并联电容器无功补偿方案

1、课程设计并联电容器无功补偿方案设计指导老师：江宁强1010190456尹兆京目 录1绪论31.1引言31.2无功补偿的提出31.3本文所做的工作32无功补偿的认识32.1无功补偿装置32.2无功补偿方式42.3无功补偿装置的选择52.4投切开关的选取52.5无功补偿的意义53电容器无功补偿方式63.1串联无功补偿63.2并联无功补偿63.3确定电容器补偿容量64案例分析64.1利用并联电容器进行无功功率补偿，对变电站调压64.2利用串联电容器，改变线路参数进行调压134.3利用并联电容器进行无功功率补偿，提高功率因素155总结211绪论1.1引言随着现代科学技术的发展和国民经济的增长，电力系统

2、发展迅猛，负荷日益增多，供电容量扩大，出现了大规模的联合电力系统。用电负荷的增加，必然要求电网系统利用率的提高。但由于接入电网的用电设备绝大多数是电感性负荷，自然功率因素低，影响发电机的输出功率; 降低有功功率的输出; 影响变电、输电的供电能力; 降低有功功率的容量; 增加电力系统的电能损耗; 增加输电线路的电压降等。因此，连接到电网中的大多数电器不仅需要有功功率，还需要一定的无功功率。1.2无功补偿的提出电网输出的功率包括两部分：一是有功功率；二是无功功率。无功，简单的说就是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。电机和变压器中的磁场靠无功电流维持，输电线中的电

3、感也消耗无功，电抗器、荧光灯等所有感性电路全部需要一定的无功功率。为减少电力输送中的损耗，提高电力输送的容量和质量，必须进行无功功率的补偿。1.3本文所做的工作主要对变电站并联电容器无功补偿作了简单的分析计算,提出了目前在变电站无功补偿实际应用中计算总容量与分组的方法,本文主要作了以下几个方面的工作: 对无功补偿作了简单的介绍，尤其是电容器无功补偿，选取了相关的案例进行了简单的计算和分析。2无功补偿的认识2.1无功补偿装置变电站中传统的无功补偿装置主要是调相机和静电电容器。随着电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，交流无触点开关SCR、GTR、GTO等相继出现，将其作为投切开关无功补偿都可

4、以在一个周波内完成，而且可以进行单相调节。如今所指的静止无功补偿装置一般专指使用晶闸管投切的无功补偿设备，主要有以下三大类型:1、具有饱和电抗器的静止无功补偿装置；2、晶闸管控制电抗器、晶闸管投切电容器，这两种装置统称为SVC3、采用自换相变流技术的静止无功补偿装置高级静止无功发生器。2.2无功补偿方式1. 高压分散补偿。高压分散补偿实际就是在单台变压器高压侧安装的，用以改善电源电压质量的无功补偿电容器。其主要用于城市高压配电中。2.高压集中补偿。高压集中补偿是指将电容器装于变电站或用户降压变电站6 kV 10 kV 高压母线的补偿方式; 电容器也可装设于用户总配电室低压母线，适用于负荷较集中

5、、离配电母线较近、补偿容量较大的场所，用户本身又有一定的高压负荷时，可减少对电力系统无功的消耗并起到一定的补偿作用。其优点是易于实行自动投切，可合理地提高用户的功率因素，利用率高，投资较少，便于维护，调节方便可避免过补，改善电压质量。但这种补偿方式的补偿经济效益较差。3.低压分散补偿。低压分散补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地安装在用电设备附近，以补偿安装部位前边的所有高低压线路和变压器的无功功率。其优点是用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，可减少配电网和变压器中的无功流动从而减少有功损耗; 可减少线路的导线截面及变压器的容量，占位小

6、。缺点是利用率低、投资大，对变速运行，正反向运行，点动、堵转、反接制动的电机则不适应。4.低压集中补偿。低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功符合而直接控制电容器的投切。电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。低压补偿的优点: 接线简单、运行维护工作量小，使无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低网损，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。2.3无功补偿装置的选择选择哪一种补偿方式，还要依环境等情况而定，对所补偿的线路要有所了解。2.4投切开关的选取对于无功功率补偿装置来说，选择何种电容器投切执行机

7、构，对整套装置的安全运行是至关重要的。目前用于电容器投切的执行元件主要有：(1)电容器专用接触器，此类产品是在普通接触器的基础上增加限流电阻或限流线圈的方案来限制合闸涌流。安装接线方便，运行费用低且价格低廉。但会产生投切涌流和关断时的过电压，仅适用于负载无功功率变化不大且不频繁操作、系统工作较平稳的场合。(2) 晶闸管电子开关，此类产品具有电压过零投入、电流过零切除、反应速度快等特性，可实现电容器的投入无涌流、切除无过压、投切无电弧的快速动态补偿功能，该装置特别适用于电容器需要频繁投切的无功补偿场合。但晶闸管也存在损耗大、散热差等不足，影响了无功补偿装置的可靠性，且成本相对过高。(3) 复合开

