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        電氣工程技術

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        高低壓節能控制系統淺論低壓無功補償必要性與方法

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        高低壓節能控制系統淺論低壓無功補償必要性與方法

        發布日期:2016-11-09 00:00 來源:http://www.islamicfaces.com 點擊:

        低壓節能控制系統淺論低壓無功補償必要性與方法


        本文主要從無功補償的作用、工作原理、意義、補償方法的確定等多個方面, 詳細介紹了低壓無功補償的設計問題, 闡述了電氣設計的最優化、規范化知識,對于電氣施工安裝實踐具有重要的指導作用。


          1 引言


          當今社會能源成本的不斷上升,無功補償可以改善電能質量,降低電能損耗,低壓節能控制系統減少用戶的電費支出,是一項投資少,收效快的節能措施。而且在工廠供電系統中,絕大多數用電設備都具有電感的特性。(諸如:感應電動機、電力變壓器,電焊機等)這些設備不僅需要從電力系統吸收有功功率,還要吸收無功功率以產生這些設備正常工作所必需的交變磁場。然而在輸送有功功率一定的情況下,無功功率增大,就會降低供電系統的功率因數。因此,功率因數是衡量企業供電系統電能利用程度及電氣設備使用狀況的一個具有代表性的重要指標。而如何進行是本文要探討的課題


          2 國內外的研究現狀


          目前在國內電網采用的電容補償技術主要是集中補償與就地補償技術。就地補償技術主要適用于負荷穩定,不可逆且容量較大的異步電動機補償,其它各種場合仍主要采用集中補償技術。常用的補償裝置有同步調相機和靜止補償裝置,早期的無功功率補償裝置主要為同步調相機,多為高壓側集中補償。靜止補償器的基本作用是連續而迅速地控制無功功率,即以快速的響應,通過發出或吸收無功功率來控制它所連接的輸電系統的節點電壓。 在我國電力工業發展過程中,因多年“重發電,輕供電”思想的影響,造成電網建設落后,結構不合理,導致城市和農村配電網無功補償不足,電能質量不高等。系統無功對電壓影響大。無功功率的不足或過大,將引起系統電壓的下降或上升,從而造成電能的損失和浪費十分嚴重。從微觀角度看,隨著電網容量的擴增,用戶家用電器感性負載的不斷增加,使得城市配電網公用變低壓側功率因數較低。從宏觀角度來看,低壓節能控制系統整個電網的無功潮流分布不平衡,目前國內無功補償主要采用變電站集中補償和企業就地補償兩種形式。這兩種形式都是基于某一個采樣點的無功情況進行補償,不能綜合考慮整個電網的實時運行情況,而無功潮流在整個電網上是動態分布的,傳統的補償方法無法解決無功潮流分布不平衡,電壓波動大等問題。目前主要存在問題是控制規律簡單,抗干擾能力差,由于戶外工作環境相對惡劣,裝置的可靠性和控制精度難以滿足現場運行的要求,不具備通訊功能,不能實現全電網的無功優化對電能質量進行在線監視,此外還存在著采用有觸點繼電器進行電容器投切控制時產生的電網波動大,無功功率補償產品的工作壽命低的缺點,難以滿足現代化電力系統“綠色”環保的需要。 隨著電力電子技術,特別是大功率可開斷器件技術的發展,國外開發不同結構類型的靜止無功功率補償裝置。無功補償系統的安裝都是基于全電網的無功平衡和最優效率,一般包括電網重要節點補償和設備就地補償兩種。補償系統都采用先進的電腦控制,自動化程度高。 對比國內外在補償技術上的差距,根據我們電力系統的現狀,迫切需要我們對無功補償技術進行更進一步的研究和設計。


          3 無功補償的工作原理


          所有交流電網消耗兩種類型的功率:有功功率(kW)和無功功率(kvar):


         ?。?)有功功率 P (kW) 是實際傳輸給電力負荷的能量,電力的有功功率轉化為機械動力、熱和光,如:電機、燈具、加熱器和電腦等


         ?。?)無功功率Q (kvar) 僅用驅動設備的磁場,實現電場與磁場的轉換。產生無功功率的設備,如:電機和變壓器等。


         ?。?)視在功率S(kVA)是有功功率和無功功率矢量合。


          電網的無功功率循環,具有重要的技術和經濟效應。對相同的有功功率P,較高的無功功率意味著更高的視在功率和更高的電流。隨著時間的推移,有功功率的循環會產生有功能量(kW時),隨著時間的推移,無功功率的循環會產生無功能量(kW時)。在一個電路中,除了有功的能量,還需要提供無功的能量。


          正是由于這些原因,在負荷層面產生無功能源來避免不必要的網絡電流循環,這就是所謂的“功率因數校正”。通過電容器的連接可以得到這種校正,電容器能夠補償被負載(如:發電機)所消耗的無功能量。其結果就是視在功率降低,功率因數提高,如下圖1所示。發電和輸電網絡被部分補償,減少功率損耗,使更多的傳輸能力可用。


