节电技术节能技术之无功补偿

现代节电技术与节电工程,王敏青岛市节能监察中心,第十章无功补偿与节电,无功电源同有功电源一样，是保证电能质量不可缺少的部分。在电力系统中应保持无功平衡，否则将会使系统电压降低，设备损坏。功率因数下降严重时，将会引起电压崩溃，系统解裂，造成大面积停电事故。,第十章无功补偿与节电,因此，解决电网的无功容量不足，增装无功补偿设备，提高网络的功率因数，对电网的降损节电，安全可靠运行有着极为重要的意义。,第十章无功补偿与节电,第一节无功补偿的作用与配置一、无功补偿的作用1、降低线路损失当电流通过电阻为R的线路时，其功率损失为：,第十章无功补偿与节电,由于有功损耗与功率因数的平方成反比，所以提高功率因数可降低损失。,第十章无功补偿与节电,2、增加电网的传输能力，提高设备利用率由公式可知，在保持S不变时，功率因数提高后，可多输送有功功率。,第十章无功补偿与节电,3、减少设备容量由公式可知，在保持P不变时，功率因数提高后，设备的容量将减少。4、改善电压质量,第十章无功补偿与节电,5、减少用户电费支出(1)可以避免因功率因数低于规定值而受罚。(2)可以减少用户内部因传输和分配无功功率造成的有功功率损耗，因而相应可以减少电费的支出。,第十章无功补偿与节电,二、无功补偿的配置当电网需要增设的补偿容量确定后，即应按照“全面规划，合理布局，分级补偿，就地平衡”的总原则，进行合理的配置，以便取得最大的综合补偿效益。,第十章无功补偿与节电,具体要求是：既要满足全区（地区或县）的无功功率平衡，还要满足分区（供电区），分站（变电站）的无功平衡，尽可能地使长距离输送的无功量小，最大限度地减少功率及电能损耗。集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主。,第十章无功补偿与节电,既要在变电站进行集中补偿，又要在配电线路及部分用户进行分散补偿，但大部分补偿设备应配置在配电网络中，以实现就地就近补偿。,第十章无功补偿与节电,电力部门补偿与用户补偿相结合。据统计分析，无功功率大约有50消耗在用户方面，剩下的约50左右消耗在电力网的损耗上。因此，电力部门与用户共同进行补偿是适宜的。降损与调压相结合，以降损为主。,第十章无功补偿与节电,第二节无功电源与无功负荷一、无功电源1、同步发电机同步发电机既是有功电源，又是无功的主要电源。,第十章无功补偿与节电,一般中、小型发电机的额定功率因数为0.800.85，即每供给万kW的有功功率，同时还供给7.5-6.2万kW的无功功率，如果发电机的有功输出未满载，在保证发电机的电压为额定电压，并且定转子电流不超过额定值的条件下，发电机的无功出力还可以适当增加。,第十章无功补偿与节电,2、输电线路的充电功率架空线路的导线是平行排列的。导线之间形成电容，当电压加在输电线上时，线路便产生充电电流。即使线路不接负载，也有电容电流流过。,第十章无功补偿与节电,由于电容电流的存在，运行中的输电线路将产生充电功率，影响沿线路各点的电压、输电功率和功率因数。因此，分析电力网的运行情时，必须计算线路的电容和充电功率。,第十章无功补偿与节电,3、并联电容器并联电容器（又称移相电容器）是一种无功电源，它的主要用途是补偿电力网中感性负荷需要的无功，提高网络的功率因数，并兼有调压的辅助作用。,第十章无功补偿与节电,并联电容器补偿的联结方式分为单相、三相星形、三相三角形三种。在实际接电中，为了满足补偿容量的需要，往往采用多台电容器并联或串联组成电容器组，若每台电容器的容量均为C0，则由m组并联，由n台串联组成的电容器组总容量为：Cm/nC0。,第十章无功补偿与节电,并联电容器发出的无功功率与电压平方成正比，当电网传输的无功较大，补偿点的电压偏低，需要大量无功使电压恢复时，电容器发出的无功反而随电压的下降成平方关系减小，促使电压更趋于下降。,第十章无功补偿与节电,相反，当补偿点电压偏高，需要减少无功时，电容器随电压升高而增发无功，又促使电压升高。