率为P，无功功率为Q，有功功率、无功功率和视在功率的比值，我们称为功率因数，用cosf表示，cosf=P/S。它说明白电力负荷的性质。P=UIcosfQ=UIsinfS=(P2+Q2)1/2=UI信息来自:输配电设备网有功功率的常用单位为千瓦(kW)，无功功率为千乏(kvar)，视在功率的单位为千伏安(kVA)。无功功率按电路的性质有正有负，Q为正值时表示吸取无功功率，Q为负值时表示发出无功功率，在感性电路中，电流滞后于电压，f>0，Q为正值。而在容性电路中，电流超前于电压，f<0，Q为负值。〔f表示电流与电压的方向，是滞后还是超前〕信息来源:tede.这就是人们通常称电动机等设备“吸取”无功而电容器发出“无功”的道理。电压水平与无功功率补偿一条输电线路为例来分析这个问题。一段输电线路的单相等值电路，其中R、X分别为一相的电阻和等值电抗，U1、U2为首未端相电压，I为线路中流过的相电流。信息来自:输配电设备网U2为参考轴，设线路电流I为正常的阻感性负荷电流，它滞后于U2一个角度f，电流流过线路电阻产生一个电压降IR，它与电流向量同方向，同时，线路电流也在线路上产生一个电压降IX，它超前于电流向量90度,U1就是U2、IR、IX三个电压的和。DU为电压DU1和DU2之和，U1=IRcosf，DU2=IXsinf，所以线路的电压损耗为DU=DU1+DU2=I(Rcosf+Xsinf)，假设电流I用线路末端的单相功率S和电压U2来表示，即P=U2Icosf,Q=U2Isinf则可得：信息来自:输配电设备网DU=(PR+QX)/U2压降。一般说来，在超高压电网的线路、变压器的等值电路中，电抗的数值比电阻大得多。所以无功功率对电压损耗的影响很大，而有功功率对电压损耗的影响则要小得多。因此，可以得出结论，在电力系统中，无功功率是造成电压损耗的主要因素。信息来自:输配电设备网从前面的分析我们知道，当线路、变压器传输功率时，会产生电压损耗，因而影响了电节点的电压状况。由电压损耗表达式DU=(PR+QX)/U可知，要转变电压损耗有两种方法。(1)转变元件的电阻;(2)转变元件的电抗，都能起到转变电压损耗的作用。可实行的一种方法是增大导线截面减小电阻以减小电压损耗，这种方法在负荷功率因数较高、原有导线截面偏小的配电线路中比较有效。适宜负荷不断增加的农村地区承受。而电网中用的最多的方法是削减线路中的电抗分裂导线就可以明显降低线路的电抗。在我国，220kV线路一般承受二分裂、500kV线路承受四分裂导线。承受分裂导线，降低线路电抗，不仅仅削减了电压损耗，而且有利于电力系统的稳定性，能提高线路的输电力量。现在已逐步承受的紧凑型构造输电线路，还可以进一步降低输电线路的电抗，不仅提高了电网的稳定性，同时，也降低了线路的电压损耗。减小线路电抗的另一种方法是承受串联电容补偿，就是在线路中串联肯定数值的电容器，大家知道，同一电流流过串联的电感、电容时，电感电压与电容电压在相位上正好差180度. 承受串联电容补偿其主要目的也是增加线路的输电力量，提高电网的稳定性，同时，也降低了线路电压损耗。串联电容器补偿，现在主要应用于超高压、大容量的输电线路上，到的500kV输电线路全长300多km，在加装了串联电容补偿后电网线损降低，电压质量改善，电网运行的稳定性30%以上。信息请登陆:输配电设备网为了更直观的说明转变电抗对降低电路电压损耗的作用，我们举一个简洁的例子：有一110kV线路，输送有功功率15MW，无功功率20Mvar，线路电阻R为2W，线路电抗XL为6W(这里只是假设的数值，因线路的电抗和线路的长度、截面、材料，构造等诸多因素有关，计算比较简单)信息来自:.tede.求：在电抗XL=6W和经补偿后电抗XL=2W时的压降。解：XL=6WDU=(PR+QXL)/U=(15×106×2+20×106×6)/(110×103×31/2)=788(V)XL=2W时电压损耗：DU=(PR+QXL)/U=(15×106×2+20×106×2)/(110×103×31/2)=368(V)信息来自:.tede.削减电压损耗=788V-368V=420V。信息来自:输配电设备网降低电抗后对提高电压的作用显而易见。信息来源:tede.除了用转变电力网参数来削减电压损耗以外网元件中传输的功率。即转变表达式中的P和Q的大小，在满足负荷有功功率的前提下，要转变供电线路、变压器传输的有功功率，是比较困难的，常常是不行能的。