          4 無功功率補償的意義


          4.1優化的無功功率補償帶來經濟效益和技術優勢。


          電費單上能夠體現的節省,排除無功電能的損失,低壓節能控制系統并且減少視在功率的需求,減少由變壓器和導線安裝所產生能量損失。例如630kVA的變壓器損失減少:PW = 6,500W,初始功率因數= 0.7。通過功率因數校正,我們得到最終功率因數= 0.98。能量損失變成:3316W,即減少49%。


          4.2增加可用功率


          應用一個提高功率因數的設備,可以優化電力設備。低壓變壓器的可用功率可以靠在低壓側合適的功率因數校正設備來提高。


          4.3縮少安裝尺寸


          安裝功率因數校正工具可以使導線的橫截面減小,因為對應相同的有功功率,補償設備會吸收更少的電流。


          4.4降低設備的壓降


          安裝電容器,可以使功率因數校正設備連接點以上的電壓降減少。這樣可以避免網絡過載,并且使諧波減少,降低您的成本。


          5 確定補償的方法


          5.1所需無功功率的計算


          其目的是為了確定需要補償的無功功率Qc(kvar),以提高功率因數cosφ,并減少視在功率S。


          當φ' < φ時,我們得到:cosφ ' > cosφ 和 tgφ' < tgφ。如圖1所示


          Qc可以由圖1推斷出的公式來確定:Qc = P. (tgφ - tgφ ')。   Qc:電容器組的功率,單位:kvar


          P:有功功率,單位:kW


          tgφ:補償之前,相位角φ的正切


          tgφ' :補償之后,相位角φ的正切


          5.2補償方式的選擇


          低壓電容器的安裝位置,確定了補償方式。低壓節能控制系統補償方式可能是集中補償(對全部設備)、分支補償(一個支路)、就地補償(對單個負載),或者是后兩者的組合方式。原則上,理想的補償方式應用于能量消耗點上,并且實時達到所需能量值。但在實際應用當中,技術和經濟因素會制約補償方式的選擇。電容器組在配電網絡中的連接位置,由以下因素決定:


         ?。?) 全部補給對象(避免無功電能的損失,減少變壓器或電纜,避免電壓降)


         ?。?)工作方式(波動負載的穩定)


         ?。?) 預知電容器給配電網絡帶來的影響


         ?。?)設備成本


          5.2.1集中補償


          電容器組安裝在需要補償的設備的首端,以便為下級全部設備提供無功電能。這種


          配置適用于穩定且連續的負載系數。


          5.2.2分支補償


          電容器組安裝在饋電首端,為某一特定設備組提供補償。這種配置十分方便大型設


          備。這種配置適用于負載系數不同的大面積車間廠房。


          5.2.3對單一負載的就地補償


          電容器組安裝在單一負載的進線端(特別是大型電機)。這是一種理想的配置,因為無功電能產生在真正需要的地方,并可以按照需求進行調節。


          5.3電容器的控制方式選擇


          根據性能需求和控制的復雜程度,選擇不同的補償方式:


          5.3.1定值補償:無需調節,連接一個定值電容器組。電容補償容量≤15% Sn(變壓器容量)


          該方式使用一個或多個電容器來提供一個恒定的補償??刂品绞接校?/p>


         ?。?)手動:由斷路器或負荷開關來切換


         ?。?)半自動:由接觸器來控制


         ?。?)直接連接到一臺設備并切換這個連接


          這些電容器應用于:


         ?。?)電感負載終端(主要是電機)


         ?。?)在提供眾多小型馬達和個別賠償的費用太昂貴歸納電器母線


         ?。?)在負載情況下的因素是合理的常數


          5.3.2自動調節補償:電容器分多步投切來達到要求。電容補償容量 > 15% Sn(變壓器容量)


          這種補償方式提供自動控制,低壓節能控制系統并根據設備的變化提供適當的無功功率來保持特定的功率因數。該設備應用于有功功率和/或無功功率變化相對較大的位置,例如:


         ?。?)在主配電盤的母線處


         ?。?)在大量饋線的終端


          5.3.3根據工作環境和諧波影響,合理選擇電容器


          需要根據工作環境選擇耐受程度不同的電容器。


          工作環境對電容器的壽命有很大影響,選擇電容器時要遵循下列參數:


         ?。?)環境溫度 (?C)


         ?。?)需要考慮過電流、相關的電壓擾動,包括最大的持續過電壓值


         ?。?)每年最多的切換運行次數


         ?。?)要求的平均壽命


          考慮諧波,根據不同的強度推薦不同的方案:


         ?。?)標準型電容器:適用于輕度諧波污染環境


         ?。?)過諧型電容器:適用于中度諧波污染環境,特別是電壓擾動環境


         ?。?)調諧型電容器:與調諧電抗器配合使用,適用于重度諧波污染環境(大量非線性負載)。電抗器是必要的,以限制諧波電流循環,同時避免共振


         ?。?)調諧濾波器:當網絡中主要都是非線性負載時,要求抑制諧波?;诂F場網絡測量和計算機仿真,需要特殊設計。


          6 結論


          綜上所述,不論是從節約電能,提高供電質量,低壓節能控制系統還是從提高供電設備的供電能力而言,都必須對供電電網和設備進行無功補償,以便改善功率因數,提高系統的供電能力,使供電用電系統在經濟合理狀態下運行。


        低壓節能控制系統

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