請問電容補償補償無功功率,使得無功功率變小,那變壓器和電機的磁場是不是也小了呢!
無功補償的基本原理是:把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷並聯接在同壹電路,能量在兩種負荷之間相互交換。這樣,感性負荷所需要的無功功率可由容性負荷輸出的無功功率補償。無功補償的意義:
⑴補償無功功率,可以增加電網中有功功率的比例常數。
⑵減少發、供電設備的設計容量,減少投資,例如當功率因數cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95時,裝1Kvar電容器可節省設備容量0.52KW;反之,增加0.52KW對原有設備而言,相當於增大了發、供電設備容量。因此,對新建、改建工程,應充分考慮無功補償,便可以減少設計容量,從而減少投資。
⑶降低線損,由公式ΔΡ%=(1-cosΦ/cosΦ)×100%得出其中cosΦ為補償後的功率因數,cosΦ為補償前的功率因數則:
cosΦ>cosΦ,所以提高功率因數後,線損率也下降了,減少設計容量、減少投資,增加電網中有功功率的輸送比例,以及降低線損都直接決定和影響著供電企業的經濟效益。所以,功率因數是考核經濟效益的重要指標,規劃、實施無功補償勢在必行。
電網中常用的無功補償方式包括:
① 集中補償:在高低壓配電線路中安裝並聯電容器組;
② 分組補償:在配電變壓器低壓側和用戶車間配電屏安裝並聯補償電容器;
③ 單臺電動機就地補償:在單臺電動機處安裝並聯電容器等。
加裝無功補償設備,不僅可使功率消耗小,功率因數提高,還可以充分挖掘設備輸送功率的潛力。
確定無功補償容量時,應註意以下兩點:
① 在輕負荷時要避免過補償,倒送無功造成功率損耗增加,也是不經濟的。
② 功率因數越高,每千伏補償容量減少損耗的作用將變小,通常情況下,將功率因數提高到0.95就是合理補償
就三種補償方式而言,無功就地補償克服了集中補償和分組補償的缺點,是壹種較為完善的補償方式:
⑴因電容器與電動機直接並聯,同時投入或停用,可使無功不倒流,保證用戶功率因數始終處於滯後狀態,既有利於用戶,也有利於電網。
⑵有利於降低電動機起動電流,減少接觸器的火花,提高控制電器工作的可靠性,延長電動機與控制設備的使用壽命。
無功就地補償容量可以根據以下經驗公式確定:Q≤UΙ0式中:Q---無功補償容量(kvar);U---電動機的額定電壓(V);Ι0---電動機空載電流(A);但是無功就地補償也有其缺點:⑴不能全面取代高壓集中補償和低壓分組補償;眾所周之,無功補償按其安裝位置和接線方法可分為:高壓集中補償、低壓分組補償和低壓就地補償。其中就地補償區域最大,效果也好。但它總的電容器安裝容量比其它兩種方式要大,電容器利用率也低。高壓集中補償和低壓分組補償的電容器容量相對較小,利用率也高,且能補償變壓器自身的無功損耗。為此,這三種補償方式各有應用範圍,應結合實際確定使用場合,各司其職。
美國斯威爾智能電容器能靈活的應用於高壓集中補償、低壓分組補償和低壓就地補償.
