无功优化补偿.doc

电压质量和功率因数是农电企业的重要技术指标。电压是电能的主要指标之一，电压质量对电网稳定及电力设备安全运行、线路损失、工农业安全生产、产品质量、用电单耗和人民生活用电都起着直接的影响。无功电力是影响电压质量和电网经济运行的一个重要因素。而要切实有效搞好电压质量和无供电力的综合管理，就必须切实改善电压质量和搞好无功电力的补偿。无功的不足是历史形成的，其主要原因是节电意识淡薄。供用电企业，在电力供应十分紧张的情况下，只顾满足供电和用电，对提高用电质量和节电技术未能做到全面规划、同不实施。这表现在供电企业只注重了变电站的集中补偿，在基建中补偿容量明显不足，投运率不高，而用电企业则很少在无功补偿上作较大的投入，从而形成了电网无功严重不足的局面。 一、功率因数和无功补偿的基本概念 11功率因数：电网中的电气设备和电动机、变压器等属于既有电感又有电阻的电感性负载，电感性负载的电压和电流的相量间存在一个相位差，相位角的余弦COS既是功率因数,它是有功功率于视在功率之比即COS=P/S。功率因数是反映电力用户用电设备合理使用状况、电能利用程度即用电管理水平的一个重要技术指标。 12无功补偿：无功补偿是无功补偿电源的简称，指为满足电力网和负荷端电压水平及经济运行的要求，必须在电力网内和负荷端设置无功电源，如电容器、调相机等。把具有容性功率的装置与感性负荷连接在同一电路，当容性装置释放能量时，感性负荷吸收能量，而感性装置释放能量时，容性负荷吸收能量，能量在相互转换，感性负荷所吸收的无功功率可由容性装置输出的无功功率中得到补偿。 二、无功补偿的目的与效果 21补偿无功功率，提高功率因数 在电网运行中，因大量非线性负载的运行，除了要消耗有功功率外，还要消耗一定的无功功率。负荷电流在通过线路、变压器是将会产生功率与电能损耗，由电能损耗公式可知，当线路或变压器输送的有功功率和电压不变时，线损与功率因数的平方成反比。功率因数越低电网提供的无功就越多，电压损失越大，电能损耗增大线损就越大，电费支出也会增加。因此，在受电端安装无功补偿装置，可减少负荷的无功功率损耗，提高功率因数，增加设备容量，提高电压，降低线路损耗。 22提高设备的供电能力 由P=SCOS可以看出，当设备的视在功率S一定时，如果功率因数COS提高，上式中的P也随之增大，电气设备的有功出力也就提高了。 23降低电网中的功率损耗和电能损失 由公式I=P/（3UCOS）可知当有功功率P和电压U为定值时，负荷电流I与COS成反比，即I1/ COS。由于在输送同样功率途中，配电线路电阻的焦尔热损失P与电流的平方成正比，即PI2。根据电流与功率关系式则得P1/ COS2。由于功率损耗P与功率因数的平方成反比。因此，在配电线路里提高功率因数来降损节电的效果十分明显。安装无功补偿装置后，功率因数提高，使线路中的电流减少，从而使功率损耗降低，降低电网中的功率损耗是安装无功补偿设备的主要目的。 24改善电压质量 在线路中电压损失U的计算公式如下： U=(PR+QXL)/Ue10-3 式中：U 线路中的电压损失 kV P 有功功率 MW Q 无功功率 Mvar Ue 额定电压 kV R 线路总电阻 XL 线路感抗 由上式可知，当线路中的无功功率Q减少以后，电压损失U也就减少了。 25减少用户电费开支，降低生产成本 26减少设备容量，节省电网投资三、电网无功补偿 31电网无功补偿的原则和方式 农村电网无功补偿的原则为：全面规划，合理布局，分级补偿，就地平衡。 农村电网无功补偿的方式为：集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主；调压与降损相结合，以降损为主。 32电网功率因数要求由于改善功率因数对供电部门在降低线路损耗，提高电压，增加设备容量，改善电网的运行水平具有十分重要的作用。供电部门就对电网的功率因数提出具体规定。 县电力公司年平均功率因数应在0.90以上。 220KV及以下电压等级变电站中主变压器二次侧功率因数应在0.90以上。 每条10 KV出现的功率因数应在0.90以上。 100kVA及以上容量的用户变压器二次侧功率因数应在0.90以上。 农业用户配电变压器低压侧功率因数应在0.85以上。 33无功集中补偿与分散补偿 无功集中补偿的不足：电力用户为了满足供电部门对功率因数的要求，就采取加装无功补偿设备。以前在无功补偿方面，各国多采用集中补偿方式，即在用户的配电室0.4kV母线上安装电力电容器进行集中补偿。这样的补偿方式只能改善配电变压器0.4kV母线以上电网的功率因数，而对用户内部的低压配电线路则功率因数还是得不到改善，也就是说对用户没有什么经济效益。