无功补偿的意义和经济效益的分析.ppt

1、1,无功补偿技术 潘大伟 2012,电网无功补偿实用技术,王向臣 中国水利水电出版社,无功补偿的意义和经济效益的分析 确定无功补偿容量的方法 电力电容器的结构、接线和安装 电力电容器的运行与维护 补偿电容器在运行中的异常现象及预防措施 动态补偿器在电网中的应用 网路调压和谐波分析 电力电容器微机保护 无功补偿容量和安装位置的优化,第一章 无功补偿的意义和经济效益的分析,无功补偿的一般概念 功率因数调整电费 用户最佳功率因数值的确定和改善功率因数的效益分析 无功补偿对电压损失率的影响和无功补偿经济当量,第一节 无功补偿的一般概念,一、电力网络的功率因数,功率因数物理意义：供给线路的有功功率P占线

2、路视在功率S的百分数。 在电力网的运行中，我们所希望的是功率因数越大越好，如能做到这一点，则电路中的视在功率将大部分用来供给有功功率，以减少无功功率的传输。,二、功率因数cos与效率的区别,电动机和变压器的效率：输出有功功率与输入的有功功率的比值，用效率的概念来说明电动机或变压器的有功损耗。 功率因数cos：用来说明在电网和设备之间往复振荡的电场或磁场能量有多少，功率因数越高，说明在电网和设备之间往复振荡的能量越少。,三、设备的自然功率因数和经济功率因数,自然功率因数：指供、用电设备在没有采取任何补偿手段的情况下，设备本身固有的功率因数，或者在没有投入无功补偿装置前，设备本身有功功率与视在功率

3、的比值。 设备自然功率因数的高低，取决于负荷性质和负荷状态。对于电阻性负荷，其功率因数较高，而对于电感性负荷，其自然功率因数就较低。另外，在设备负荷率很低时，其自然功率因数也会低。,2经济功率因数 用户的节能效益和电能质量最佳，支付电费最少的用电功率因数，称为经济功率因数。 整个系统合理的补偿容量应综合考虑两个方面： 为了保证系统正常的运行电压水平，无功电源与无功负荷必须保持平稳并留有必要的备用容量； 按运行费用最小的原则决定用户的经济功率因数。 供电营业规则中规定，无功电力应就地平衡，用户应在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装设无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无

4、功电力倒送。,功率因数要求值： 高压供电的工业用户和高压供电带有负荷调压装置的电力用户，功率因数为0. 90以上。 其他100kVA （ kW ）及以上电力用户和大、中型电力排灌站，功率因数为0.85以上。 趸售和农业用电，功率因数为0.80。 经济功率因数值的确定原则： 因减少了电网传输无功电力所引起的有功损失，而获得年度最大的节约。 因进行无功补偿，使电网输变电设备的送电能力增加最大。 因进行无功补偿所花费的资金，用电能节约的价值回收的年限为最短。,经济功率因数主要取决于用户电压，确定的一般要求： 发电厂直供的，其经济功率因数较低； 距离电源较远，且又经过多级变压器的，其经济功率因数较高；

5、 受电的电压越低，变压的次数越多，其经济功率因数也越高。 一般按供电方式划分的经济功率因数变动范围如下： 供电方式 用户端的经济功率因数值 发电厂直配供电 0. 80. 85 过经23级变压 0. 90. 95 经过34级变压 0. 950. 98 此外，经济功率因数还与供电的距离、用电设备的自然功率因数、用电容量、时间和电价高低等因素有关。,四、提高功率因数的意义 1改善设备的利用率,可见，在一定的电压和电流下，提高cos，其输出的有功功率增大。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方法。 2提高功率因数可减少电压损失,故采用补偿电容提高功率因数后，电压损失U减小，改善了电

