變電站無功補(bǔ)償?shù)闹匾?/h1>
2012-08-15 00:52:53翟立軍
科技傳播 2012年15期
翟立軍
寧夏石嘴山供電局，寧夏石嘴山 753000
現(xiàn)在電力部門面臨著一個(gè)重要的問題除了安全運(yùn)行之外，如何更加經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行電力系統(tǒng)也成了電力部門最實(shí)際的問題，這也是因?yàn)榻?jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，各個(gè)行業(yè)快速成長(zhǎng)，用電量也在猛增，電網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行就逐步成了現(xiàn)在受重視的問題，如何使得電網(wǎng)消耗最低，提高整體電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性就成了現(xiàn)代電力部門最主要的研究方向了。最主要的手段就是對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行無功功率優(yōu)化和無功功率補(bǔ)償，這也是電力系統(tǒng)施行經(jīng)濟(jì)運(yùn)行最主要的兩個(gè)組成部分，這兩個(gè)措施要是實(shí)施到位，能夠?qū)o功電源進(jìn)行合理的配置和補(bǔ)償無功負(fù)荷，就能夠保持電壓穩(wěn)定和整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，也能夠有效地降低電網(wǎng)損耗，使得電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行模式。
1 無功補(bǔ)償在變電站中的作用
功率可分為兩個(gè)組成部分，一個(gè)是有功功率，另一個(gè)是無功功率，有功功率是能使得我們?nèi)粘ＴO(shè)備正常運(yùn)行所需要的電功率，這是日常設(shè)備要想轉(zhuǎn)化成人們所需的能量就需要有功功率來完成，比如說機(jī)械能、光能、熱能等；無功功率就是用來輔助我們用電設(shè)備工作時(shí)消耗的電能，主要是在建立磁場(chǎng)上面，設(shè)備的機(jī)能轉(zhuǎn)換都需要建立磁場(chǎng)才可以進(jìn)行傳遞和轉(zhuǎn)化，它們的運(yùn)行消耗的就是無功功率，要知道無功功率不存在設(shè)備就不能正常運(yùn)行，但是也要認(rèn)識(shí)到，無功功率也是要消耗很多能量的，這是我們不想看到的，因?yàn)闊o功功率消耗太多的話會(huì)直接影響到電壓的質(zhì)量，進(jìn)而使得設(shè)備轉(zhuǎn)化能力下降，電能的消耗也會(huì)隨之增加，所以說解決的關(guān)鍵問題就在于無功功率上。之后人們研究發(fā)現(xiàn)，日常設(shè)備中消耗的大量無功功率可以由電容性設(shè)備來進(jìn)行平衡和補(bǔ)償，那么就在需要用電的設(shè)備中安裝電容組和控制裝置這些無功補(bǔ)償裝置來進(jìn)行無功無功率補(bǔ)償，這樣就可以平衡掉設(shè)備所需要的無功功率了，無功功率就在系統(tǒng)中沒有了傳送，也就能提高電壓的質(zhì)量了，這樣降低電能消耗的目標(biāo)也就達(dá)到了。
2 我國(guó)電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)狀
現(xiàn)在電力部門也在隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不斷地進(jìn)步，在進(jìn)步的同時(shí)也給我們帶來了巨大地挑戰(zhàn)，電網(wǎng)建設(shè)快速發(fā)展，隨之增加還有我們的電力負(fù)荷，它的增加也表示著電力對(duì)無功需求也會(huì)大幅度的上升，這也就表示著無功功率會(huì)出現(xiàn)大量存在不平衡的狀態(tài)，下面是我國(guó)在電力系統(tǒng)需要對(duì)無功補(bǔ)償采取幾種方法措施：
