无功补偿装置论文

1、且绝大多数机组也都是这样的。 在电力系统中,不可忽视无功功率的平衡对电压的影响,无功功率的增加或减少,均对系统电压产生较大的波动及增加电能损耗,必须调整无功功率的输出,安装无功补偿装置等均可保持无功功率的平衡,以保持电压在正常范围内,同时减少功率损耗。2、系统的无功功率对电压的影响电力系统中的无功功率电源与无功负荷 在电力系统中,无功功率为电力网络及各种电力设备提供励磁。系统内主要需要感性无功功率，它为变压器和感应电动机提供了励磁电流。无功功率的电源有发电机、高压输电线路、大型同步电动机和补偿装置。其中发电机是最基本的无功功率电源,发电机在额定状态下运行时,可发出的无功功为:QGN = S G

2、N sinN = PGN tanN 电力系统中无功负荷主要为异步电动机,系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定, 它所消耗的无功功率为: QM = Qm + Q = U2 / Xm + I2 X (2)式中:Qm 为励磁功率, Xm 为励磁电抗, Q 为漏抗无功损耗, X 为漏电抗,U 为电动机端电压, I 为定电流。 电力系统无功功率的损耗主要有变压器的无功损耗和输电线路的无功损耗。无功功率对电压的影响 在电力系统运行中,要求电源的无功出力在任何时刻都同负荷的无功功率和网络无功损耗之和相等,即: QGC = QLD QL 下面以一发电机经过一段线路向负荷供电来说明无功电源对电压的影响。略

3、去各元件电阻, 用X表示发电机电抗与线路电抗之和, 等值电路如图1所示,并根据等值电路图作出发电机端电压与负荷侧电压关系的相量图2 : 图1：发电机与负荷关系的等值电路图图2：发电机端电压与负荷电压关系的相量图 根据图2 可以确定发电机送到负荷节点的功率为:P = UIco s =EU* sin/XQ = UI sin = EU*cos/X-U2/X当P 为一定时,得： (3)当电势E 为一定值时, 根据(3) 式可做出无功功率Q 与电压U 的关系图, 如图3 中的曲线1 :由图可知, Q - U 关系是一条向下的抛物线,而负荷的主要成分是异步电动机, 其无功电压特性如图中曲线2 所示。曲线1

4、 与曲线2 的交点a 确定了负荷节点的电压值Ua ,即系统在电压Ua 下达到了无功功率的平衡。图3 无功功率平衡确定电压当负荷增加时, 其无功电压特性如曲线2所示,如果系统的无功电源没有相应增加(即发电机励磁电流不变,电势也就不变) ,电源的无功特性仍然是曲线1 ,这时曲线1 和曲线2的交点a就代表了新的无功平衡点, 并由此决定了负荷点的电压为Ua,显然Ua Ua ,这说明负荷增加后,系统的电源已不能满足在电压Ua 下无功平衡的需要, 因而只好降低电压运行, 以取得在较低电压下的无功平衡。如果发电机具有充足的无功备用, 通过调节励磁电流增大发电机电势E,则发电机的无功特性曲线将上移到曲线的位置

5、,从而使曲线1与曲线2的交点c 所确定的负荷节点电压达到或接近原来的数值Ua 。同样,如果发电机的电势E 增大而负荷没有增加,则由发电机的无功特性曲线与负荷无功特性曲线2 的交点为a,决定了负荷点的电压为Ua,此时, Ua 0 , 表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用;当QRES 0 ,表示系统中无功功率不足,应考虑加设无功补偿装置;当QRES = 0 ,表示系统中无功功率刚好平衡,但当系统有小的干扰时将破坏这一平衡。电力系统中一般要求发电机接近于额定功率因数运行,可按额定功率因数计算发电机所发出的无功功率。此时如系统的无功功率能够平衡, 则发电机就保持有一定的无功备用, 其它的无功补偿装

6、置按额定容量来计算其无功功率。二、无功补偿装置的种类及优缺点的比较大类名称型号工作原理技术指标优点缺点应用场合旋转式无功补偿同步发电机/调相机欠励磁运行，向系统发出有功吸收无功，系统电压偏低时，过励磁运行提供无功功率将系统电压抬高可双向/连续调节；能独立调节励磁调节无功功率，有较大的过载能力其损耗、噪声都很大，设备投资高，起动/运行/维修复杂，动态响应速度慢，不适应太大或太小的补偿，只用于三相平衡补偿，增加系统短路容量适用于大容量的系统中枢点无功补偿静止式静态无功补偿机械投切电容器MSC用断路器接触器分级投切电容 投切时间1030s控制器简单，市场普遍供货，价格低，投资成本少，无漏电流不能快速