就地(分散)補償應用
不需要設置專用的無功補償箱或者無功補償櫃,實現對各種場合的小容量就地補償。
■在用電設備旁放置智能電容器
■在壁掛式配電箱內放置智能電容器
■在工程車間配電設備內(旁)放置智能電容器
■在用戶配變小於100kvar的計量櫃、配電櫃內放置智能電容器
優點:無功補償距離短,節能降損效果顯著,設備接線簡單、維護方便。
配置參考:對於小容量負載,按照負載總功率的25%~40%配置智能電容器容量。
例:壹臺電動機就地補償方案
電動機額定功率:50kW
無功補償容量: 15kvar(10kvar+5kvar)
智能電容器數量:1臺 SWL-8MZS/450-10.5
無功補償級數: 0、5、10、15kvar
低壓分組補償的應用
對戶外配電變進行就地無功補償,直接將設備安裝於柱掛式戶外設備箱內。
優點:體積小、接線簡、維護方便;投資小、節能降損效果顯著。
配置參考:配變無功補償容量壹般為配變容量的25%~40%。
例:戶外配電變壓器應用方案
配變容量:200kVA
無功補償容量:60kvar 2×30kvar(20kvar+10kvar)
智能電容器數量:2臺 SWL-8MZS/450-20.10
無功補償級數:0、10、20、30、40、50、60
安裝在箱變低壓室,根據配電變壓器容量進行補償,選用若幹臺智能電容器聯機使用。
優點:接線簡單、維護方便、成本低、節約空間的顯著特點。
配置參考:箱變無功補償容量壹般為配變容量的25%~40%。
例:箱式變集中補償應用方案
箱變容量:500kVA
無功補償容量:190kvar 4×40kvar(20kvar+20kvar)+ 1×30kvar(20kvar+10kvar)
智能電容器數量:4臺 SWL-8MZS/450-20.20 1臺 SWL-8MZS/450-20.10
高壓集中補償的應用
低壓無功補償智能電容器實現在櫃體內組裝,構成無功自動補償裝置,接線簡單、維護方便、節約成本。
優點:補償效果好,容量可調整性好,接線簡單、故障少、運行維護方便。
配置參考:根據成套櫃補償容量的要求進行配置。
低壓成套櫃配置容量參考:
GGD櫃型
櫃體尺寸:1000mm(寬) ×600mm(深) ×2230(高)mm
可安裝智能電容器數量:20臺 40kvar(20kvar+20kvar)
無功補償總容量:800kvar(40kvar×20)
MNS櫃型
櫃體尺寸:600mm(寬) ×800mm(深) ×2200(高)mm
可安裝智能電容器數量:12臺 40kvar(20kvar+20kvar)
無功補償總容量:480kvar(40kvar×12)
⑵大容量電力電子裝置,普通電容器就地補償不恰當:隨著大型電力電子裝置的廣泛應用,尤其是采用大容量晶閘管電源供電後,致使電網波形畸變,諧波分量增大,功率因數降低。更由於此類負載經常是快速變化,諧波次數增高,危及供電質量,對通訊設備影響也很大,所以此類負載采用就地補償是不安全,不恰當的。因為①電力電子裝置會產生高次諧波,在負載電感上有部分被抑制。但當負載並聯電容器後,高次諧波可順利通過電容器,這就等效地增加了供電網絡中的諧波成分。②由於諧波電流的存在,會增加電容器的負擔,容易造成電容器的過流、過熱,甚至損壞。③電力電子裝置供電的負載如電弧爐、軋鋼機等具有沖擊性無功負載,這要求無功補償的響應速度要快,但並聯電容器的補償方法是難以奏效。
美國斯威爾智能電容器成套設備能滿足惡劣環境下的電容補償要求.美國斯威爾專業開發的功率因數控制器結合智能電容器組,能快速響應電網功率因數突變的問題,毫秒級的捕捉諧波突變.防止過度補償引起的設備損壞.同時美國斯威爾智能電容器成套設備具有諧波抑制能力,破壞電容與系統的並聯諧振,部分吸收系統中的3、5、7次及以上諧波.