同时，采用集中补偿时，当用户负荷满载运行时，功率因数比较低；而在用户停止负荷后，功率因数又往往超前。这时无功功率将向电力系统倒流，从而引起线路电压升高，加大电能损耗给电力系统带来极为不利的影响。因此供电部门要求用户的功率因数必须始终处于滞后的状态。 无功分散补偿的优越性：众所周知，将电压由10kV通过变压器变到0.4kV，其变比是25倍，如果在10kV线路里的电流是1安培，而在0.4kV侧就是25安培。由于电能损耗同电流的平方成正比。这样在0.4kV线路里的损耗就是10kV线路里损耗的625倍，这个数值是相当惊人的。而目前在国内绝大多数用电单位内部的0.4kV线路里，很少加装无功补偿设备，使大量电能白白浪费掉，这是目前所普遍采用的在用户0.4kV母线上加装无功集中补偿的主要不足之处，也是实行无功分散补偿来节约用电的主要理论依据。在0.4kV线路里推广无功分散补偿可使电力用户的功率因数提高到0.9以上；可以提高异步电动机的端电压、避免烧坏电动机；可使0.4kV配电系统增容30%，减少设备投资；更重要的是可为电力用户节约10%以上的电费，其经济效益十分明显。 四、无功补偿容量的选择 41变电站无功补偿容量一般按主变容量确定补偿容量Qc。 35KV及以上变电站原则上只补偿主变压器无功损耗，并考虑留有一定裕度，可按主变容量的10%15%来补偿。 42变电站10KV配电线路可以根据无功负荷情况采取分散补偿的方式进行补偿。 43在农村10kV线路里，由于点多、线长、面广、负荷季节性强，配电变压器空载损耗大，以及异步电动机大马拉小车等多种因素，因而农村电网的功率因数特别低。在农村10kV电网里，配电变压器的损耗占全部线路损耗的80%以上。而变压器的损耗分为铁损和铜损，铁损与负荷无关，几乎是恒定量，在配电变压器额定负荷时，铁损约占1/3。由于农村电网内配电变压器的负荷率很低，经常处于空载运行状态，所以配电变压器的铁损在总的线路损耗中就占很大比重。因此在降低农村10kV电网的线路损耗时，只要配电变压器的铁损能得到补偿，就能起到很好的预期效果。对10kV农网配电变压器的铁损补偿可以按照变压器容量的10%选配，就可以把变压器的全部铁损补偿掉。 配电变压器容量在100kVA及以上的用户，必须进行无功补偿，并应采取自动投切补偿装置，其补偿容量根据负荷性质来确定。 配电变压器低压侧安装电容器时，应考虑以下原则：在轻负荷时，防止向10 kV配电网倒送无功，以取得最大的节能效果，根据配变容量按下式计算： Qc=（0.10.15）Sn （Kvar） 式中，Sn 配变容量 kV 按提高功率因数值确定补偿容量Qc。Qc=P1/ COS21-1-1/ COS22-1 （Kvar）式中，P 最大负荷月的平均有功功率 KW COS1、COS2 补偿前后功率因数值。例如：某加工厂最大负荷月的平均有功功率为300 KW，功率因数COS=0.6，拟将功率因书提高到0.9，则所选电容量为：Qc =3001/0.62-1-1/0.92-1 =300（1.33-0.48）=255 （Kvar） 按提高电压值确定补偿容量Qc。Qc=UU2/X （Kvar）式中，U 需要提高的电压值 V U2 需要达到的电压值 kV X 线路电抗 44按感应电动机空载电流值确定补偿容量。电动机的无功补偿一般采用就地补偿方式，电容器随电动机的运行和停止投退，容量以不超过电动机空载的无功损耗为宜，计算公式：Q3 Ue Io （Kvar）式中，Ue 电动机额定电压 （kV） Io 电动机空载电流，可用钳形表测出若出略估算，也可用公式：Qc=（1/41/2）Pn式中Pn 电动机额定功率 KW 总而言之，农村电网改造工程的实施，为解决之后的无功补偿提供了极好的机会。淘汰高能耗的变配电设备、更换导线、缩短供电半径等，虽是提高电能质量、降低损耗的有效措施，但仅仅在此方面的投入是远远不够的。无功补偿的作用能有效的减少线路损失，若电网的功率因数由0.77提高到0.97，其线损可降低37%，降损效果极其显著。另外无功补偿能明显的减少系统元件的容量，提高电网的输送能力和挖掘变配电容量。因为电网传输的电流与功率因数成反比，功率因数提高后，电流数值下降，导线截面可相应减小或在原导线截面的前提下，能提高电网的输送能力，且减轻和改善了传输元件的发热，从而延长了元件的使用寿命。同理，变配电设备的容量与功率因数成反比，功率因数提高后，视在功率下降，可选用较小容量的变配电设备。实践证明，经合理补偿的变压器，一般能增容30%，这样减少了增容或扩建所需的巨大一次性投资。无功补偿设备的投入，还可改善用户的电压质量。电网功率因数提高后，减少了电网输送的无功