浅谈电网无功补偿的要求\原理及设备现状

【摘要】随着电网事业的飞速发展,其运行的可靠性和供电质量越来越受到人们的重视,文中将电网无功补偿的要求、无功补偿的原理、无功补偿的设备特点及现状做一个简单的介绍。

【关键词】电网　无功补偿　功率因数

引言

电压是电能主要质量指标之一。电压质量对电网稳定及电力设备安全运行、线路损失、工农业安全生产、产品质量、用电损耗和人民生活用电都有直接影响。无功电力是影响电压质量的一个重要因素。据此本文就目前国内电网无功补偿要求,有选择性的引用了国家电网的相关文件,同时结合当前电网中的功率因数、补偿原理和补偿设备的现状及市场给予介绍和讨论,以供参考。

1　供电电压的要求及电网功率因数的状况

1.1　国家对电网功率因数的要求

(1)电力系统配置的无功补偿装置,应能保护电压在负荷高峰和低谷运行方式下,分(电压)层和分(供电)区无功平衡,实现分散就地补偿和变电集中补偿相结合;高压补偿和低压补偿相结合,满足电网降损和调压的需要。

(2)220kV及以下的电网电源,安装容量应大于电网的最大无功负荷,一般按最大自然负荷的1.15倍计算。

(3)220kV及以下电压等级的变电所,应根据需要配置无功补偿设备,其容量可按主变容量的0.10-0.30确定。

(4)电力用户应根据负荷特点,设计和安装无功补偿装置,补偿容量的选择应在高峰时变压器的一次功率因数达到0.90 0.95以上。

(5)无功电压工作的基本内容就是使任一时间(适时)和任一负荷的无功总出力(含无功补偿)与总负荷(含无功负荷)保持平衡,并努力降低线损。

(6)35～220kV变电站在主变最大负荷时,其一次功率因数不低于0.95,在低谷时功率因数不高于0.95。

(7)公用电网的无功补偿,以公有配电变压器低压集中补偿为主,补偿高压功率因数到0.95以上。

(8)对用户则按用电量的多少按月进行的功率因数奖罚。

1.2　国家对电网电压的要求

国标GB12325―1990对供电电压质量进行规定,35kV以上供电电压正偏差绝对值不超过额定电压的10%;10kV及以下允许为额定电压的±7%;220kV单相供电电压为额定电压的7%-10%。目前国内110kV以上变电站基本满足国标要求;35kV及以下变电所差距较大;400/220V配电系统问题较大。低谷时电压偏高普遍存在。“供电系统对功率因数的影响尚无严格考核标准,按月考核的要求无任何意义,而按高峰低谷考核,许多变电所不符合要求”。造成这种场面的原因是多方面的,市场上没有合适的无功适时调节设备是主要原因之一。

2　无功补偿的原理,意义及方式

电网中的电力负荷如电动机、变压器等,大部分属于感性负荷,在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后,可以提供感性负载所消耗的无功功率,减少电网电源向感性负荷提供由线路输送的无功功率,由于减少了无功功率在电网中的流动,因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗,这就是无功补偿。

无功补偿的基本原理是:把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路,能量在两种负荷之间相互交换。这样,感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。无功补偿的意义:

(1)补偿无功功率,可以增加电网中有功功率的比例常数。

(2)减少发、供电设备的设计容量,减少投资,例如当功率因数cosψ=0.8增加到cosψ=0.95时,装1kvar电容器可节省设备容量0.52kW;反之,增加0.52kW对原有设备而言,相当于增大了发、供电设备容量。因此,对新建、改建工程,应充分考虑无功补偿,便可以减少设计容量,从而减少投资。

(3)降低线损,由公式P%=(1-cos2ψ/cosψ1)×100%得出,其中cos2为补偿后的功率因数,cos1为补偿前的功率因数则:

cos2cos1,所以提高功率因数后,线损率也下降了,减少设计容量、减少投资,增加电网中有功功率的输送比例,以及降低线损都直接决定和影响着供电业业的经济效益。所以,功率因数是考核经济效益的重要指标,规划、实施无功补偿势在必行。

电网中常用的无功补偿方式包括:

①集中补偿:在高低压配电线路中安装并联电容器组;

②分组补偿:在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器;

④单台电动机就地补偿:在单台电动机处安装并联电容器等。

加装无功补偿设备,不仅可使功率消耗小,功率因数提高,还可以充分挖掘设备输送功率的潜力。

确定无功补偿容量时,应注意以下两点:

①在轻负荷时要避免过补偿,倒送无功造成功率损耗增加,也是不经济的。

②功率因数越高,每千伏补偿容量减少损耗的作用将变小,通常情况下,将功率因数提高到0.95就是合理补偿。

3　国内无功补偿装置的类型及特点

近年来由于国内供电电压及电网功率因数的现状,无功补偿装置引起国内外制造企业的高度重视。有一定规模的企业,都在组织自己的科研力量,一方面自主开发,一方面从国外引进技术,取得了一定成果。一些装置的功能有一定的适用性,但都存在成本和价格相对比较高,同时性能也不完全稳定,缺乏一定的运行经验等弊端,影响其迅速推广应用。其类型和特点主要有如下几个方面:

3.1　同步调相机

同步调相机实际是一种无功负载运行的同步电动机,它在过励磁状态下向电力系统提供感性负载,在欠励磁状态下,提供容性负载。由于它是转动的,所以它有一定的缺点:①安装投资大;②运行费用高;③维护量大。

3.2　电抗器、电容器

其特点是投资相对较小,缺点是容量不能适时调整,经常出现过补和欠补现象,但由于价格便宜,运行费用低,而在电力系统普遍应用。

3.3　分组投切电抗器及电容器组(VQC)

随着电力系统对无功补偿要求的提高,一些地方也出现把电抗器、电容器分成若干个组,按系统无功的需求将其投入或切除。其缺点主要是:①由于电抗器、电容器在投切中会出现过压和涌流,影响其完全运行;②电抗器、电容器仍然不能分的过细,仍然不能满足适时补偿的要求;③目前国内外还没有可以频繁投切的开关,开关需要经常更换,尚不能保证使用安全;④增加了辅助设备的投入(开关、电缆等),另外占地面积较大。

3.4　静止补偿器SVC

将电容、电感改变其无功输出。其最大的特点是将电感、电容等组合在一起,通过晶闸管控单片机、控制大功率晶闸管到投切电容,由于有过零点检测、过零点触发的优点,响应速度快、合闸涌流小,无操作过电压,无电弧重燃,从而解决了接触器拉弧,以至于烧结、损坏装置的不良情况。所以可以频繁投切。其最大的优点是:控制范围大,可以从感性到容性范围变化;其缺点:造价高(一般2Mvar国产的也要1000万元以上,进口更贵);维护复杂,且运行费用高;运行中容易产生高次谐波,造成电网污染。

3.5　磁控式电抗器(MCR)

磁控式电抗器是采用自耦变压原理,通过晶闸管控制导通角,利用直流偏磁,控制铁心磁通的饱和来控制电抗器电感。其结构特点是控制绕组、电抗器绕组容为一体,晶闸管耐压低、功率小并且控制系统简单,系统综合成本低,效率高等优点。其最大的特点是当电网不需要补偿时,电抗器工作在空载状态,流过电抗器的电流小,损耗小,省去投切电抗器的断路器,实现了软断开,因而是一种综合投资、运行成本低廉的新型电抗器,有一定推广价值。目前磁控电抗器由于其原理和结构特点,决定了其主要缺陷是电抗器本体成本高,铁心容易局部过热、噪音比较大等