8、关，复合开关的工作原理是将晶闸管和交流接触器并接，电容器投切瞬间，晶闸管工作，正常接通期间接触器可靠闭合，既有可控硅开关过零投切的优点，又有接触器无功耗的优点。投电容器时，保证电压过零合闸；切电容时，保证电流为零关断，在保证快速投切情况下，避免了涌流、谐波注入及触点烧损现象。而在正常工作时，利用接触器导通容量大、压降小、功耗小、工作可靠等优点，不会带来高温升、高能耗问题。复合开关适宜频繁操作，整机使用寿命长，价格也相对适中。要保证投切开关长期、可靠的运行，选用时必须注意以下几点：(1)投切开关的额定电流必须与投切的电容的额定电流匹配。(2)投切开关的接线端子过流要满足额定电流。(3)投切开关的

9、端子的接线必须牢固可靠。2.5无功补偿的意义无功补偿技术是提高电网供电能力、减少电压损失和降低网损的一种有效措施。电力电容器具有无功补偿原理简单、安装方便、投资小，有功损耗小，运行维护简便、安全可靠等优点。因此，在当前，随着电力负荷的增加，要想提高电网系统的利用率，通过采用补偿电容器进行合理的补偿，是能够提高供电质量并取得明显的经济效益的。3电容器无功补偿方式电容器无功补偿可以分为串联无功补偿和并联无功补偿。3.1串联无功补偿串联电容器提升的末端电压的数值QcX/V随无功负荷增大而增大，减小而减小，恰与调压要求一致，这是串联电容器调压的一个显著优点。但对负荷功率因数高(cos>0.95)

10、或者导线截面小的线路，由于PR/V分量的比重较大，串联补偿的调压效果就很小。此外，串联补偿可能会产生铁磁谐振和自励磁等许多异常现象。3.2并联无功补偿并联无功补偿与串联无功补偿的作用之一都在于减少电压损耗中的QcX/V分量。并联补偿能减少Q，采用并联补偿能从网损节约中得到抵偿，而在降低网损及提高用户功率因数方面，并联补偿要比串联补偿优越的多。3.3确定电容器补偿容量无功补偿容量宜按无功功率曲线或无功补偿计算方法确定，其计算公式如下:QC = p( tg1 tg2) 或是QC = pqc式中: Qc: 补偿电容器容量; P: 负荷有功功率; COS1: 补偿前负荷功率因数; COS2: 补偿后负

11、荷功率因数; qc: 无功功率补偿率，kvar /kw。4案例分析4.1利用并联电容器进行无功功率补偿，对变电站调压某一降压变电所由双回110KV，长70Km的架空输电线供电，导线型号为LGJ-120，单位长度阻抗为0.263+j0.423/Km.变电所有两台变压器并联运行，其参数:SN=31.5MV·A，VN为110±2*2.5%KV/11KV,V%=10.5。变电所最大负荷为40+j30MV·A,最小负荷为30+j20MV·A。线路首段电压为116KV，且维持不变。变电所二次侧的母线上的允许电压偏移在最大最小负荷时为额定电压的2.5%7.5%（提供标

12、准为单相、0.66KV、40KV·A的电容器）。电路图如下：根据调压要求确定变电所二次侧母线上所需补偿的电容器最小容量； 解：（1）变电所二次侧母线上所需补偿的电容器最小容量 总阻抗 于是 按最小负荷时无补偿确定变压器的分接头电压 最接近的抽头电压为110kV，由此可得降压变压器变比为补偿容量：取补偿容量Qc=3Mvar校验变电所二次侧母线电压：故变电所二次侧母线电压满足调压要求。构建3Mvar的等效电容组：Icmax= (A)Ø 若使用提供的电容器构建：单个电容器的额定电流及额定容抗分别为：=60.61(A)总个数，不经济Ø 选择其他电容器：BFM211/-20

13、0-1W,11/Kv,200Kvar,单相,横放型,浸苄基甲苯,全膜.则 总个数，为保险起见m=3,n=5组成一个等效并联电容器。变电所的负荷在40+j30MV·A30+j20MV·A之间。1、 设定电压偏移随着负荷的加重逐渐减小，由EXCEL计算得如下图首段电压负载补偿前功率损耗总功率末端电压V1P1Q2S-PS-QP2Q2V2'111630200.9889673.75732230.9889723.75732106.3785211631211.0665634.05212832.0665625.05213105.9026311632221.1472024.35849