6、压质量。,3减少线路损失,可见，线路有功损失P与cos2成反比。 cos越高，则P越小。 4提高电力网的传输能力,可见，在传送一定有功功率P的条件下，cos越高，所需视在功率越小。 五、补偿度,第二节 功率因数调整电费,一、关于功率因数调整电费方法的规定 （1）鉴于电力生产的特点，用户用电功率因数的高低，对发、供、用电设备的充分利用，节约电能和改善电压质量有着重要影响，为了提高用户的功率因数并保持其均衡，以提高供、用电双方和社会的经济效益，特制定本办法。 （2）功率因数的标准值及其适用范围： 功率因数标准0. 90，适用于160kVA以上的高压供电工业用户（包括乡镇工业用户）、装有带负荷调整电

7、压装置的高压供电电力用户和3200kVA及以上的高压供电电力排灌站。 功率因数标准0. 85，适用于100kVA（kW）及以上的其他工业用户（包括乡镇工业用户）、100kVA （kW）及以上的非工业用户和100kVA （kW）及以上的电力排灌站。,功率因数标准0. 80，适用于l00kVA （kW）及以上的农业用户的趸售用户，但大工业用户计划由电业直接管理的趸售用户，功率因数标准应为0. 85。 （3）功率因数的计算： 凡实行功率因数调整电费的用户，应装设带有防倒装置的无功电能表，按用户每月实用有功电量和无功电量，计算月平均功率因数。 凡装有无功补偿设备且有可能向电网倒送无功电量的用户，应随其

8、负荷和电压变动及时投入或切除部分无功补偿设备，电力部门应在计费计量点加装带有防倒装置的反向无功电能表，按倒送的无功电量与实用无功电量两者的绝对值之和，计算月平均功率因数。 根据电网需要，对大用户实行高峰功率因数考核，加装记录高峰时段内有功、无功电量的电能表，由试行的省、直辖市、自治区电力局或电网管理局拟订办法，报水利电力部审批后执行。,（4）电费的调整。 根据计算的功率因数，高于或低于规定标准时，在按照规定的电价计算出其当月电费后，再按照“功率因数调整电费表” 所规定的百分数增、减电费。如用户的功率因数在 “功率因数调整电费表”所列两数之间，则以四舍五入计算。 （5）根据电网的具体情况，对不需

9、增设补偿设备，用电功率因数就能达到规定标准的用户，或离电源点较近、电压质量较好、无需进一步提高用电功率因数的用户，可以降低功率因数标准值或不实行功率因数调整电费的办法，但须经省、市、自治区电力局批准，并报电网管理局备案。降低功率因数标准的用户的实际功率因数，高于降低后的功率因数标准时，不减收电费，但低于降低后的功率因数标准时，应增收电费。,三、按功率因数调整电费的目的和实施办法 两部制电价：基本电费+电量电费+按功率因数调整电费 1实行功率因数调整电费的目的 提高用户的功率因数，不但可以充分发挥发、供电设备的生产能力、减少线路损失、改善电压质量，而且可以提高用户用电设备的工作效率和节约电能。为

10、合理地使用国家的能量资源充分发挥发、供电设备的生产能力，特制定按功率因数调整电费办法。 2按功率因数调整电费的办法 （1）按照规定的电价计算出当月的基本电费和电量电费。 （2）再按照功率因数调整电费表所订的百分数增减计算。,（3）计算用户的功率因数采用加数平均值，即以用户在一个月内所消耗的有功电量W和无功电量Q进行计算，即 如果用户的平均功率因数在功率因数调整电费表所列数字之间，以四舍五入计算。如0. 855四舍五入为0.86、0.754四舍五入为0.75。 3功率因数调整电费计算公式 现以功率因数标准0. 85为例，来说明增收功率因数调整电费百分值计算公式的建立方法。 当实际功率因数值在0.