因此，转变线-.-..-可修编.-可修编-.路、变压器传输功率都是转变其无功功率，使表达式中的Q削减。由此我们引出无功功率的几个格外重要的关键的概念。无功功率补偿概念信息来自:.tede.配置各种无功功率补偿装置。例如：目前地区有功负荷的2/3电力要从、蒙、等地远距离用超高压500kV线路送来，施(一般为1kW1kvar的无功电力补偿设施)。无功功率就地补偿的概念信息来自:输配电设备网无功补偿装置的分布，首先要考虑调压的要求，满足电网电压质量指标。同时，也要避开是经济上的需要，也是无功电力特征所必需的，假设不这样做，就达不到最正确补偿的目的，解决不了无功电力就地平衡的问题。无功功率平衡的概念信息请登陆:输配电设备网如同有功功率平衡一样，电力系统的无功功率在每一刻也必需保持平衡。在电力系统中，频率与有功功率是一对统一体，当有功负荷与有功电源出力相平衡时，频率就正常，到达额定值50Hz，而当有功负荷大于有功出力时，频率就下降，反之，频率就会上升。电压与无功功率也和频率与有功功率一样，是一对对立的统一体。当无功负荷与无功出力相平衡时，电压就正常，到达额定值，而当无功负荷大于无功出力时，电压就下降，反之，电压就会上升。多，大体上有以下几点：信息来源:tede.①是这样的。于平衡状态时，那么状况就更简单了，当无功出力大于无功负荷时，电压普遍会高一些，但也会有个别地方可能低一些，反之，也是如此。②系统需要的无功功率远远大于发电机所能供给的无功出力这些无功损耗与整个电网中的无功负荷的大小是差不多的，我们以一台50MVA的110kV变压器为例来了解变压器在运行中的无功损耗状况。信息来源:.tede.变压器的参数为：Ue=110kV，Se=50MVA，Uk%=17%，变压器在传送电能时的无功损耗的计算式为：信息来自:输配电设备网Q=SeUk%(I/Ie)2式中I--变压器的负荷电流;Ie--变压器的额定电流，与变压器的无功损耗与变压器的负载率、变压器的额定容量及短路阻抗有关。假设这台变压器满负荷运行，那么它的无功损耗就是：Q=50MVA×17%=8.5Mvar器满负荷时的无功损耗。③不行能，这是由于超高压等级的变压器、线路电抗较大，其无功损耗Q=I2X相应也很大，失也相当大，同样会造成无法传送的结果。合理的就地无功补偿对调整系统电压、降低线损有格外重要的作用。信息来自:输配电设备网设有一条110kV线路选用LG-300型导线(导线电阻0.095W/km)线路全长20km，输送有功功率30MW，无功功率40Mvar，下面分别计算在功率因数cosf=0.6和0.9时线路的功率损耗和应补偿的无功功率。此题只计算导线电阻的功率损耗，不考虑其它因素。在cosf=0.6时，此时有功P=30MW，无功Q=40Mvar，视在功率S=50MVA，电流I=S/U=50MVA/(110kV×31/2)=263A，功率损耗P=I2·R=2632×0.095×20×3=394kW。在cosf=0.9时，此时有功功率P=30MW，视在功率S=33.333MVA，无功功率Q=14.528Mvar，I=S/U=33.333MVA/(110kV×31/2)=175A，功率损耗P=I2·R=1752×0.095×20×3=175kW40-14.528=25.472Mvar。信息来自:输配电设备网补偿前后有功损耗相差219kW。由计算结果可知补偿无功功率25.472Mvar后每小时可219kWh。信息来自:输配电设备网电网电压、提高供电质量、抑制谐波干扰、保证电网安全运行都有着格外重要的作用。信息来自:.tede.无功补偿装置的合理使用可以给供电企业带来巨大的经济效益大企业来说，线损每降低0.1个百分点，就可以增加上千万元收入。信息请登陆:输配电设备网无功功率的需求和补偿线路和变压器中的无功功率损耗。补偿元件的不合理运行使某段时间无功功率过剩，也会造成整个电网的运行电压过高。我国电网曾在20世纪70年月由于缺乏无功功率补偿设备而长期处于低电压运行状态。电压问题更加严峻。在这种状况下，首要的问题应当是增加无功功率补偿设备。先例。.各种无功补偿设备及补偿方式下面我们介绍各种无功功率补偿设备及补偿方式。信息来源:tede.同步调相机同步调相机实质上是一种不带机械负载的同步电动机因此，很多国家不再增同步调相机作为无功补偿设备。但是同步调相机也有自身的优点：信息来源:.tede.