14、433.147226.35849105.423411633231.2308834.67642134.2308827.67642104.9397511634241.3176085.00590935.3176129.00591104.4526611635251.4073765.34695936.4073830.34696103.9619711636261.5001875.69956937.5001931.69957103.4674811637271.596046.0637438.5960433.06374102.9691911638281.6949376.43947239.6949434.4394

15、7102.46721011639291.7968776.82676640.7968835.82677101.96151111640301.901867.2256241.9018637.22562101.4521要求补偿容量补偿后电压偏移电压功率损耗总功率末端电压V2c'QcSc-PSc-QPcQcV2''补偿前补偿后1107.53.4473790.8931053.3931230.8931119.94574107.53526.378%7.535%21073.3575240.9678623.67713831.9678621.31961107.03575.903%7.036%

16、3106.53.2797081.0456043.97249933.045622.69279106.53625.423%6.536%41063.2137731.1262774.27899734.1262824.06522106.03674.940%6.037%5105.53.1595571.2098294.59643135.2098325.43687105.53724.453%5.537%61053.11691.2962094.92460736.2962126.80771105.03773.962%5.038%7104.53.0856441.3853665.26333737.3853728.17

17、769104.53833.467%4.538%81043.0656281.4772545.6124438.4772529.54681104.03882.969%4.039%9103.53.0566931.5718255.97173939.5718230.91505103.53952.467%3.539%101033.0586781.6690366.34106640.6690432.28239103.04021.961%3.040%11102.53.0714231.7688426.72025541.7688433.64883102.5411.452%2.541%根据计算可得，若设定电压偏移随着负

18、荷的加重逐渐减小，则只需并联3Mvar的电容器，当负荷加重使末端电压低于102.96时，投入电容器，当负荷加重到最大时，可以将电压偏移由1.452%提升到2.541%。2、 负荷继续增加，最大负荷为50+j40MV·A，末端电压下降严重，若继续要求电压偏移还是2.5%7.5%，电压偏移随着负荷加重逐步减少，由EXCEL计算得如下图R=9.205X=34.972首段电压负载补偿前要求功率损耗总功率末端电压电压V1P1Q2S-PS-QP2Q2V2'V2c'111630200.9889673.75732230.9889723.75732106.3785102.5211631

19、211.0665634.05212832.0665625.05213105.9026102.5311632221.1472024.35849433.147226.35849105.423102.5411633231.2308834.67642134.2308827.67642104.9397102.5511634241.3176085.00590935.3176129.00591104.4526102.5611635251.4073765.34695936.4073830.34696103.9619102.5711636261.5001875.69956937.5001931.69957103

20、.4674102.5811637271.596046.0637438.5960433.06374102.9691102.5911638281.6949376.43947239.6949434.43947102.4672102.51011639291.7968776.82676640.7968835.82677101.9615102.51111640301.901867.2256241.9018637.22562101.4521102.51211641312.0098857.63603543.0098938.63604100.9389102.51311642322.1209548.0580114

21、4.1209540.05801100.4221102.51411643332.2350658.49154845.2350741.4915599.90146102.51511644342.352228.93664746.3522242.9366599.37713102.51611645352.4724179.39330647.4724244.3933198.84908102.51711646362.5956589.86152648.5956645.8615398.31731102.51811647372.72194110.3413149.7219447.3413197.7818102.51911

22、648382.85126810.8326550.8512748.8326597.24257102.52011649392.98363711.3355551.9836450.3355596.69962102.52111650403.1190511.8500253.1190551.8500296.15293102.5补偿容量补偿后电压偏移功率损耗总功率末端电压QcSc-PSc-QPcQcV2''补偿前补偿后1-11.36751.4331835.44500431.4331836.81255102.40736.38%2.41%2-9.97281.4608675.55018532.460

23、8736.52299102.41315.90%2.41%3-8.567141.4898035.66011733.489836.22725102.42065.42%2.42%4-7.150551.5200085.77487634.5200135.92543102.42984.94%2.43%5-5.723041.5515065.89454235.5515135.61758102.44084.45%2.44%6-4.28461.5843166.01919536.5843235.3038102.45343.96%2.45%7-2.835241.6184616.14891937.6184634.984

24、16102.46773.47%2.47%8-1.374961.6539626.28379938.6539634.65876102.48372.97%2.48%90.0962431.6908446.42392239.6908434.32768102.50122.47%2.50%101.5783721.7291296.56937740.7291333.99101102.52031.96%2.52%113.0714231.7688426.72025541.7688433.64883102.5411.45%2.54%124.5753981.8100076.8766542.8100133.3012510