7、跟踪负载无功功率的变化，而且投切电容器时常会引起较为严重的冲击涌流和操作过电压，这样不但易造成接触点烧焊，而且使补偿电容器内部击穿，所受的应力大，维修量大适用无功量比较稳定，不需频繁投切电容补偿的用户机械投切电抗器MSR并联在线路末端或中间，吸收线路上的充电功率其补偿度60% 85%防止长线路在空载充电或轻载时末端电压升高不能跟踪补偿，为固定补偿超高压系统(330kV及以上)的线路上静止式动态无功补偿SVC自饱和电抗器SSR依靠自饱和电抗器自身固有的能力来稳定电压，它利用铁心的饱和特性来控制发出或吸收无功功率的大小调整时间长，动态补偿速度慢动态补偿原材料消耗大，噪声大，震动大，补偿不对称电炉负

8、荷自身产生较多谐波电流，不具备平衡有功负荷的能力，制造复杂，造价高超高压输电线路晶闸管投切电容器TSC分级用可控硅在电压过零时投入电容，1020ms无涌流，无触点，投切速度快，级数分得足够细化，基本上可以实现无级调节晶闸管结构复杂，需散热，损耗大，遇到操作过电压及雷击等电压突变情况下易误导通而被涌流损坏，有漏电流需快速频繁投切电容补偿的用户复合开关投切电容器TSC+MSC分级先由可控硅在电压过零时投入电容，再由磁保持交流接触器触点并联闭合，可控硅退出，电容器在磁保持交流接触器触点闭合下运行0.5s左右无涌流，不发热，节能使用寿命短，故障较多，有漏电流一般工厂/小区和普通设备，无功量变化大于30

9、s晶闸管控制电容器TCC采用同时选择截止角和导通角的方式控制电容器电流，实现补偿电流无级、快速跟踪20ms价格低廉，效率非常高产生谐波低压小容量，非常适合广大终端低压用户静止式动态无功补偿SVC晶闸管阀控制高阻抗变压器TCT通过调整触发角的大小就可以改变高阻抗变压器所吸收的无功分量，达到调整无功功率的效果阻抗最大做到85%和TCR型差不多高阻抗变压器制造复杂，谐波分量也略大一些，价格较贵，而不能得到广泛应用容量在30Mvar以上时价格较贵，而不能得到广泛应用晶闸管投切电抗器TSR+FC分级用可控硅作为无触点的静止可控开关投切电抗器功率因数0.95不会产生谐波，而且响应速度快，不会产生冲击电流。

10、分级多成本高，制造复杂，维护繁琐与TSC配合使用在牵引变电所晶闸管控制电抗器TCR通过调整触发角的大小就可以改变电抗器所吸收的无功分量，达到调整无功功率的效果 40ms可以实现较快、连续的无功功率调节，具有反应时间快、运行可靠、无级补偿、可分相调节、能平衡有功、适用范围广结构复杂，损耗大，任何一只SCR击穿，都会使晶闸管整体损坏；对冷却要求严格，设备造价、建设施工及运行维护费用很高，占地面积大，产生谐波等35kV及以下 系统，与FC/MSC/TSC配合磁控可调电抗器MCR采用直流励磁原理，利用附加直流励磁磁化铁心，改变铁心磁导率，实现电抗值的连续可调，改变电抗器感抗电流，以投入的电抗器感性无功

11、容量变化来补偿系统容性无功300ms0.4500kV系统，适用于冲击性负荷：牵引变电站，电弧炉，轧钢机，造船厂高级动态无功补偿SVG新型静止无功发生器SVG动态补偿装置SVG是基于大功率逆变器的动态无功补偿装置，它以大功率三相电压型逆变器为核心，其输出电压通过连接电抗接入系统，与系统侧电压保持同频、同相，通过调节其输出电压幅值与系统电压幅值的关系来确定输出功率的性质，当其幅值大于系统侧电压幅值时输出容性无功，小于时输出感性无功。响应时间10ms，从容性无功到感性无功连续平滑调节除较低次的谐波，并使较高的谐波限制在一定范围内；使用直流电容来维持稳定的直流电源电压，和SVC使用的交流电容相比，直流

12、电容量相对较小，成本较低；另外，在系统电压很低的情况下，仍能输出额定无功电流，而SVC补偿的无功电流随系统电压的降低而降低控制复杂，成本高，35kV以上系统没有产品中低压系统：电力行业，指各大电网公司、省电力公司、各地的供电公司电气化铁道及城市轨道交通行业石化和天然气行业钢铁与冶金行业矿山造船业三、1、 设备构成1、 全数字控制及保护系统功能：实时计算系统无功；产生晶闸管触发信号；监测整套装置运行状态。特点： 1）柜式分层布置，功能化的设计理念，增强系统抗干扰能力。 2）基于美国TI公司DSP的控制单元，采用瞬时无功功率理论的控制算法，确保动态响应时间小于10ms。 开环、闭环综合控制思想，保

