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工业用电自动化公司无功补偿产品介绍 基本知识 系统补偿原则 TBB系列高压成套电容器装置 DWZB电压无功自动补偿装置 WGK系列低压无功动态补偿装置 无功补偿 目录 有功功率交流电力系统需要电源供给两部分能量 一部分用于作功而被消耗掉 这部分能量将转换成机械能 光能 热能和化学能 这部分能量我们称之为有功功率 无功功率另一部分能量是用来建立磁场 用于交换能量使用 对于外部电路它并没有作功 而是有电能转换为磁能 再有磁能转换为电能 周而复始 并没有消耗 这部分能量我们称之为无功功率 什么是无功功率 无功补偿 基础知识 无功功率的定义国际电工委员会给出的无功功率的定义为 电压与无功电流的成积 QC U IC其物理意义为 电路中电感元件与电容元件活动所需的功率交换称为无功功率 无功功率是否为无用功率无功是相对于有功而言的 不能说无功是无用之功 没有这部分功率 就不能建立感应磁场 电动机 变压器等设备就不能运转 在电力系统中 除了负荷无功功率外 变压器和线路上的电抗器也需要大量的无功功率 无功补偿 基础知识 电磁元件建立磁场占用的电能 电容器建立电场所占的电能 电流在电感元件中作功时 电流超前于电压90 而电流在电容元件中作功时 电流滞后电压90 在同一电路中 电感电流与电容电流方向相反 互差180 如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件 使两者的电流相互抵消 使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小 从而提高电能作功的能力 这就是无功补偿的原理 无功补偿 原理 无功补偿 原理 无功补偿装置 电容和电感并联接在同一电路时 当电感吸收能量时 正好电容释放能量 电感放出能量时 电容正好吸收能量 能量就在它们中间互相交换 即电感性负载所需的无功功率 可以有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 无功补偿 基础知识 无功补偿 基础知识 无功补偿 基础知识 1 功率因数有功功率与视在功率的比值 叫网络的功率因数 COS P S2 补偿容量的计算Qc P 在不知具体参数时 对一一般用电单位 电容器安装容量可按变压器容量的10 30 确定 1 改善设备的利用率因为功率因数还可以表示成如下形式 COS 其中U 线电压 kVI 线电流 A可见 在一定的电压和电流下 提高COS 其输出的有功功率越大 因此 改善功率因数是充分发挥设备潜力 提高设备利用率的有效办法 无功补偿 目的 2 提高功率因数可以减少电压损失电力网电压损失的公式可以求出 U UR j UX 从以上公式可以看出 影响 U的因素有四个 线路的有功功率P 无功功率Q 电阻R和电抗X 如果采用容抗为XC的电容来补偿 则电压损失为 U 故采用补偿电容提高功率因数后 电压损失 U减少 改善了电压质量 3 提高功率因数可以减少线路损失 据有关资料 目前全国有近20GA的高耗能变压器在运行 一些城网高耗能配变变压器占配变变压器总数的50 许多城网无功功率不足 调节手段落后 造成电压偏低 损耗增大 1995年全国线损率高达7 8 通过多方面的努力 1997年全国线损率才达到8 2 与一些发达国家相比 我国线损率约高出2 3个百分点 据统计 电力网中65 以上的电能损耗在10kV以下的配电网中损耗的 因此配电网中的减少线路损失非常重要 无功补偿 目的 当线路通过电流I时 其有功损耗为 P 3I2R 10 3 kW 或 P 3 10 3 kW 有以上公式可见 线路有功损失 P与cos2 成反比 cos 越高 P越小 视在功率与有功功率成下述关系 4 提高电力网能力的传输 P Scos 可见 在传送一定功率P的条件下 cos 越高 所需视在功率越小 无功补偿 目的 无功电源 发电机 调相机 电容器Qmax