低压电力系统中无功补偿的方法＼作用与效果分析

低压电力系统中无功补偿的方法＼作用与效果分析

摘 要本文从电力系统中无功补偿的作用、低压无功补偿方法、补偿容量的选择、无功补偿效益核算等方面进行了分析、探讨,说明无功补偿也是一项很好的节能技术措施。

关键词低压电力系统;无功补偿;方法;作用与效果

对于电力系统的无功补偿来说,实质上它就是借助于无功补偿设备,给电网提供必要的无功功率,以提高系统的功率因数,降低电能的损耗,改善电网电压质量。但是,从电网无功功率消耗的基本状况来看,各级网络和输配电设备,都要消耗一定数量的无功功率,尤其是以低压配电网所占的比重最大。为了能最大限度的减少无功功率的传输损耗,提高输配电设备的效率,无功补偿设备的配 置、布局应合理,按照“分级补偿,就地平衡”的原则进行。

1低压无功补偿方法

在低压配电网的无功补偿中,主要有随机补偿、随器补偿和跟踪补偿三种方法。随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接,通过控制、保护装置与电机,同时投切;随器补偿是指将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧,以补偿配电变压器空载无功的补偿方式;跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置,将低压电容器组补偿在大用户0.4kv母线上的补偿方式。它比较适用于100kVA以上的专用配变用户,又可以替代随机、随器两种补偿方式,且补偿效果也好。

2补偿容量的选择

在无功补偿以提高功率因数为主要目的时候,补偿容量的选择分两大类,也就是单负荷就地补偿容量的选择(主要指电动机)和多负荷补偿容量的选择(指集中和局部分组补偿)。

2.1 单负荷就地补偿

在美国,补偿容量按照Qc=(1/3)Pe 计算;日本按Qc=(1/4-1/2)Pe 计算;瑞典按Qc≤UeIo×10-3 (kvar)Io-空载电流=2Ie(1-COSφe )计算。

若电动机带额定负载运行,即负载率β=1,则Qo根据电机学知识可知,对于Io/Ie较低的电动机(少极、大功率电动机),在较高的负载率β时吸收的无功功率Qβ与激励容量Qo的比值较高,即两者相差较大。考虑导线较长,无功经济当量较高的大功率电动机以较高的负载率运行方式下,该式来选取是比较合理的。

按电动机额定数据计算时,有下式:

Q= k(1- cos2φe )3UeIe×10-3 (kvar)

式中:K为与电动机极数有关的一个系数 。当极数分别为2、4、6、8、10 时,K值分别为 0.7、0.75、0.8、0.85、0.9 。

在考虑负载率及极对数等因素时,按上式选取的补偿容量,在任何负载情况下都不会出现过补偿,而且功率因数可以补偿到0.90以上。这种方法在节能技术上被广泛的应用,特别适用于Io/Ie比值较高的电动机和负载率较低的电动机。但是,对于Io/Ie较低的电动机额定负载运行状态下,它的补偿效果就差了。

2.2多负荷补偿

多负荷补偿容量的选择是根据补偿前后的功率因数来确定的。

1)对已生产的企业,欲提高功率因数,其补偿容量Qc应按下式选择:

Qc=KmKj(tgφ1-tgφ2)/Tm

式中:Km为最大负荷月时有功功率消耗量,可从有功电能表中读得;Kj为补偿容量计算系数,可取0.8-0.9;Tm为企业的月工作小时数;tgφ1、tgφ2是指负载阻抗角的正切,tgφ1=Q1/P,tgφ2= Q2/P;tgφ(UI)可由有功和无功电能表读数求得。

2)对处于设计阶段的企业来说,无功补偿容量Qc可按下式选择:

Qc=KnPn(tgφ1-tgφ2)

式中:Kn为年平均有功负荷系数,一般取0.7～0.75;Pn为企业有功功率之和;tgφ1、tgφ2意义同前。tgφ1可根据企业负荷性质查手册近似取值,也可用加权平均功率因数求得cosφ1。

总体说,多负荷的集中补偿电容器安装简单,运行可靠、利用率较高。

3无功补偿效益核算

在现代用电企业中,对于数量众多、容量大小不等的感性设备连接在电力系统中时,电网传输功率除有功功率外,还需无功功率。多数自然平均功率因数都在0.70-0.85之间。企业消耗电网的无功功率约占消耗有功功率的60%-90%。若想把功率因数提高到0.95左右,则无功消耗只占有功消耗的30%左右。这说明减少了电网无功功率的输入,就会给用电企业带来显著的经济效益。

3.1节省企业电费支出

提高电力系统的功率因数,对企业的直接经济效益是明显的,因为国家电价制度中,从合理利用有限电能出发,对不同企业的功率因数规定了要求达到的不同数

值。低于规定的数值,需要多收电费;高于规定数值,可相应地减少电费。所以说无功补偿,不但能减少初次投资费用,而且还能减少了运行后的基本电费。

3.2降低系统的能耗

因补偿前后线路传送的有功功率不变,即根据P= IUCOSφ可知,由于COSφ的提高,补偿后的电压U2就稍大于了补偿前电压U1。为分析方便起见,我们可认为U2≈U1,从而导出I1COSφ1=I2COSφ2。即I1/I2= COSφ2/ COSφ1,这样线损 P减少的百分数就为:

ΔP% = (1-I2/I1)×100% =(1- COSφ1/ COSφ2)× 100%

从上式就可以计算出当功率因数从0.70～0.85提高到0.95时,有功损耗降低率为20%-45%。

3.3改善电压质量

假如在线路末端,只有一个集中负荷。其线路电阻、电抗分别为R、X,有功、无功功率分别为P、Q,则电压损失ΔU为:

△U=(PR+QX)/Ue×10-3 (KV)

这两部分损失分别为:PR/ Ue为输送有功负荷P产生的;QX/Ue由输送无功负荷Q产生的。

配电线路:X=(2-4)R,△U大部分为输送无功负荷Q产生的 。

变压器:X=(5-10)R,QX/Ue=(5-10) PR/ Ue ,变压器的△U几乎全为输送无功负荷Q所产生的。

从上式可以看出,若减少无功功率Q,则有利于线路末端电压的稳定,有利于大电动机的起动。

3.4电动机地补偿后效果

当三相异步电动机实施就地补偿以后,由于电流的下降,功率因数的提高,从而也增加了变压器的容量,计算公式如下:

△S=P/ COSφ1×[( COSφ2/ COSφ1)-1]

如一台额定功率为155KW水泵的电机,补前功率因数为0.857,补偿后功率因数为0.967。按上式计算,其增容量为:(155÷0.857) ×[(0.967 ÷0.857)-1] = 24 KVA

4结语

通过以上的分析计算可知,在配电网中实施无功补偿,能有效提高功率因数,再对无功进行优化,的确是一项很好的节能技术措施。就前述三种无功补偿的方法和两种无功功率补偿容量的选择方法,以及无功补偿后的效果与影响,在实际设计与工作中,要通过具体性的分析,将无功补偿达到最佳效果,实现最大效益化。

参考文献

[1]曹光祖.应系统的重视分散和终端无功补偿[J].电压电器,1999,5.

[2]戴晓亮.无功补偿技术在配电网中的应用[J].电网技术,1999,23,6.