1）同步調(diào)相機(jī)：這個(gè)主要是指設(shè)備在沒有動(dòng)力也沒有機(jī)械負(fù)載的情況下運(yùn)行的、能夠提供或者吸收無功功率的同步電機(jī)，主要的作用就是改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，保持電壓的平衡和正常，同步調(diào)相機(jī)在早起是屬于無功補(bǔ)償裝置中比較典型的代表，因?yàn)檫@種方式在進(jìn)行無功功率補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候響應(yīng)有點(diǎn)慢，加上運(yùn)行維護(hù)都比較復(fù)雜，大部分都是高壓側(cè)集中補(bǔ)償，所以目前來說這種方式還是比較少使用的；2）并補(bǔ)裝置：在無償功率補(bǔ)償裝置中，并聯(lián)電容裝置目前來說應(yīng)用比較廣泛的一種方式，也對(duì)提高功率因數(shù)好降低電網(wǎng)線路算好，提高電壓質(zhì)量是非常有幫助的，在電網(wǎng)中，并聯(lián)電容器等補(bǔ)償設(shè)備安裝后，可以相對(duì)減少電網(wǎng)電源向感性負(fù)荷提供的無功功率，但是電容的補(bǔ)償只是固定的無功補(bǔ)償，歸根結(jié)底還是電容補(bǔ)償方式仍然是一種有級(jí)的無功功率的調(diào)節(jié)，并不能實(shí)現(xiàn)平滑無級(jí)的無功調(diào)節(jié)；3）并聯(lián)電抗器：現(xiàn)在所用的并聯(lián)電抗器的容量一般是固定的，它可以補(bǔ)償線路里的容性充電電流，吸收容性負(fù)荷，就是限制電壓升高保持電壓穩(wěn)定，用來保證整個(gè)線路的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。
上面所說的幾種無償功率補(bǔ)償方式運(yùn)行工作中都有一定的作用，能夠取得一定的效果，但是在實(shí)際情況中還是會(huì)出現(xiàn)一些問題，下面主要是介紹的容易出現(xiàn)的問題：
1）補(bǔ)償方式問題：現(xiàn)在的電力部門在對(duì)無償功率進(jìn)行補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候往往出發(fā)點(diǎn)就是錯(cuò)誤的，不注意及時(shí)的向系統(tǒng)倒送無功功率，單純的只注意到補(bǔ)償功率因素，這樣是不對(duì)的，應(yīng)該從降低電網(wǎng)電能損耗為出發(fā)點(diǎn)；2）諧波問題：諧波的存在會(huì)對(duì)電能的轉(zhuǎn)化、傳輸?shù)劝l(fā)面造成困難，使得電能利用效率降低，也會(huì)使電容器設(shè)備發(fā)生過熱或者振動(dòng)噪音過大的情況，會(huì)對(duì)電容器設(shè)備的使用壽命產(chǎn)生影響，甚至有可能發(fā)生故障或者燒毀等現(xiàn)象，這是非常危險(xiǎn)的，同時(shí)由于電容器對(duì)諧波的作用也是非常大的，也會(huì)使系統(tǒng)的諧波干擾更加的嚴(yán)重；3）無功倒送問題：無功倒送在電力系統(tǒng)中時(shí)嚴(yán)禁存在的，尤其是在電力負(fù)荷處于低谷的時(shí)候，如果實(shí)施無功倒送可能會(huì)使得電壓偏高，所以是不允許存在的；4）電壓調(diào)節(jié)方式的補(bǔ)償設(shè)備帶來的問題：在電力系統(tǒng)中一部分無功補(bǔ)償設(shè)備是根據(jù)電壓來確定無功投切量的，線路電壓中的波動(dòng)主要是因?yàn)闊o功功率的變化引起的，但是線路的電壓水平主要是由整體的電力系統(tǒng)來決定的，所以就有可能會(huì)出現(xiàn)無功過補(bǔ)或者欠補(bǔ)的情況出現(xiàn)。