QF QS QB QC QT无功补偿作用 降低线损 稳定电压 提高供电质量 无功补偿 补偿原则 无功补偿原则全面规划 合理布局 分级补偿 就地平衡 无功补偿方法集中补偿与分散补偿相结合高压补偿与低压补偿相结合调压与降损相结合 无功补偿 补偿原则 安装运行地点海拔高度不超过1000米 对于安装运行地点的海拔高度超过1000米时装置 在订货时应特别加以说明 装置分为户内型和户外型 周围环境空气温度类25 40 40 40 两种 装置的安装地平应与垂直面倾斜度不超过5度 安装运行地点应无剧烈的机械振动 无有害气体和蒸汽 无导电性或爆炸性尘埃 无功补偿成套装置 环境条件 整组电容器偏差为0 10 串联段间偏差小于2 相间偏差小于2 装置允许在1 10Un工频稳态过电压下长期运行 在此运行状态下 包括所有谐波分量在内的电压峰值应不1 2 2Un 装置允许在由于过电压和高次谐波造成的有效值1 30In的稳定过电流下运行 对于电容具有最大正偏差的电容器 这个过电流允许达到1 43In 装置采用电容器专用过电压保护器和串联电抗器 有效的限制操作过电压 高次谐波和涌流 无功补偿成套装置 技术性能 无功补偿成套装置 技术性能 装置采用专用熔断器和数字电压继电器的合理配合进行单台电容器 电容器组内部故障保护 并设过电压 过电流 失压等作为装置外部保护 一般内部熔丝和外部熔断器保护为电容器内部故障的第一道保护 继电保护为第二道保护 继电保护有 开口三角电压保护 中性点不平衡电流保护 桥差电流保护 差电压保护等 装置选用高压熔断器来保护电容器组 并配置保护电容器的过电压保护器 用以限制投切电容器组时产生的操作过电压 高压并联电容器成套装置主要用于6kV 10kV 35kV等工频输配电系统中 用于提高功率因数 调整电网电压 降低线路损耗 充分发挥设备效率 改善供电质量 无功补偿成套装置 用途 举例说明 TBBZ10 1500 100 AK 无功补偿成套装置 型号说明 并联电力电容器高压并联电容器应用于1kV以上的工频电力系统中 用来提高系统的功率因数 改善电压质量 降低线路损耗 充分发挥发电 供电设备的效率 产品以铝箔为极板 烷基苯浸膜纸 WF 二芳基乙烷浸膜纸 FF 复合二芳基乙烷浸全 FM 苄基甲苯全膜为介质 采用卷绕式元件经串 并联后压制成 电容器箱体内充满浸渍济 根据使用要求 产品可在户内 户外 高原 湿热及污秽等场所 40 55 内不同温度范围的环境下使用 并联电力电容器 无功补偿元器件 并联电容器 串联电抗器电抗器作为一种电感元件在电力系统中广泛使用 串联电抗器与电容器组并联运行 主要作用为 1 降低系统操作过电压2 抑制电网高次谐波 提高供电质量3 抑制电容器组投切过程中产生的合闸涌流 保护电容器组 用于串联电容器回路中的电抗器又可分为干式铁心电抗器和空心电抗器 铁心电抗器由于体积小 重量轻 易于安装 一般对于容量较小的电容器组推荐采用铁心电抗器 干式铁心串联电抗器 无功补偿元器件 铁心串联电抗器 配置方式用于抑制5次及以上谐波时 电抗器可按X1 XC 4 5 6 配置 用于抑制3次及以上谐波时 电抗器可按X1 XC 12 13 配置 仅用于限制涌流时 电抗器可按X1 XC 0 5 1 配置 干式空心串联电抗器 无功补偿元器件 空芯串联电抗器 三相过电压保护器并联补偿电容器专用的三相过电压保护器采用氧化锌非线性电阻和放电间隙相串联 使两者互为保护 采用四星形接法 使相间过电压大大降低 与常规避雷器相比 相间过电压降低60 70 保护的可靠性大为提高 三相过电压保护器 无功补偿元器件 过电压保护器 熔断器BRW N 型并联电容器单台保护用熔断器是针对电力系统中高压并联电容器单台过流保护用 用来切断故障电容器 以保证无故障电容器的正常运行 BRW N 熔断器 无功补偿元器件 熔断器 放电线圈放电线圈用于交流50HZ 10kV电力系统中 与高压并联电容器组并联连接 使电容器从电力系统切除后的剩余电荷能快速泄放 电容器的剩余电压在规定时间内达到要求值 