11、 650.85之间，从表发现：功率因数每降低0. 01，则功率因数调整电费的增收率增加0. 5%，用公式表示则为 (0. 85 - cos)50%=50(0.85 - cos)%,例：cos=0.79，则功率因数调整电费的增收率为 50(0. 85-0. 79)%=3% 当实际功率因数在0. 60. 65之间时，功率因数每降低0. 01，则调整电费的增收率增加1%，于是有 (0. 65-cos)+0.1=0. 75-cos =50(1.5-2cos )% 例：cos=0.63，则功率因数调整电费的增收率为 50(1. 5-20.63) % =500.24%=12%,四、现代功率因数调整电费办法

12、存在的问题 1免费供应的无功电力比例过大 对一般工业用户而言，要求功率因数为0. 85，即对于供应1MWh有功电量，则免费供应无功电量为619kvarh。这种搭配比例已不适应大电力系统的发展，因为大电网的超高压输变电设备，输送无功的损耗很高，并且随负荷波动其变化很大。因此需要考虑自动调整的无功补偿，并要求无功电力就地供应。 2对超用或少用无功电量的用户计费方法不合理 若功率因数的标准为0. 85，欲使其从0.85提高到0.86，则当用户的有功电量为100MWh，需补偿无功电量为 Q=W (tanl - tan2)=106(0. 6197-0. 593) =2670kvarh 可是，按规定其减收

13、电费为0.5%。而若使coscp从0.95提高到0.97，则需补偿无功电量为 Q=W(tanl tan2)=106(0. 3287-0. 2506) =7810kvarh 按规定只得到减收电费为0.2%。在客观上形成不支持用户把功率因数提高到0. 95以上。,3不适当的鼓励造成电费收入减少 对大工业用户，要求其功率因数为0. 90，当用户装设少量的无功补偿设备时，使其cos达到0.905，按照四舍五入的原则，则可使cos折算为0.91，这时用户则可得到0.15%减收电费的利益。对于供电部门来说，这是少收电费的漏洞。 4无功倒送造成电费收入减少 按照功率因数调整电费的办法规定，安装在用户的无功电

14、能表应加装防倒装置，对用户倒送的无功电量不作扣除或不作统计。有些供电单位对这一规定执行不严，给电费收入造成损失。从道理上来说，仅装防倒装置是不够的，还应考虑加装倒送无功电量的计量，对倒送无功电量进行收费。这是因为，用户倒送无功的时间，绝大多数是电网无功过剩的时间，这将给电网带来很大的功率负担和额外线损，并对电网造成过电压危害，迫使安装电抗器，以便就近吸收，由此造成电网的投资增加。可见，电业部门对用户倒送无功收取一定的费用是合理的。,5关于民用电气设备的无功补偿问题 目前，我国城市和农村生活用电不断增长，但民用电器的功率因数很低，大多数民用电器不带补偿装置，特别是日光灯。供电部门和政府有关部门应

15、对民用电器生产实行严格的监督，要求cos应不低于0.95，否则将不颁发产品合格证。对未装补偿的民用电器应另行拟定收费办法。 五、用户电费调整办法分析 现行的无功电价是按有功电价的一定比例来收取的，即,设增、减收电费的百分数为f，即,对大工业用户，功率因数要求为0.95，B值可采用8+12K，故增收电费百分数为,对用户的实收电费为,对普通工业用户，功率因数要求为0.9，则增收电费百分数为f=(8+12K)(K-0. 4843)%；当功率因数要求为0.85，则,对农电用户，功率因数要求为0.8，而B= (6+10K)，故,例：对普通工业用户，若功率因数标准为0. 85现实功率因数为0.72，K=0

16、. 963，于是,而按表2-2所示取为6.5%，造成上述差别的原因是,K与cos不是简单的反比关系，故随着功率因数等差下降，增收百分数等差上升的计算是不合理的。,第三节 用户的最佳功率因数值的确定和改善cos的效益分析,一、最佳cos值的确定 1问题的提出 用户改善cos可以少付电费，因此改善功率因数对电网有利，自然对用户也有利。可是为改善功率因数，用户必须付出一定的投资。问题的焦点是，将cos提高到何种程度其受益最大。这就是确定最佳cos值或者经济功率因数的含义。 2当有功功率不变时的情况 设用户的有功功率为P，改善前、后的功率因数分别为cos1、cos2。改善前、后视在功率的变化量为：,若