3 變電站無功補(bǔ)償工程
3.1 各變電所補(bǔ)償容量
變電所無功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)容量，直接影響著投資基礎(chǔ)建設(shè)，也在很大程度上影響著電力系統(tǒng)在運(yùn)營(yíng)時(shí)候?qū)?yōu)化潮流和電壓的調(diào)整要求標(biāo)準(zhǔn)。
3.2 各變電所現(xiàn)狀
現(xiàn)在各變電所還存在很客觀和主觀的問題，比如說變電所控制設(shè)備的相對(duì)落后和薄弱，這有可能會(huì)引起一些故障問題出現(xiàn)，或者控制設(shè)備的開關(guān)維護(hù)不當(dāng)，應(yīng)該對(duì)設(shè)備定期的進(jìn)行檢修，要做好預(yù)防性的措施，另外就是管理人員的職能要充分發(fā)揮其作用，對(duì)于各項(xiàng)制度規(guī)定要嚴(yán)格遵守，對(duì)變電所的安全運(yùn)行管理一定要負(fù)起責(zé)任。
3.3 無功補(bǔ)償裝置
1）無功補(bǔ)償裝置選型設(shè)計(jì)。高壓無功補(bǔ)償功率的裝置是由幾組TBB型無功補(bǔ)償器來組成的，它主要是用專門的真空斷路器來控制無功功率自動(dòng)補(bǔ)償器的投入或者退出的。電容器的控制、保護(hù)裝置布置在主控室的線路保護(hù)屏。電流互感器、抗涌流或抗諧波的干式空芯（或干式鐵芯）電抗器、電容器，安裝在10kV母線側(cè)，布置在10kV電容間隔；2）技術(shù)性能。（1）對(duì)電壓無功綜合控制：①實(shí)現(xiàn)電壓優(yōu)先；②無功自動(dòng)補(bǔ)償；（2）電力系統(tǒng)運(yùn)行記錄和電壓檢測(cè)功能都是有工作記錄的，可以隨時(shí)自動(dòng)的調(diào)出內(nèi)存，能夠查看打印出電壓值已經(jīng)各段出現(xiàn)的時(shí)間，補(bǔ)償柜投切次數(shù)等數(shù)值，把當(dāng)月或者上月的記錄報(bào)表做出一個(gè)統(tǒng)計(jì)；（3）過負(fù)荷能力：①保護(hù)裝置設(shè)備可以在1.1倍額定電壓下長(zhǎng)期正常的運(yùn)行，在1.15倍額定電壓下每24小時(shí)中運(yùn)行30分鐘，在1.2倍額定電壓下每月中運(yùn)行2次每次5分鐘，在1.3倍額定電壓下每月中運(yùn)行2次每次1分鐘；②電容器能在有效值為1.3倍額定電流下連續(xù)運(yùn)行。
4 無功補(bǔ)償?shù)男б?/h2>
1）節(jié)省企業(yè)電費(fèi)開支。這也是從合理有效地利用電能出發(fā)的，無功補(bǔ)償?shù)氖褂貌坏軠p少初次費(fèi)用，而且也對(duì)運(yùn)行之后的基本電費(fèi)也能相對(duì)降低；2）降低系統(tǒng)的能耗。補(bǔ)償前后線路傳送的有功功率不變，P= IUCOSφ，由于COSφ提高，補(bǔ)償后的電壓U2稍大于補(bǔ)償前電壓U1，為分析問題方便，可認(rèn)為U2≈U1從而導(dǎo)出I1COSφ1=I2COSφ2。即I1/I2= COSφ2/ COSφ1，這樣線損 P減少的百分?jǐn)?shù)為：ΔP%=（1-I2/I1）×100%=（1- COSφ1/ COSφ2）× 100%當(dāng)功率因數(shù)從0.70～0.85提高到0.95時(shí)，由上式可求得有功損耗將降低20%～45%；3）改善電壓質(zhì)量。
三相異步電動(dòng)機(jī)通過就地補(bǔ)償后，由于電流的下降，功率因數(shù)的提高，從而增加了變壓器的容量。
5 結(jié)論