⑶電動機起動頻繁或經常正反轉的場合,不宜采用普通電容器就地補償:異步電動機直接起動時,起動電流約為額定電流的4-7倍,即使采用降壓起動措施,其起動電流也是額定電流的2-3倍。因此在電動機起動瞬間,與電動機並聯的電容器勢必流過浪湧沖擊電流,這對頻繁起動的場合,不僅增加線損,而且引起電容器過熱,降低使用壽命。 此外,對具有正反轉起動的場合,應把補償電容器接到接觸器頭電源進線側,這雖能使電容隨電動機的運行而投入。但當接觸器剛斷開時,電容器會向電動機繞組放電,,引起電動機自激產生高電壓,這也有不妥之處。若將補償電容器接於電源側,當電動機停運時,電網仍向電容器供給電流,造成電容器負擔加重,產生不必要的損耗。為此,對無功補償功率較大的電容器,如需接在電源進線側,則應對電容器另外加控制開關,在電動機停運時予以切除。
⑷就地補償的電容器不宜采用普通電力電容器:推廣就地補償技術時,不宜直接使用普通油浸紙質電力電容器,因為其自愈功能很差,使用中可能產生永久性擊穿,甚至引起爆炸,危及人身安全。 應用選型需要考慮的因素
1、諧波含量及分布
配電系統可能產生的電流諧波次數與幅值及電壓諧波總畸變率,根據諧波含量確認補償方案。
2、負荷類型
配電系統現行負荷和非線性負荷占總負荷比例,根據比例確定補償方案。
3、無功需求
配電系統中如果感性負荷比例大則無功需求大,補償容量應增大。
4、符合變化情況
配電系統中若靜態符合多,則采用靜態補償,若頻繁變化負荷多則采用動態跟蹤補償較合適。
5、三相平衡性
配電系統中若三相負荷平衡則采用三相***補,若三相負荷不平衡則采用分相補償或混合補償。
無功補償設計方案參考
基於斯威爾電氣提供的智能無功補償控制器設計的無功補償方案,可參考下述原則。
非線性負荷比率
無功補償設計方案
三相平衡靜態負荷
三相不平衡靜態負荷
三相平衡頻繁變化負荷
三相不平衡頻繁變化負荷
負荷中非線性設備≤15%變壓器容量(主要為線性負荷)
三相***補,復合開關過零投切,
智能電容器:SWL-8MZS
分相補償或混合補償,
復合開關過零投切;
電容器:SWL-8MZF
或SWL-8ZMS
三相***補,可控矽開關動態切換
電容器:SWL-DMZS
分相補償或混合補償,
可控矽開關動態切換;
電容器:SWL-DMZF
或SWL-DZMS
15%<負荷中非線性設備比率≤50%變壓器容量(存在壹定量的諧波)
三相***補
復合開關過零投切
電容回路中串聯6%或12%;濾波電抗
電容器:SWL-LBMZS
分相補償或混合補償
復合開關過零投切
電容回路中串聯6%或12%非調諧濾波電抗
電容器:SWL-LBMZF或SWL-LBMZS
三相***補
可控矽開關動態切換
電容回路中串聯6%或12%非調諧濾波電抗
電容器:SWL-LBDMZS
分相補償或混合補償
可控矽開關動態切換
電容回路中串聯6%或12%非調諧濾波電抗
電容器:SWL-LBDMZF或SWL-LBDMZS
諧波治理目標
破壞電容與系統的並聯諧振,部分吸收系統中的3、5、7次及以上諧波
破壞電容與系統的並聯諧振,部分吸收系統中的3、5、7次及以上諧波
破壞電容與系統的並聯諧振,部分吸收系統中的3、5、7次及以上諧波
破壞電容與系統的並聯諧振,部分吸收系統中的3、5、7次及以上諧波
負荷中非線性設備比率>50%變壓器容量(存在大量諧波)
三相***補
復合開關過零投切
由電容或電抗組成的調諧濾波回路
電容器:SWL-LBMZS
分相補償或混合補償
復合開關過零投切
由電容或電抗組成的調諧濾波回路
電容器:SWL-LBMZF或SWL-LBMZS
三相***補
可控矽開關動態切換
由電容或電抗組成的調諧濾波回路
電容器:SWL-LBDMZS
分相補償或混合補償
可控矽開關動態切換
由電容或電抗組成的調諧濾波回路
電容器:SWL-LBDMZF或SWL-LBDMZS
諧波治理目標
完全吸收3、5、7次及以上電流諧波
完全吸收3、5、7次及以上電流諧波
完全吸收3、5、7次及以上電流諧波
完全吸收3、5、7次及以上電流諧波
無功功率與功率因數
許多用電設備均是根據電磁感應原理工作的,如配電變壓器、電動機等,它們都是依靠建立交變磁場才能進行能量的轉換和傳遞。為建立交變磁場和感應磁通而需要的電功率稱為無功功率,因此,所謂的"無功"並不是"無用"的電功率,只不過它的功率並不轉化為機械能、熱能而已;因此在供用電系統中除了需要有功電源外,還需要無功電源,兩者缺壹不可。無功功率單位為乏(Var)。
在功率三角形中,有功功率P與視在功率S的比值,稱為功率因數cosφ,其計算公式為:
cosφ=P/S=P/(P?+Q?)?