放电线圈有两个二次线圈 一个作继电保护用 另一个作监视用 两个电压都为100V 或一个为100 3V另一个为100 3V 放电线圈 无功补偿元器件 放电线圈 真空接触器真空交流接触器适用于交流50HZ 10kV 工作电流至600A电力系统中供远距离关合和开断线路之用 具有分断能力强 寿命短 电弧不外露 安全可靠 噪音低 可在频繁开断的电容器组装置内使用等 真空接触器 无功补偿元器件 真空接触器 PDWK3 110系列控制柜高压电容无功补偿控制柜适用于6kV以上补偿电容的自动投切控制 可控制一至两段母线上的一至八组电容 根据无功功率大小和功率因数范围 自动控制电容器投切进行补偿 有效减少无功损耗 提高电网的功率因素 对需要电压优先控制的情况 还可利用电容的调压作用提高电压合格率 无功补偿控制屏 TBB常规无功补偿设备 TBB就地无功补偿设备 TBB变电站自动无功补偿设备 投切型 TBB线路自动无功补偿设备 投切型 DWZB电压无功自动补偿装置 调压型 WGK系列低压无功动态补偿装置 TBB成套系列分类介绍 TBB10系列最常用的成套电容器设备 主要分为户内 户外两种情况 主要使用在用户负荷变化不大 不需要频繁投切电容器组的用户 1 户内一般选用铁心电抗器 单只电容器框架组装 2 户外一般选用空心电抗器 电容器选用有集合式或片装式 3 户外箱式安装可按户内选型 TBB成套系列 固定补偿设备 TBB成套系列 固定补偿设备 此装配图反映了户内固定投切一组电容柜的外形及内部安装图 此图反映容量较小 随着容量的增加 只需增加电容器柜的数量即可 TBB成套系列 固定补偿设备 TBB10系列就地无功补偿设备一般是对感应电动机进行无功补偿用 一般用于户内 安装在电动机刀闸的下侧 与电动机并联接线 对电动机进行补偿需注意的是补偿容量Qc 0 9 3UeIoUe 电动机额定电压kVIo 电动机空载电流A TBB成套系列 就地补偿设备 1 使用条件及功能成套自动投切电容器组主要用于负荷不稳定有一定变化的电力系统 控制器能够根据电压优先 进行无功自动取样的原则 依无功大小给出投切信号 自动投切真空开关 将电容器组自动投入或切除 使系统始终处于不过压 少欠过补 无功损耗最小状态 可控制一至两段母线 一至八组电容器 对于系统中存在的3 11次谐波 可采取在电容器组回路中加入电抗器的方式 限制合闸涌流 抑制电网高次谐波 提高供电质量 同时根据需要可提供配套的电容器组保护 2 分类自动投切控制器分为两种 VQC调压调容型和调容型两种 VQC电压无功综合控制装置除了具有调容的功能外 还能根据电网的参数控制有载调压变压器自动调压和无功补偿电容器组或电抗器的自动投切 使变压器和电容器工作在最佳状况 确保电压合格率达到规定的要求 有效减少无功损耗并保持系统功率因数在较高范围内 TBB成套系列 变电站自动补偿设备 此系统图反映了用断路器作为投切开关的电容器柜直接挂在两段母线上的运行情况 每段投切4组 实际投切组数可根据情况选择 TBB成套系列 变电站自动补偿设备 此系统图反映了用真空接触器作为投切开关的电容器柜通过断路器柜挂在两段母线上的运行情况 每段投切4组 实际投切组数可根据情况选择 TBB成套系列 变电站自动补偿设备 此装配图反映了户内两段母线自动投切电容器柜的安装形式 控制柜安装在两段电容柜的中部 电缆从中间控制柜进线 两段电容柜每段分为两组 共四组 投切开关为真空接触器 此种安装形式清晰明了 方便用户巡检 观察 户内安装示意 TBB成套系列 变电站自动补偿设备 此装配图反映了户外两段母线自动投切电容器柜的安装形式 控制柜采用标准JP 6A柜型 安装户内主控室内 此为一段母线分两组的情况 投切开关为真空断路器 电抗器为空心电抗器 此种安装形式可以节省户内空间 户外安装示意 TBB成套系列 变电站自动补偿设备 1 使用条件及功能在配电线路上安装无功补偿设备 对降低线路损耗 改善电压质量有立竿见影的效果 2 分类一次固定投切型和自动分组投切型 3 安装方式柱上安装或落地加围栏安装 