現(xiàn)在很多企業(yè)都很重視無功補(bǔ)償?shù)拇胧?，這是因?yàn)闊o功補(bǔ)償是簡(jiǎn)單有效地提高功率因數(shù)的一種方法，是一項(xiàng)投資較少、效益最快的降低消耗的措施，并聯(lián)補(bǔ)償電容器的原理也非常的簡(jiǎn)單方便，運(yùn)行起來也非常的經(jīng)濟(jì)，也能夠分組投切保證電力系統(tǒng)電壓的合格穩(wěn)定和功率因數(shù)的穩(wěn)定，現(xiàn)在我國(guó)很多地區(qū)的電網(wǎng)包括農(nóng)網(wǎng)功率因數(shù)都偏低，采用無功補(bǔ)償電容器進(jìn)行合適的補(bǔ)償，對(duì)于降低電網(wǎng)電能消耗，提高電壓質(zhì)量，獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益是非常有幫助的。
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翟立軍
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1 無功補(bǔ)償在變電站中的作用
功率可分為兩個(gè)組成部分，一個(gè)是有功功率，另一個(gè)是無功功率，有功功率是能使得我們?nèi)粘ＴO(shè)備正常運(yùn)行所需要的電功率，這是日常設(shè)備要想轉(zhuǎn)化成人們所需的能量就需要有功功率來完成，比如說機(jī)械能、光能、熱能等；無功功率就是用來輔助我們用電設(shè)備工作時(shí)消耗的電能，主要是在建立磁場(chǎng)上面，設(shè)備的機(jī)能轉(zhuǎn)換都需要建立磁場(chǎng)才可以進(jìn)行傳遞和轉(zhuǎn)化，它們的運(yùn)行消耗的就是無功功率，要知道無功功率不存在設(shè)備就不能正常運(yùn)行，但是也要認(rèn)識(shí)到，無功功率也是要消耗很多能量的，這是我們不想看到的，因?yàn)闊o功功率消耗太多的話會(huì)直接影響到電壓的質(zhì)量，進(jìn)而使得設(shè)備轉(zhuǎn)化能力下降，電能的消耗也會(huì)隨之增加，所以說解決的關(guān)鍵問題就在于無功功率上。之后人們研究發(fā)現(xiàn)，日常設(shè)備中消耗的大量無功功率可以由電容性設(shè)備來進(jìn)行平衡和補(bǔ)償，那么就在需要用電的設(shè)備中安裝電容組和控制裝置這些無功補(bǔ)償裝置來進(jìn)行無功無功率補(bǔ)償，這樣就可以平衡掉設(shè)備所需要的無功功率了，無功功率就在系統(tǒng)中沒有了傳送，也就能提高電壓的質(zhì)量了，這樣降低電能消耗的目標(biāo)也就達(dá)到了。
2 我國(guó)電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)狀
現(xiàn)在電力部門也在隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不斷地進(jìn)步，在進(jìn)步的同時(shí)也給我們帶來了巨大地挑戰(zhàn)，電網(wǎng)建設(shè)快速發(fā)展，隨之增加還有我們的電力負(fù)荷，它的增加也表示著電力對(duì)無功需求也會(huì)大幅度的上升，這也就表示著無功功率會(huì)出現(xiàn)大量存在不平衡的狀態(tài)，下面是我國(guó)在電力系統(tǒng)需要對(duì)無功補(bǔ)償采取幾種方法措施：
1）同步調(diào)相機(jī)：這個(gè)主要是指設(shè)備在沒有動(dòng)力也沒有機(jī)械負(fù)載的情況下運(yùn)行的、能夠提供或者吸收無功功率的同步電機(jī)，主要的作用就是改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，保持電壓的平衡和正常，同步調(diào)相機(jī)在早起是屬于無功補(bǔ)償裝置中比較典型的代表，因?yàn)檫@種方式在進(jìn)行無功功率補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