①器只能分成假设干个小组，进展阶梯式的调压。②调相机可以依据系统无功的需要100%的无功功率，欠励磁时还可以吸取其额定的50%的无功功率。电容器只能发出无功，不能吸取无功。信息来源:.tede.③10%，变为0.9Ue时，电容器输出的无功功率变为0.81Q，即其输出的无功功率将下降19%，所以，电容器此时不能起到稳定系统电压的作用。并联电容器作为无功补偿设备，电容器有以下显著优点：①电容器是最经济的设备。它的一次性投资和运行费用都比较低，且安装调试简洁。②电容器的损耗低，效率高。现代电容器的损耗只有本身容量的0.02%左右。调相机除了本身的损耗外，其附属设备还需用肯定的所用电，损耗2%～30%，大大高于电容器。③信息来自:输配电设备网④用户。而调相机则只能固定安装在中心变电站，应用有较大的局限。并联电容器是电网中用得最多的一种无功功率补偿设备，目前国外电力系统中90%的无功补偿设备是并联电容器。并联电抗器信息来自:.tede.行电压过高。障引起的过电压从而危及系统的绝缘。并联电抗器可以直接接到超高压(275kV及以上)线路上，其优点是：可以限制高压线路的弧，从而提高单相重合闸的成功率。高压电抗器本身损耗小，但造价较高。并联电抗器也可便利。从进展趋势看，更多的将承受高压电抗器。只承受心式构造。饱和，维持线性。信息来源:tede.静止补偿器(SVC-StaticVarpensator)信息来源:.tede.般只有20ms500kV枢纽变电站都承受了这种装置。信息来自:.tede.15%~20%，谐波的干扰使众多用户的电视不能收看，电器设备不能正常使用，群众反响强烈。产品的产量和质量，获得了良好的经济效益。信息来源:.tede.静止补偿器的最大特点是调整快速。为了充分发挥它在需要无功功率时的快速调整能用这种设备。信息来自:输配电设备网.各种调压方法的比较和应用电力系统电压的调整可以通过对中枢点电压的调整来实现。压高于低谷负荷时的电压调整方式，称为“逆调压“。中枢点承受逆调压方式的，在顶峰负荷时一般保持电压比线路额定电压高5%，在低谷负荷时电压下降至线路额定电压。信息来自:输配电设备网对供电线路不长，负荷变化不大的中枢点，可以承受“顺调压“，顺调压就是在顶峰负荷额定电压的102.5%，低谷负荷时中枢点电压不高于线路额定电压的107.5%。信息请登陆:输配电设备网介于“逆调压“与“顺调压“之间的是“恒调压“，恒调压是指在任何负荷时，保持中枢点电压102%～105%的额定电压。信息来自:.tede.有差异。因此，电压调整要依据系统具体状况，选用适宜的方法，才能到达目的。电压质量。合理使用发电机调压常常可以在很大程度上减轻其它调压措施的负担。器电压的方法。通常，大量承受并联电容器作为无功补偿设备，其突出的优点是投资低，安偿器是一种性能良好，维护便利的型补偿装置，在价格相当的条件下，应优先选用。信息来自:.tede.对于500kV、330kV及局部220kV线路，以及大量使用电缆作为出线的电网，要装设足够的并联电抗器，以防止线路轻载时充电功率过剩引起电网电压过高。法仅仅用发电机调压或无功补偿的方法来满足两种运行方式下用户电压的要求了变压器或多级变压器，承受有载调压是保证用户电压质量最有效的方法.5.并联电容器组的接线方式信息请登陆:输配电设备网10kV380V配电系统中有少量使用。减小到肯定围，并使故障影响减轻。星形接线的电容器组构造比较简洁、清楚，建设费用经济，当应用到更高电压等级时，这种接线更为有利。信息来自:.tede.熔丝可以将故障电容器快速切除，不致造成电容器爆炸。信息来源:.tede.由于上述优点，各电压等级的高压电容器组现已普遍承受星形接线。高压电力系统的电容器组除广泛承受星形接线外，双星形接线也在国外得到广泛应用。网母线，两组电容器的中性点之间经过一台低变比的电流互感器连接起来。地故障的影响。压等级较高，每相串联段数较多，为简化构造布局，宜承受单星形接线。电容器一次侧接有串联电抗器和并联放电线圈器上的电荷快速、牢靠地释放掉。由于电容器组需要常常进展投入、切除操作，其间隔可能很短，电容器组断开电源后，其电极间储存有大量电荷，不能自行很快消逝，在短时间，其电容器和系统的安全运行。因此，必需安装放电线圈，将它和电容器并联振电路，使电能在谐振中消耗掉。放电线圈应能在电容器断开电源5s将电容器端电压下降到50V。