13、证高的控制精度。 3）三相控制、分相控制、平衡化控制等多种控制方式灵活选择。2、 高压晶闸管阀组功能：接收晶闸管触发信号；反馈晶闸管运行状态；调节相控电抗器输出电流大小。特点： 1）采用瑞士ABB原装进口晶闸管，开通、关断、触发一致性好，高温特性优良，适合多只串联使用。 2）高电位板集成自取能、BOD保护、丢脉冲保护等功能完善。 3）光电触发、光纤反馈，实现高低电位完全隔离。 4）根据容量的不同，晶闸管采用热管散热器或水冷散热，散热效率高。 5）模块化的设计、框架式的结构，节省空间、便于安装与维护。3、 相控电抗器功能：输出可调的感性无功功率。特点：1）户外、空气自冷。2）干式、空心、环氧树脂

14、包封。3）动、热稳定性能好，绝缘强度高。4、 FC滤波装置功能：提供容性无功功率、滤除特征次谐波。特点：1）金属全膜介质的滤波专用电容器，具有较高的场强和稳定性，并装有内放电电阻。2）滤波电抗器为干式，空芯结构，电感值5%可调，调协准确简单。2、 SVC组成及基本原理 1、SVC由晶闸管控制电抗器（TCR）和无源滤波器（FC）构成，是一种并联连接于电网当中，根据负荷的工作状态快速、自动调节系统无功功率的补偿装置。FC调谐于高次特征谐波频率，形成高次特征谐波电流的短路通道，起到滤波作用；对于基波而言，LC回路又对电网提供了一定容量的容性无功，起到了无功功率补偿作用；FC回路对电网提供的容性无功功

15、率一般按照负荷最大冲击时所需要的补偿容量设计，一旦安装完毕，是不能改变的；它的实际补偿容量与系统基波电压的平方成正比，因此在空负荷运行时就会出现严重过补偿情况。 2、PTCR静止型动态无功补偿单元是向电网提供在一定范围内可调的感性无功功率补偿，用于克服LC回路可能引起的过补偿情况。PTCR静止动态无功补偿单元由三组反向并联的高压晶闸管阀，三组并联电抗器和调节器三部分组成；系统调节器自动跟踪负荷的工作状态，发出与冲击负荷相关的PTCR触发脉冲；脉冲通过光电转换及高压光缆传递给各晶闸管阀；改变触发角，可以改变主抗器的电流量，从而改变回路的感性无功功率，实现了动态补偿的功能，通过PTCR回路对无功功

16、率的跟随作用，使用户流入电网的无功功率趋于一个相对稳定的数值；同时PTCR回路还可以通过调节器调节不平衡负荷的不对称功率分配，抑制电网的三相不平衡。 3、进线电抗器的主要作用是限制负荷相对无功功率波动量，从而限制系统母线的电压波动和闪变。 4、TCR由于只能提供感性的无功功率，因此往往与并联电容器配合使用。并联上电容器后，使得总的无功功率为TCR与并联电容器无功功率抵消后的净无功功率，因而可以将补偿器的总体无功电流偏置到可吸收容性无功的范围内。另外，并联电容器串上小的调谐电抗器还可兼做滤波器，以吸收TCR产生的谐波电流。通过控制与电抗器串联的反并联晶闸管的导通角，既可以向系统输送感性无功电流，

17、又可以向系统输送容性无功电流。由于该补偿装置响应时间快（小于半个周波），灵活性大，而且可以连续调节无功输出。三、主要功能： 提高输电线路供电稳定性。 1.抑制电压波动、闪变。 2.滤除高次谐波。 3.改善功率因数。 4.改善三相不平衡电网。四、工作原理: 1、FC装置和TCR装置并联接入电力系统中。FC装置根据不同的负载情况设计成若干条LC滤波器的形式，提供固定的容性无功功率，吸收特征次谐波；TCR装置跟随负载的变化快速调整与相控电抗器连接的晶闸管触发角，通过改变晶闸管触发角的大小使相控电抗器输出大小可调的感性无功功率，来维持或控制功率因数为1或其它设定值的要求。控制原理公式表述如下：负载所需

18、的无功功率+TCR提供的无功功率FC提供的无功功率=0（设定常数）。五、滤波抗器在无功补偿装置中的作用 1、滤波电抗器与并联电容器组串联使用，组成谐振回路，滤除指定的高次谐波。电抗器是无功补偿装置的重要组成部分之一，并联电抗器用来提供感抗值消耗电力系统过剩 的电容性无功功率，这在电力系统初期输送功率较小的时候以及电力系统后期在每日深夜轻负荷的时候都是十分必要的。因为在上述两种情况下，输电线路的无功功率损耗小，由于电容效应，输电线路产生的无功功率大于输电线路消耗的无功功率，在整个电力系统中存在剩余的无功功率(电容性)，必须安装并联电抗器来消耗这部分剩余的无功功率，满足电力系统无功平衡的需要，维持电力系统的电压水平。否则电力系统的电压过高