候響應(yīng)有點(diǎn)慢，加上運(yùn)行維護(hù)都比較復(fù)雜，大部分都是高壓側(cè)集中補(bǔ)償，所以目前來說這種方式還是比較少使用的；2）并補(bǔ)裝置：在無償功率補(bǔ)償裝置中，并聯(lián)電容裝置目前來說應(yīng)用比較廣泛的一種方式，也對(duì)提高功率因數(shù)好降低電網(wǎng)線路算好，提高電壓質(zhì)量是非常有幫助的，在電網(wǎng)中，并聯(lián)電容器等補(bǔ)償設(shè)備安裝后，可以相對(duì)減少電網(wǎng)電源向感性負(fù)荷提供的無功功率，但是電容的補(bǔ)償只是固定的無功補(bǔ)償，歸根結(jié)底還是電容補(bǔ)償方式仍然是一種有級(jí)的無功功率的調(diào)節(jié)，并不能實(shí)現(xiàn)平滑無級(jí)的無功調(diào)節(jié)；3）并聯(lián)電抗器：現(xiàn)在所用的并聯(lián)電抗器的容量一般是固定的，它可以補(bǔ)償線路里的容性充電電流，吸收容性負(fù)荷，就是限制電壓升高保持電壓穩(wěn)定，用來保證整個(gè)線路的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。
上面所說的幾種無償功率補(bǔ)償方式運(yùn)行工作中都有一定的作用，能夠取得一定的效果，但是在實(shí)際情況中還是會(huì)出現(xiàn)一些問題，下面主要是介紹的容易出現(xiàn)的問題：
1）補(bǔ)償方式問題：現(xiàn)在的電力部門在對(duì)無償功率進(jìn)行補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候往往出發(fā)點(diǎn)就是錯(cuò)誤的，不注意及時(shí)的向系統(tǒng)倒送無功功率，單純的只注意到補(bǔ)償功率因素，這樣是不對(duì)的，應(yīng)該從降低電網(wǎng)電能損耗為出發(fā)點(diǎn)；2）諧波問題：諧波的存在會(huì)對(duì)電能的轉(zhuǎn)化、傳輸?shù)劝l(fā)面造成困難，使得電能利用效率降低，也會(huì)使電容器設(shè)備發(fā)生過熱或者振動(dòng)噪音過大的情況，會(huì)對(duì)電容器設(shè)備的使用壽命產(chǎn)生影響，甚至有可能發(fā)生故障或者燒毀等現(xiàn)象，這是非常危險(xiǎn)的，同時(shí)由于電容器對(duì)諧波的作用也是非常大的，也會(huì)使系統(tǒng)的諧波干擾更加的嚴(yán)重；3）無功倒送問題：無功倒送在電力系統(tǒng)中時(shí)嚴(yán)禁存在的，尤其是在電力負(fù)荷處于低谷的時(shí)候，如果實(shí)施無功倒送可能會(huì)使得電壓偏高，所以是不允許存在的；4）電壓調(diào)節(jié)方式的補(bǔ)償設(shè)備帶來的問題：在電力系統(tǒng)中一部分無功補(bǔ)償設(shè)備是根據(jù)電壓來確定無功投切量的，線路電壓中的波動(dòng)主要是因?yàn)闊o功功率的變化引起的，但是線路的電壓水平主要是由整體的電力系統(tǒng)來決定的，所以就有可能會(huì)出現(xiàn)無功過補(bǔ)或者欠補(bǔ)的情況出現(xiàn)。
3 變電站無功補(bǔ)償工程
3.1 各變電所補(bǔ)償容量
變電所無功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)容量，直接影響著投資基礎(chǔ)建設(shè)，也在很大程度上影響著電力系統(tǒng)在運(yùn)營(yíng)時(shí)候?qū)?yōu)化潮流和電壓的調(diào)整要求標(biāo)準(zhǔn)。
3.2 各變電所現(xiàn)狀