在電力網的運行中,功率因數反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度,我們希望的是功率因數越大越好。這樣電路中的無功功率可以降到最小,視在功率將大部分用來供給有功功率,從而提高電能輸送的功率。
1 影響功率因數的主要因素
(1)大量的電感性設備,如異步電動機、感應電爐、交流電焊機等設備是無功功率的主要消耗者。據有關的統計,在工礦企業所消耗的全部無功功率中,異步電動機的無功消耗占了60%~70%;而在異步電動機空載時所消耗的無功又占到電動機總無功消耗的60%~70%。所以要改善異步電動機的功率因數就要防止電動機的空載運行並盡可能提高負載率。
(2)變壓器消耗的無功功率壹般約為其額定容量的10%~15%,它的空載無功功率約為滿載時的1/3。因而,為了改善電力系統和企業的功率因數,變壓器不應空載運行或長期處於低負載運行狀態。
(3)供電電壓超出規定範圍也會對功率因數造成很大的影響。
當供電電壓高於額定值的10%時,由於磁路飽和的影響,無功功率將增長得很快,據有關資料統計,當供電電壓為額定值的110%時,壹般無功將增加35%左右。當供電電壓低於額定值時,無功功率也相應減少而使它們的功率因數有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設備的正常工作。所以,應當采取措施使電力系統的供電電壓盡可能保持穩定。
無功補償的壹般方法
無功補償通常采用的方法主要有3種:低壓個別補償、低壓集中補償、高壓集中補償。下面簡單介紹這3種補償方式的適用範圍及使用該種補償方式的優缺點。
(1)低壓個別補償:
低壓個別補償就是根據個別用電設備對無功的需要量將單臺或多臺低壓電容器組分散地與用電設備並接,它與用電設備***用壹套斷路器。通過控制、保護裝置與電機同時投切。隨機補償適用於補償個別大容量且連續運行(如大中型異步電動機)的無功消耗,以補勵磁無功為主。低壓個別補償的優點是:用電設備運行時,無功補償投入,用電設備停運時,補償設備也退出,因此不會造成無功倒送。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護簡單、事故率低等優點。
(2)低壓集中補償:
低壓集中補償是指將低壓電容器通過低壓開關接在配電變壓器低壓母線側,以無功補償投切裝置作為控制保護裝置,根據低壓母線上的無功負荷而直接控制電容器的投切。電容器的投切是整組進行,做不到平滑的調節。低壓補償的優點:接線簡單、運行維護工作量小,使無功就地平衡,從而提高配變利用率,降低網損,具有較高的經濟性,是目前無功補償中常用的手段之壹。
(3)高壓集中補償:
高壓集中補償是指將並聯電容器組直接裝在變電所的6~10kV高壓母線上的補償方式。適用於用戶遠離變電所或在供電線路的末端,用戶本身又有壹定的高壓負荷時,可以減少對電力系統無功的消耗並可以起到壹定的補償作用;補償裝置根據負荷的大小自動投切,從而合理地提高了用戶的功率因數,避免功率因數降低導致電費的增加。同時便於運行維護,補償效益高。
采取適當措施,設法提高系統自然功率因數