农网线路建议柱上安装 4 主要电器设备跌落式熔断器 交流高压负荷开关 电流互感器 氧化锌避雷器 控制电流变压器 高压并联电容器 无功补偿控制器5 安装地点的选择柱上式安装处距离变电站有一定的距离 单点补偿在配电线路全长的2 3处 两点安装在配电线路的2 5 4 5处 TBB成套系列 线路补偿 此图反应固定投切柱上电容器组的安装情况 TBB成套系列 线路固定补偿 此图反映自动投切柱上电容器组的安装情况 TBB成套系列 线路自动补偿 DWZB电压无功自动控制装置广泛适用于电力系统35kV 220kV变压器及用户10 110kV变电站和10kV线路上用于电压无功自动控制 以提高电压质量 提高功率固数降低线损 DWZB电压无功自动补偿 DWZB电压无功自动补偿 原理 根据电容器无功输出和电容 频率 电压的关系 即Q 2 fcu 我们采用调节电容器端压来调节其无功输出满足系统对无功的需要 达到稳定电压提高功率因数 降低线损的目的 其原理接线如图 二次控制部分 微机控制器采用单片机接出 按照九区图原理对系统电压无功进行适时控制 同时具有电容器保护功能 满足电容器运行保护的需要 DWZB电压无功自动补偿 系统图 系统参数PTCT 电容器参数PTCT 调压器档位及瓦斯保护 控制器 主变分接开关 电容器组断路器 调压器分接开关 母线电压 电容器电压 装置保护 综自及远动 RS232 485 DWZB电压无功自动补偿 调压器 DWZB电压无功自动补偿装置由调压器 电容器 微机控制器三部分组成 调压器 是一个有载自耦调压变压器 主要的作用 一是保证电容器和系统母线的连接 二是实现电容器端电压的自动调节 自耦调压器的一次电压为变电站10kV 或35kV 母线电压 而二次输出电压可在 100 60 母线电压内调节 这样就可以实现无功输出在 100 36 Qc内调节 选择自耦变压器调压可以有效降低调压器结构容量 降低设备造价 同时自耦变压器损耗最小 可以减少装置附加损耗 DWZB电压无功自动补偿 控制器 控制器 是装置实现电压无功自动控制的核心元件 主要的逻辑原理如上图所示 将系统参数 电源侧PT CT 输出微机控制器 经分析判断按系统要求调节母线电压及电容器电压 按九区图原理实现电压无功自动调节 将电容器回路参数PT CT及不平衡保护电流信号 电压信号 调压器档位及瓦斯信号输入控制器 当出现故障时将电容器断路器跳闸 以保护电容器 同时控制器可以通过远程232 485接口到综自或远动系统接口 实现信号远传及远方控制 控制器还具有显示功能 可显示装置及系统运行情况 例如系统I V P cos 及装置输出I V cos 等 控制器具有闭锁及记录功能 DWZB电压无功自动补偿 技术先进性分析 DWZB 2000型电压无功调节装置根据Q 2 fcu2原理通过改变电容器端电压来调节电容器的无功出力 采用特殊的电压调节器调节电容器二端电压 又使电容器和电网连接 把无功输出送到电网 和分组投切电容器相比有一系列优点 更能保证电容安全可靠运行 DWZB 2000型电压无功调节装置和电容器投切方式相比有以下优点 1电容器不分组投切 固定连接即可实现容性无功按系统要求自动调节输出 目前产品调节深度为 100 36 电容额定容量及 100 49 电容器额定容量二种 2由于没有开关投切 电容器运行时无投切过电压问题 可以保证电容器安全运行 而调节电压是通过特殊的电压转移电路进行 调节器通过过渡电阻调节时 过渡电阻可以有效地限制过电压 DWZB电压无功自动补偿 技术先进性分析 3电容器长期在额定电压以下运行 保证了电容器运行安全 延长电容器的运行寿命 4电容器在调节时无充放电问题 不脱离电网 因此可以实现适时跟踪调节 可以在1 2分钟内完成调节 而自动投切延时间为10 30分钟 使系统随时都在最佳运行状态 有效保证电压质量 保证无功平衡 降低线损 5可以省掉串联电抗器 通过降低投运时电压调节器输出电压来减少涌流 并提高了电容器的利用率 而且降低了电容器的运行电压 DWZB电压无功自动补偿 