浅谈配电网无功补偿问题


1.概述无功补偿
1.1无功补偿原理
所有电感负载均需要补偿大量的无功功率,提供这些无功功率途径有两条:一是输电系统提供;二是补偿电容器提供。如果由输电系统提供,则设计输电系统时,既要考虑有功功率,也要考虑无功功率。由输电系统传输无功功率,将造成输电线路及变压器损耗的增加,降低系统的经济效益。而由补偿电容器就地提供无功功率,就可以避免由输电系统传输无功功率,从而降低无功损耗,提高功率因数。
在高压侧或低压侧均可进行补偿。但如果在低压侧进行补偿,既可减少变压器、输电线路等的损耗,又可提高变压器、输电线路的利用率及提高负载端的端电压,所以补偿电容器的安装越靠近负载端,对用户而言越可获取较大的经济效益。
1.2无功补偿主要作用 (1)提高电网及负载的功率因数,设备设计容量将降低,投资也从而减少。 (2)稳定电网电压,提高电网质量。特别在长距离输电线路中安装合适的无功补偿装置可提高系统的输电能力及稳定性。 (3)减少负荷电流,降低线路电能损耗。 (4)无功补偿挖掘发供电设备潜力。在设备容量不变的条件下,提高功率因数可以少送无功功率,就可以多送有功功率。 (5)在三相负载不平衡的场合,可对三相视在功率起到平衡作用。 (6)无功补偿可以减少用户电费支出,避免因功率因数低于规定值而受罚,同时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。
1.3无功补偿方式及原则
提高功率因数,无功补偿可分为随机随器补偿、分散补偿和集中补偿,应该遵循:全面规划,合理布局,分级补偿,就地平衡;集中补偿与分散补偿相结合,以分散补偿为主;高压补偿与低压补偿相结合,以低压补偿为主;调压与降损相结合,以降损为主的原则。
 
2.配网无功补偿问题分析
随着配网无功补偿技术的发展和普及,从静态补偿到动态补偿,从有触点补偿到无触点补偿,无功补偿在实际配网中的应用也出现一些问题。
2.1谐波问题
电容器与其他设备相比有比较大的区别,就是其具有不同于其他电气设备的容性阻抗特性,以及阻抗和频率成反比的特性。容性阻抗特性,使其能和电网中大部分感性阻抗的电气设备配合而构成谐波谐振或接近谐波谐振的条件。在系统谐振条件下,阻抗和频率成反比的特性,可显着的改变系统的阻抗,起到吸收高次谐波电流而引起电流过载,增加电容器的负担,并且带来的发热和电压升高,也意味着电容器使用寿命的缩短。
因此在投入电容器组时,必须考虑系统谐振问题。只要把不带电抗器的电容器组连接母线,就会出现一特定的并联或串连谐振频率。
2.2无功倒送问题
无功倒送是电力系统不允许出现的现象,由于它会造成主网系统调压困难,变压器的损耗和增加线路,加重线路的负担。在无功补偿装置中都有防止无功倒送的措施,但是实际情况并不乐观。
(1)过去的接触器控制的补偿柜,补偿量三相可调,但是产品中只取一相作为采样及无功补偿分析,在三相不平衡的时候,就会发生无功返送。 (2)采用固定补偿方式则在负荷低谷时造成无功返送。 (3)无功补偿自动装置投入后,长期运行,不调试,装置失灵,发生无功返送。
2.3投切开关的选型问题
采用交流接触器投切电容器的冲击电流大,影响电容器和接触器的使用寿命;用晶闸管投切电容器能解决接触器投切电容器存在的问题,但明显缺点是装置存晶闸管功率损耗,需要安装风扇和散热器来通风与散热,而散热器会增大装置的体积,风扇则影响装置的可靠性,且能耗大。智能低压复合开关是继交流接触器、晶闸管控制器后第三代低压无功补偿电容器的投切器件,其工作原理是将可控硅开关与磁保持继电器并接,实现电压过零导通和电流过零切断,使复合开关在接通和断开的瞬间具有可控硅开关的优点,而在正常接通期间又具有接触器开关无功耗的优点。无涌流、触点不烧结、能耗小。
2.4补偿量的优化
配电变压器补偿量过大不但不经济,而且在变压器空载运行时,负荷较轻时还会造成过补偿,使得功率因数超前,导致无功返送。
防止配变过补偿,补偿容量不能超过配变的无功功率。变压器总的无功功率:
因此,配电变压器低压侧集中补偿的容量应该按照配电变压器额定容量的 8% 配置。
 
3.实施中应注意的问题和建议
3.1运行及产品可靠性
对网内设备的联网、监控是以后配网自动化发展的需要。但是,设备的联网、监控等功能在实际应用中维护量较大,并且对环境等其他要求也比较严格。低压补偿系统越复杂、功能越多,维护工作量就越大。因此在产品选配时应慎重考虑。低压补偿装置的可靠性与电容器投切开关、电容器质量、运行工作条件有关,因此装置中投切开关选型和电容器额定电压选择是关键,必须高度重视。
3.2无功倒送和三相不平衡
无功倒送会增加线路和变压器的损耗,加重线路供电负担。为防止三相不平衡系统的无功倒送,应要求控制器检测、计算三相无功投切控制。固定补偿部分容量过大,容易出现无功倒送。一般动态补偿能有效避免无功倒送。系统三相不平衡同样会增大线路和变压器损耗。对三相不平衡较大的负荷,比如机关、学校等单相负荷多的用户,应考虑采用分相无功补偿装置。并不是所有厂家的控制器都具有分相控制功能,这是工程中必须考虑的问题。
3.3电容器保护和谐波影响
谐波影响会使电容器过早损坏或造成控制失灵,谐波放大会使干扰更加严重。工程中应掌握用户负荷性质,必要时应对补偿系统的谐波进行测试,存在谐波但不超标可选抗谐波无功补偿装置,而谐波超标则应治理谐波。电容器耐压标准为1.1UN,补偿控制器过压保护一般取1.2UN,超过必须跳闸。对于谐波问题可采取加装滤波装置的办法解决,又可分为有源滤波,无源滤波,混合滤波(其实就是有源加无源)。
总之,由于配电网负荷、场合的复杂性,虽然装置容量小、电压低,却有很多值得认真分析和思考的问题。特别是台变补偿在户外,使用环境差,工程上应给予足够的重视。
 
4.结语
通过本文对配网进行无功补偿分析,提高功率因数和搞好无功平衡,可以提高电能质量,也是一种具有建设性的节源降耗的技术措施。 

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