对串联电抗器的作用，我们做一下重点介绍：信息来自:输配电设备网电容器配套设置的串联电抗器是为了限制合闸涌流和限制谐波两个目的制合闸涌流的作用格外浅显，不言而喻。但是限制谐波的原理我们需要解释一下：50Hz频率，357……益受到有关部门的重视。量，因此必需加以治理。器回路中串联肯定数值的电抗器，即造成一个对n次谐波的滤波回路。在实际运行中，3次、5次、7次谐波重量往往偏高，是电容器滤波回路的主要目标。所谓3次、5次、7次……谐波，指的是谐波的频率相当于工频的3倍、5倍或7倍。当串联电抗器的n次谐波感抗与电容器的n次谐波容抗相等时，即nwL=1/(nwC)时构成串联谐振条件，则母线的n次谐波电压将被抑制得干干净净。对于3次谐波：3XL=(1/3)XC，则XL=(1/9)XC=0.11XC5次谐波：5XL=(1/5)XC，则XL=(1/25)XC=0.04XC。12%电抗构成3次谐波滤波器，12%电抗率的含义是指串联电抗器的感抗值为该回路电容器容抗值的12%,而用串联6%电抗构成5次谐波滤波器。不正好承受11%和4%，而是稍大一点，目的是使电容器回路阻抗呈感性，避开完全谐振时电容器过电流。信息来自:.tede.当变电站母线上具有两组以上电容器组流，可使流入系统的谐波电流减小。信息来自:输配电设备网“补偿”将产生的谐波电流流入系统，这时将使系统谐波电流扩大，并使母线电压波形发生畸变。也就是说，仅当电容器回路对谐波呈电感性时，才不会发生对系统的谐波放大。信息请登陆:输配电设备网当变电站母线上既有串大电抗的电容器组又有串小电抗的电容器组时1：谐波12%电抗器6%电抗器电容器信息来源:tede.基波12%6%100%信息来自:.tede.三次谐波36%18%33.3%五次谐波60%30%20%信息来自:输配电设备网由表1可见，串12%电抗的电容器回路对3次和5次谐波均呈电感性。而串6%电抗器的电容器回路对5次谐波呈电感性，而对3次谐波却呈电容性。也就是说，串6%电抗的电容器组会在抑制5次谐波的同时，放大3次谐波，假设此时系统恰有较大的3组合，还会引发谐振。造成严峻后果。2组以上电容器组时，电容器组的投停挨次应按所串电抗器百分电抗大小匹配进展。即：电抗值大的先投，回避对可能存在的3次谐波的放大效应，使3次、5次谐波均受到抑制后，再投入串小电抗电容器组，停用时相反。在并联电容器组操作规定和并联电容器组保护及VQC装置的整定时，均应遵守这一原则。.并联电容器的保护方式保护熔丝现代电容器组的每台电容器上都装有单独的熔丝保护，这种熔丝构造简洁，安装便利，志便可简洁地查出故障的电容器，以便更换。过电流保护信息请登陆:输配电设备网谐波引起的过电流。为避开合闸涌流引起保护的误动作，过电流保护应有肯定的时限，一般将时限整定到0.5s不平衡电压保护信息请登陆:输配电设备网从这个根本点动身来确定的。信息来自:输配电设备网-.-..-可修编.-可修编-.流不平衡来启动继电器。这些保护方式各有优缺点，我们可以依据需要选择。单星形接线的电容器组目前国广泛承受开口三角电压保护。形，在开口处连接一只低整定值的电压继电器，在正常运行时，三相电压平衡，开口处电压为零，当电容器因故障被切除后，即消灭差电压U0，保护采集到差电压后即动作掉闸。不平衡电流保护过电流继电器，以到达保护电容器组的目的。常见的不平衡电流保护的方式有以下两种：双星形中性点间不平衡电流保护保护所用的低变比TA串接于双星型接线的两组电流器的中性线上，在正常状况下，三障，故障相的电压下降，中性点消灭电压，中性线有不平衡电流I0流过，保护采集到不平衡电流后即动作掉闸。这种保护方式比较简洁，系统电压不平衡，一相接地故障、高次谐波电流及合闸涌流，都不会引起保护误动，所以在国外得到广泛应用。桥式差动电流保护常运行时，桥路中电流为零，任意一台电容器因故障被切除后，桥接电路中将有电流流过，保护采集到该电流后即动作掉闸。过电压保护和低电压保护信息来自:输配电设备网电容器在过高的电压下运行时，其部游离增大，可能发生局部放电，使介质损耗增大，安装过电压保护就是为了这个目的。过电压保护的整定值一般取电容器额定电压的1.1~1.2倍。低电压保护主要是防止空载变压器与电容器同时合闸时工频过电压和振荡过电压对电及设备绝缘。因此安装低电压保护，当母线电压降到额定值的60%左右时即动作将电容器切除。-.-..-可修编.-可修编-.并联电容器的运行投运前的检查验收装电容器在投入运行前应做如下检查