25、2.56310.94%2.56%136.0902961.8526497.03865843.8526532.94836102.58680.42%2.59%147.6161171.8967947.20637544.8967932.59026102.6119-0.10%2.61%159.1528621.9424687.37990245.9424732.22704102.6384-0.62%2.64%1610.700531.9896987.5593446.989731.85881102.6663-1.15%2.67%1712.259122.0385117.74479348.0385131.485671

26、02.6956-1.68%2.70%1813.828642.0889367.93636749.0889431.10773102.7262-2.22%2.73%1915.409072.1409998.13416950.14130.7251102.7581-2.76%2.76%2017.000432.1947318.3383151.1947330.33788102.7912-3.30%2.79%2118.602722.2501618.54890252.2501629.94618102.8255-3.85%2.83%并联电容器组的最大容量：由计算可得当负荷最大时，所并联的电容器容量最大Qc=18.6

27、0272Mvar,并联电容器组的投入条件。并联电容器组的分组Ø 选取并联电容器：BFM211/-200-1W,11/Kv,200Kvar,单相,横放型,浸苄基甲苯,全膜.先求总电流Icmax= (A)采取等容量分配方式： 总个数个，分成45组（m=45）,编号为1,2,3，45，每组2个（n=2）,补偿范围从0到18 Mvar，精度为0.4 Mvar。根据上表，当电压变化时，改变电容器的投入容量即可。如当末端电压为101.96kV,要求电压为105.25 kV，需要投入9.89 Mvar，需要投入的组数为m=9.89/0.4=24.7，取m=25，投入10 Mvar补偿容量补偿后电压

28、偏移功率损耗总功率末端电压QcSc-PSc-QPcQcV2''补偿前补偿后101.431725.43944740.4317224.43945105.42351.96%5.42%1. 并联电容器组的切除条件当末端电压的电压偏移超过要求时，需要通过切除部分电容器适当降低末端电压。例如本案例中，首端电压为116V时，若负载为50+j40MV·A，补偿后电压偏移为2.83%，若首端电压变为120V时，补偿后电压偏移为7.26%，若电压偏移要求限度为5%，那么这个时候电压偏移就超过了要求，这时候需要切除部分电容器。4.2利用串联电容器，改变线路参数进行调压某一降压变电所由双回1

29、10KV，长70Km的架空输电线供电，导线型号为LGJ-120，单位长度阻抗为0.263+j0.423/Km.变电所有两台变压器并联运行，其参数:SN=31.5MV·A，VN为110±2*2.5%KV/11KV,V%=10.5。变电所最大负荷为40+j30MV·A,最小负荷为30+j20MV·A。线路首段电压为116KV，且维持不变。变电所二次侧的母线上的允许电压偏移在最大最小负荷时为额定电压的2.5%7.5%（提供标准为单相、0.66KV、40KV·A的电容器）。若单回线供电时，线路的电压损耗允许值为6%，为满足要求，在线路上串联标准为单相、

30、0.66KV、40KV·A的电容器，确定所需的电容器数量和容量。（不记线路功率损耗）电路图为：解：ZL =L1*(r1 +jx1 )=18.410+29.610() 最大负荷为40+j30MW·A V=14.006（kV）允许电压损耗：Vpevm =116*6%=6.96(kV)所需电容器的容抗：XC=27.245()线路最大负荷电流：Ixmax=103=262.433(A)单个电容器的额定电流及额定容抗分别为：INC=60.61(A)XNC=10.89()电容器并组的组数应大于m=4.329 则m=5 每组个数应大于 n=4.330 则n=5则电容器组总数量为：3mn=3

31、*5*5=75（个）总容量为：Qc=75*Qcn=75*40*10-3=3.00MVar验算电压损耗：Xc=10.89（）V=11.19（kv）V%=*100%=9.6<6%(高于允许值)当m=5，n=13时：Xc=*10.89（）V=6.68(kv)V%=5.76<6%（符合要求）3mn=3*13*5=195（个） 195Qcn=195*40*10-3=7.8(MVar)若采用并联电容器补偿，为达到同样效果，所需容量为27.604MvarQc串联/Qc并联=7.8/27.604=28.26%可见串联电容器仅为并联电容器的28.26%。4.3利用并联电容器进行无功功率补偿，提高功率因素题目：（1）35KV双电源变电站10KV供电变电站电缆供电负荷位置统计资料如图：说明：数据单位（km）（2）变电站负荷（不含输电线路）反馈资料如下：名称有功负荷（kw）同期启动系数自然功率因数目标功率因数矿机厂13500.920.750.92