节能效益 以110kV变电站为例 其10kV自动功率因数一般在0 85 0 88之间 当装上3600kVAR 31500 40000kVA主变时 仅能使20 左右时间内使其cos 达到0 92左右 采用DWZB 2000型电压无功调节装置对其进行调节 刚可以使其在100 时间内功率因数达0 92 0 95之间 根据计算当功率因数由0 88调至0 95其负荷电流发热 线损的主要部分 I22 I12 I12即可减少15 20 I1 I2分别是调整后及调整前负荷电流 也就是说DWZB 2000投入后可使该主变线损及该110kV供电线损降低20 左右 只要电容器容量选择合适1 2年即可回收全部投资 若供电系统普遍使用该自动调节装置 包括10kV线路 则可使线损降低5 7 DWZB电压无功自动补偿 控制柜 DWZB电压无功自动补偿 应用实例 DWZB电压无功自动补偿 应用实例 DWZB电压无功自动补偿 应用实例 环境温度 25 55 空气相对湿度 温度为25 时 相对湿度短时可达100 海拔高度 2000m 适用于一般户外条件 不适用于有火灾或爆炸危险 有导电尘埃 有严重污秽 化学腐蚀及剧烈振动或颠簸的场所 也不适用于谐波过大的场所 WGK低压无功动态补偿 环境条件 适用于10 6 kV柱上变压器 箱式变电站 配电变电站 所 小型发电厂 以及机械制造 冶金 煤矿 化工 海港 机场 油田 医院 生活小区 高层建筑 农村等处660V以下 户内或户外各种需要无功补偿的场所 尤其适合各种冲击负荷的补偿 稳定电压 保持功率因数0 95以上且不过补偿 WGK低压无功动态补偿 使用范围 举例说明 WGK 801AF 10 25 WGK低压无功动态补偿 型号说明 根据用户需要 可柜式设计与低压柜配合使用 也按户外使用条件设计 可直接安装于户外 柱上变压器旁或落地式安装采用共补与分相相结合的形式 可改善配电网的三相不平衡性 采用复合开关做为电容投切开关 可以实现在过零投切和无功耗工作 实现电容器组无扰动投切 WGK低压无功动态补偿 性能特点 改善冲击负荷引起的电流冲击和电压波动 提高配电质量 保护设置齐全 全自动运行 实现无人值守 保持用户功率因数0 95以上且不过补偿 节省电费 提供工业级RS 232 485通信接口 同时具备遥测 遥信 遥控和无功补偿功能 WGK低压无功动态补偿 性能特点 1 补偿箱2 支架3 电缆WGK 600箱柱上安装示意图 WGK低压无功动态补偿 应用实例 电容柜在安阳钢铁公司运行 TBB成套系列 应用实例 TBB成套系列 应用实例 TBB成套系列 应用实例 成套电容器柜内部安装图例 TBB成套系列 应用实例 成套电容器柜内部安装图例 TBB成套系列 应用实例 TBB成套系列 应用实例 TBB成套系列 应用实例 方案对比 通过以下案例对比确定不同的方案反应用户需求及资金的投入 案例 某10kV煤矿企业电力用户原来功率因数为cos 1 0 75 视在功率为3150kVA 年用电时间T 3000h 收费按两部电价 试确定 1 该用户得年支付电费 2 欲使功率因数提高到0 95 需装设得补偿容量 3 按许继目前的电容器补偿装置 分情况做出方案 并计算出投资费用 投资按每年10 回收 求安装补偿装置后 企业所获得的年效益 无功补偿设备 方案分析 解 补偿前用户年支付电费 A 基本电费 按最大负荷收取 每kVA负荷收取值为180元 年 故 FJ1 180 3150 567000 元 B 电量电费 每kW h为0 209元 故FD1 0 209 2362 5 3000 1481287 5 元 C 用户的总支付电费为 FZ2 567000 1481287 5 2048287 元 D 当功率因数为0 75时 增收功率因数电费为全部电费的5 则增收的电费为 FZZ 2048287 0 05 102414 元 无功补偿设备 方案分析 1 用户实际缴纳电费为 FZ1总 FZ2 FZZ 2150701 元 2 补偿容量计算 已知cos 1 0 75 cos