电容器这种无功特性满足不了电网调压要求，为此，常用带负荷调压变压器与并联电容补偿配合使用的运行方式。,第十章无功补偿与节电,如果没有带负荷调压装置，一般是将电容器组分成若干组，实行分组投切。当电网电压降低或负荷功率因数减少时，投入部分电容器组；反之，则切除部分电容器组。,第十章无功补偿与节电,并联电容器由于具有设备简单、安装和维护方便、本身损耗低、节电效果显著等优点，在电力网的无功补偿中得到广泛的应用。,第十章无功补偿与节电,并联电容器的联接方式,第十章无功补偿与节电,4、同期调相机同期调相机实质上是一种空载运行的同步电动机，是一种专用的无功功率发电机，它不带任何机械负载，仅从电网上吸收少量的有功功率以供给本身的损耗。,第十章无功补偿与节电,调相机的主要用途是发出无功功率，提高电网功率因数，改善电压质量，提高电力系统运行的稳定性。由于调相机容量较大，只能集中使用，一般装于大型的枢纽变电站内。,第十章无功补偿与节电,5、无功静止补偿装置无功静止补偿装置（静止补偿器），是一种技术先进、调节性能好的动态无功功率补偿设备。主要由并联电容器组、可调饱和电抗器以及检测与控制系统三部分组成。,第十章无功补偿与节电,静止补偿器兼有电容器和调相机二者的优点，可在几个周波内快速完成调节，保持网络电压稳定，增强系统的稳定性。,第十章无功补偿与节电,静止补偿装置主要用于：具有冲击性负荷的大型工业用户；在高压、超高压远距离输电线路末端，用于解决电压稳定问题；用于电网内的集中调压措施。,第十章无功补偿与节电,6、同步发电机的调相运行发电机调相运行是一种特殊的运行方式，即发电机不发有功，只发无功。主要作用是补偿电网的无功不足。,第十章无功补偿与节电,7、同步电动机进相运行同步电动机是一种无功补偿设备，主要带机械负荷。它有两种运行方式：迟相运行（欠励磁运行，功率因数滞后），从电网吸收无功；进相运行（过励磁运行，功率因数超前），向电网输送无功。,第十章无功补偿与节电,8、异步电动机的同步化运行一般的绕线式异步电动机，可以改为同步化运行，向电网提供无功。其无功出力可以达到其额定有功功率的80以上。但改造费较高，不经济，有功损耗增加，运行稳定性较差。,第十章无功补偿与节电,二、无功负荷1、电动机的无功损耗异步电动机的无功损耗包括两部分：一部分是建立旋转磁场所需的空载无功功率，占电动机额定无功功率的60%70%，其大小与容量有关；,第十章无功补偿与节电,另一部分是带负荷时在绕组漏抗中消耗的无功功率，占电动机额定无功功率的30%40%，它的实际消耗量大小与电动机的负载系数(负载率)成正比。1、电动机无功损耗的计算异步电动机消耗的无功功率计算,第十章无功补偿与节电,第十章无功补偿与节电,电动机的空载无功功率Q0按下式计算：电动机额定无功功率按下式计算：,第十章无功补偿与节电,2、变压器的无功损耗分为：激磁无功损耗与漏磁无功损耗。激磁无功损耗：与电压平方成正比，运行中电压近似不变，可认为固定损耗。漏磁无功损耗：与电流平方成正比，可认为可变损耗。,第十章无功补偿与节电,3、线路的无功损耗书P267表10-2表10-7,第十章无功补偿与节电,无功补偿的原理,C,第十章无功补偿与节电,第三节无功补偿容量的确定1、从提高功率因数需要确定补偿容量如果电力网的最大负荷月的平均有功功率为，补偿前功率因数为，补偿后功率因数为，则计算公式：,第十章无功补偿与节电,第十章无功补偿与节电,有时需要将功率因数提高到大于，小于，则：,第十章无功补偿与节电,应采用最大负荷月平均功率因数，的确定要适当。通常，功功率因数从0.9提高到1所需的补偿量，与功功率因数从0.72提高到0.9所需的补偿量相当。在高功率因数下进行补偿效果将显著下降。,第十章无功补偿与节电,二、从降低线损需要来确定补偿容量电力网的线损，在网络参数一定的条件下，与通过导线电流的平方成正比。补偿前的线路损耗,第十章无功补偿与节电,补偿后的线路损耗,第十章无功补偿与节电,补偿后线损降低的百分值,第十章无功补偿与节电,补偿容量：与公式1结果相同。