17、1kVAh应付电费为x元，则改善后用户的经济效益为,补偿装置发出的无功功率为,假定1kVA的无功补偿装置的年摊销成本为Y元，则用户的补偿费用为：,改善后，用户的经济效益为,为效益最大，将上式对2求导，并命其为0，有,可见，对用户来说，最佳功率因数角2，与原功率因数角1 无关，其值决定于供电与补偿装置的成本。 3当视在功率不变的情况 现在假定用户对有功负荷的要求有所增加，即由P增至P+P。获得P的方法是提高功率因数。在S不变的情况下，P为,但为获得P大小的有功增量，补偿装置必须能发出Q大小的无功，且,故用户的补偿费用为：,二、改善cos用户的受益分析,例2-1：某用户原来功率因数cos=0.75

18、，视在功率为800kVA，年用电时间T=3000h，收费按两部制电价。试确定： （1）该用户的年支付电费。 （2）欲使cos提高至0.95，需装设的补偿容量。 （3）若补偿装置1kvar的投资为60元，投资按每年10%回收，无功补偿装置的损失为其额定容量的3%。求安装补偿装置后，企业所获得的年效益。 解：已知,今设所装电容器为xkvar，经补偿后，其无功功率为529.01-x=Q2，而用户的有功功率为P2=600+0. 03x，于是,因为cos2=0.95，tan2=0.3287。,（1）补偿前用户年支出电费： 1）基本电费：按最大负荷收取，1kVA收取值为180元年,2）电量电费：1kWh为

19、0.209元,3）用户的总支付电费为,（2）补偿后用户的年支出费用 1）补偿后的视在功率和基本电费为,2）补偿后电度电费为,3）支付资产折旧费为,4）总支付费用为,5）补偿后的经济效益为,例2-2：配电网无功补偿算例 （1）无功补偿的原理：在电网中，线路或变压器的可变功率损耗为,当负荷的功率因数由1降至cos时，有功损耗将增加的百分数,因此，提高负荷的功率因数与降低线损的关系为,当功率因数cos1=0.6，提高到cos2=0.92时，可变损耗降低60%；当cos1=0.8，提高到cos2=0.95时可变损耗降低29%,（2）无功补偿的降损计算。 无功补偿后到底能降低多少损耗，这是最值得关心的问

20、题。一般说来，常见的无功补偿造价在6070元/kvar之间。对于一个主变容量为15000kVA的35kV变电所，加装3000kvar的电容补偿装置，意味着一次性直接投入20多万元。,段：功率S1=9. 2MVA 段：功率S2=11. 7MVA,在未装补偿前，该变电所主变功率因数为0. 75： 段线路的全年损失电量为：,段线路的全年损失电量为,整条线路全年损失电量总和为,若在该变电所10kV侧加装3000kvar的补偿后电容器，主变的功率因数将由0.75提高到0. 91，可使线损降低值为,即加装3000kvar的补偿后，可使线损下降32%，即减少损失电量为,（3）经济效益分析。从前面的计算可知，

21、每年可少损失电量64. 32万kWh，其效益可参考现行电价估算如下：,1）全年直接减少损失，增加纯利润,2）力率调整由罚变奖，增加纯收入。补偿前该线路全年总电量,由于功率因数为0. 75，低于0.85，故应罚力率调整款,补偿后,由于功率因数为0. 91，大于规定的0.85，故奖励21.3万元。 实际增加纯收入：A=A1+A2=34.8万元。 合计增收：M+A=66. 96万元。 综上所述：投资20多万元，一年就能获得66. 96万元的增收。不仅4个月就能收回投资，而且取得长久的明显经济效果。,例23：提高功率因数对于企业经济效益的算例。 国家对不同用户规定了相应的功率因数，所规定的标准功率因数值，是用户应达到的最低界限，而不是用户用电时实际的功率因数值。 根据国家现行电价的规定，用户功率因数分别以0.9、0. 85、0.8为基础。当功率因数超过这些值时，可按比例减少电费；当功率因数低于这些值时，要按比例增加用户当月电费。,例：某35kV用电的硅铁厂，变压器容量为6300kVA，