現(xiàn)在各變電所還存在很客觀和主觀的問題，比如說變電所控制設(shè)備的相對(duì)落后和薄弱，這有可能會(huì)引起一些故障問題出現(xiàn)，或者控制設(shè)備的開關(guān)維護(hù)不當(dāng)，應(yīng)該對(duì)設(shè)備定期的進(jìn)行檢修，要做好預(yù)防性的措施，另外就是管理人員的職能要充分發(fā)揮其作用，對(duì)于各項(xiàng)制度規(guī)定要嚴(yán)格遵守，對(duì)變電所的安全運(yùn)行管理一定要負(fù)起責(zé)任。
3.3 無功補(bǔ)償裝置
1）無功補(bǔ)償裝置選型設(shè)計(jì)。高壓無功補(bǔ)償功率的裝置是由幾組TBB型無功補(bǔ)償器來組成的，它主要是用專門的真空斷路器來控制無功功率自動(dòng)補(bǔ)償器的投入或者退出的。電容器的控制、保護(hù)裝置布置在主控室的線路保護(hù)屏。電流互感器、抗涌流或抗諧波的干式空芯（或干式鐵芯）電抗器、電容器，安裝在10kV母線側(cè)，布置在10kV電容間隔；2）技術(shù)性能。（1）對(duì)電壓無功綜合控制：①實(shí)現(xiàn)電壓優(yōu)先；②無功自動(dòng)補(bǔ)償；（2）電力系統(tǒng)運(yùn)行記錄和電壓檢測(cè)功能都是有工作記錄的，可以隨時(shí)自動(dòng)的調(diào)出內(nèi)存，能夠查看打印出電壓值已經(jīng)各段出現(xiàn)的時(shí)間，補(bǔ)償柜投切次數(shù)等數(shù)值，把當(dāng)月或者上月的記錄報(bào)表做出一個(gè)統(tǒng)計(jì)；（3）過負(fù)荷能力：①保護(hù)裝置設(shè)備可以在1.1倍額定電壓下長(zhǎng)期正常的運(yùn)行，在1.15倍額定電壓下每24小時(shí)中運(yùn)行30分鐘，在1.2倍額定電壓下每月中運(yùn)行2次每次5分鐘，在1.3倍額定電壓下每月中運(yùn)行2次每次1分鐘；②電容器能在有效值為1.3倍額定電流下連續(xù)運(yùn)行。
4 無功補(bǔ)償?shù)男б?/h2>
1）節(jié)省企業(yè)電費(fèi)開支。這也是從合理有效地利用電能出發(fā)的，無功補(bǔ)償?shù)氖褂貌坏軠p少初次費(fèi)用，而且也對(duì)運(yùn)行之后的基本電費(fèi)也能相對(duì)降低；2）降低系統(tǒng)的能耗。補(bǔ)償前后線路傳送的有功功率不變，P= IUCOSφ，由于COSφ提高，補(bǔ)償后的電壓U2稍大于補(bǔ)償前電壓U1，為分析問題方便，可認(rèn)為U2≈U1從而導(dǎo)出I1COSφ1=I2COSφ2。即I1/I2= COSφ2/ COSφ1，這樣線損 P減少的百分?jǐn)?shù)為：ΔP%=（1-I2/I1）×100%=（1- COSφ1/ COSφ2）× 100%當(dāng)功率因數(shù)從0.70～0.85提高到0.95時(shí)，由上式可求得有功損耗將降低20%～45%；3）改善電壓質(zhì)量。
三相異步電動(dòng)機(jī)通過就地補(bǔ)償后，由于電流的下降，功率因數(shù)的提高，從而增加了變壓器的容量。
5 結(jié)論
現(xiàn)在很多企業(yè)都很重視無功補(bǔ)償?shù)拇胧?，這是因?yàn)闊o功補(bǔ)償是簡(jiǎn)單有效地提高功率因數(shù)的一種方法，是一項(xiàng)投資較少、效益最快的降低消耗的措施，并聯(lián)補(bǔ)償電容器的原理也非常的簡(jiǎn)單方便，運(yùn)行起來也非常的經(jīng)濟(jì)，也能夠分組投切保證電力系統(tǒng)電壓的合格穩(wěn)定和功率因數(shù)的穩(wěn)定，現(xiàn)在我國(guó)很多地區(qū)的電網(wǎng)包括農(nóng)網(wǎng)功率因數(shù)都偏低，采用無功補(bǔ)償電容器進(jìn)行合適的補(bǔ)償，對(duì)于降低電網(wǎng)電能消耗，提高電壓質(zhì)量，獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益是非常有幫助的。
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