提高自然功率因數是不需要任何補償設備投資,僅采取各種管理上或技術上的手段來減少各種用電設備所消耗的無功功率,這是壹種最經濟的提高功率因數的方法。
(1)合理使用電動機;
(2)提高異步電動機的檢修質量;
(3)采用同步電動機:同步電動機消耗的有功功率取決於電動機上所帶機械負荷的大小,而無功功率取決於轉子中的勵磁電流大小,在欠勵狀態時,定子繞組向電網"吸取"無功,在過勵狀態時,定子繞組向電網"送出"無功。因此,對於恒速長期運行的大型機構設備可以采用同步電動機作為動力。
異步電動機同步運行就是將異步電動機三相轉子繞組適當連接並通入直流勵磁電流,使其呈同步電動機運行,這就是"異步電動機同步化"。
(4)合理選擇配變容量,改善配變的運行方式:對負載率比較低的配變,壹般采取"撤、換、並、停"等方法,使其負載率提高到最佳值,從而改善電網的自然功率因數。
無功電源
電力系統的無功電源除了同步電機外,還有靜電電容器、靜止無功補償器以及靜止無功發生器,這4種裝置又稱為無功補償裝置。除電容器外,其余幾種既能吸收容性無功又能吸收感性無功。
(1)同步電機:
同步電機中有發電機、電動機及調相機3種。
①同步發電機:
同步發電機是唯壹的有功電源,同時又是最基本的無功電源,當其在額定狀態下運行時,可以發出無功功率:
Q=S×sinφ=P×tgφ
其中:Q、S、P、φ是相對應的無功功率、視在功率、有功功率和功率因數角。
發電機正常運行時,以滯後功率因數運行為主,向系統提供無功,但必要時,也可以減小勵磁電流,使功率因數超前,即所謂的"進相運行",以吸收系統多余的無功。
②同步調相機:
同步調相機是空載運行的同步電機,它能在欠勵或過勵的情況下向系統吸收或供出無功,裝有自勵裝置的同步電機能根據電壓平滑地調節輸入或輸出的無功功率,這是其優點。但它的有功損耗大、運行維護復雜、響應速度慢,近來已逐漸退出電網運行。
③並聯電容器:
並聯電容器補償是目前使用最廣泛的壹種無功電源,由於通過電容器的交變電流在相位上正好超前於電容器極板上的電壓,相反於電感中的滯後,由此可視為向電網"發?quot;無功功率:
Q=U2/Xc
其中:Q、U、Xc分別為無功功率、電壓、電容器容抗。
並聯電容器本身功耗很小,裝設靈活,節省投資;由它向系統提供無功可以改善功率因數,減少由發電機提供的無功功率。
④靜止無功補償器:
靜止無功補償器是由晶閘管所控制投切電抗器和電容器組成,由於晶閘管對於控制信號反應極為迅速,而且通斷次數也可以不受限制。當電壓變化時靜止補償器能快速、平滑地調節,以滿足動態無功補償的需要,同時還能做到分相補償;對於三相不平衡負荷及沖擊負荷有較強的適應性;但由於晶閘管控制對電抗器的投切過程中會產生高次諧波,為此需加裝專門的濾波器。
⑤靜止無功發生器:
它的主體是壹個電壓源型逆變器,由可關斷晶閘管適當的通斷,將電容上的直流電壓轉換成為與電力系統電壓同步的三相交流電壓,再通過電抗器和變壓器並聯接入電網。適當控制逆變器的輸出電壓,就可以靈活地改變其運行工況,使其處於容性、感性或零負荷狀態。
與靜止無功補償器相比,靜止無功發生器響應速度更快,諧波電流更少,而且在系統電壓較低時仍能向系統註入較大的無功。