,第十章无功补偿与节电,三、从提高运行电压来确定补偿容量在配电线路末端，运行电压较低，特别是重负荷，细线径的线路。加装补偿电容，可提高网络电压。可以按照提高电压的要求确定补偿容量。,第十章无功补偿与节电,补偿前，网络电压：补偿后，电源电压U1不变，变电所母线电压U2升高到U，则：,第十章无功补偿与节电,第十章无功补偿与节电,三相所需总容量：,第十章无功补偿与节电,四、用补偿当量确定补偿容量无功经济当量：线路投入单位补偿容量时，有功损耗的减少值。,第十章无功补偿与节电,有上式分析可知，补偿容量越大，对减少有功功率的作用变小。补偿容量需通过技术经济比较确定。合理地选择无功补偿容量,对提高功率因数、调整电网电压、提高供电质量、保证电网安全稳定运行都有着十分重要的作用。,第十章无功补偿与节电,在选择补偿容量时,还要兼顾下列事项:(1)要满足负荷增长的需要;(2)要有足够的备用容量;(3)要考虑到投运率。,第十章无功补偿与节电,第四节无功负荷的最优补偿两个方面：确定最优补偿容量和补偿容量的最优分布。一、最优补偿容量的确定,第十章无功补偿与节电,按补偿后，使电力网的损失达到最小的原则来确定适用于线路末端为集中负荷，当补偿容量较小时，作近似计算用。,第十章无功补偿与节电,按补偿后，电力网的年运行费用最低来确定适用于线路末端为集中负荷的电力用户，当补偿容量较较大，利用率高，补偿效果。,第十章无功补偿与节电,显著，功率因数受奖电费的百分比率高，可不考虑投资回收。按补偿后，电力网的年计算支出费用最小来确定,第十章无功补偿与节电,适用于确定大中型电力用户或电力网中变电站最优补偿总量，但总补偿容量在整个供电范围内的分配需另行计算。,第十章无功补偿与节电,按最优网损微增率准则来确定适用于开式电力网的最优补偿容量及各负荷结点补偿容量的最优分配。,第十章无功补偿与节电,按经济功率因数值来确定适用于电力网规划中对补偿设备容量做概略计算，或作各类型电力用户确定经济补偿容量。,第十章无功补偿与节电,二、无功补偿容量的最优分布补偿装置容量确定后，需研究最优分布。1、等网损微增率准则：当电力网各补偿点的网损微增率相等时，全网的无功补偿容量具有最优分布。其实质是在确定目标函数和约束条件后，应用拉格朗日乘数法则求得的最优分布条件。,第十章无功补偿与节电,2、最优网损微增率准则解决在网络中进行多点补偿的最优化问题。电力网的补偿，应按年经济效益最高为基础来确定。并满足：补偿设备的运行费用最低；补偿设备的投资回收期最短。,第十章无功补偿与节电,三、配电网的优化补偿配电网的无功补偿应全面规划、合理布局、分散补偿、就地平衡的原则。集中补偿与分散补偿相结合，以分散为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压为主；调压与降损相结合，以降损为主。,第十章无功补偿与节电,1、变电所的无功补偿主要补偿主变压器对无功容量的需求，结合考虑供电区内的无功潮流以及配电线路和用户的无功补偿水平，来确定最优补偿容量。变电站内部的无功补偿主要补偿主变压器的无功损耗，其中包括空载无功损耗,第十章无功补偿与节电,和负载无功损耗。对于某些经常处于空载或轻载运行的变电站，可取最小补偿值。若用户和线路的补偿水平较低，变电站可适当增大补偿容量。,第十章无功补偿与节电,2、配电线路的无功补偿在配电线路上安装电容器进行无功补偿，具有投资少、见效快、投运时间长、降损效果显著等优点。特别适合农村配电线路。,第十章无功补偿与节电,四、低压电网的无功补偿1、低压集中补偿（随器补偿）：变压器（二次侧）、二次母线以下的无功负荷，主要是配变负载无功损耗和电动机（感性）无功负载，占总无功负荷的80%以上；,第十章无功补偿与节电,补偿容量主要是通过计算、测试、查表来确定；一般按变压器容量的40%50%来确定。2、低压分散补偿（车间进线）：通过计算、测试、查表来确