無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)

《電力系統(tǒng)自動化》課程設(shè)計(jì)報(bào)告書題學(xué)專目名稱：院:業(yè):無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)機(jī)電工程學(xué)院電氣工程及其自動化班學(xué)姓指導(dǎo)教級號名師2013級2班130313100162016年12月課程設(shè)計(jì)報(bào)告書文將對供配電系統(tǒng)中無功功率產(chǎn)生機(jī)理及其對電力系統(tǒng)產(chǎn)生的影響及造成的危害進(jìn)行分析同時(shí)分析研究無功補(bǔ)償裝置的原理通過設(shè) 電容器的無功補(bǔ)償?shù)玫揭惶纵^為完善的補(bǔ)償方案計(jì) 要無功補(bǔ)償?shù)呐潆娋W(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償.目的電力系統(tǒng)的無功平衡,是保證電壓質(zhì)量的基本條件,有效的電壓控制和合理的無功補(bǔ)償，不僅能保證電壓質(zhì)量，而且能提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性.電網(wǎng)無功補(bǔ)償設(shè)備有調(diào)相機(jī)、并聯(lián)電容器、串聯(lián)電容器、靜止補(bǔ)等.小及施工運(yùn)行維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn),而被電網(wǎng)大量而普遍的使用。并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合性的技術(shù)，除考慮電容器本體外，還涉及到與許多設(shè)備的配合，如開關(guān)、電抗器、熔斷器、避雷器等;在電氣性能方引言面除考慮其合閘涌流和分閘過電壓外,還應(yīng)考慮系統(tǒng)的無功電壓、線損、諧振等一系列的問題一、無功補(bǔ)償?shù)囊饬x無功補(bǔ)償技術(shù)是提高電網(wǎng)供電能力、減少電壓損失和降低網(wǎng)損的一種有效措施。電力電容器具有無功補(bǔ)償原理簡單、安裝方便、投資小,有功損耗小,運(yùn)行維護(hù)簡便、安全可靠等優(yōu)點(diǎn).因此，在當(dāng)前，隨著電力負(fù)荷的增加要想提高電網(wǎng)系統(tǒng)的利用率,通過采用補(bǔ)償電容器進(jìn)行合理的補(bǔ)償，是能夠提高供電質(zhì)量并取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益的。二、無功補(bǔ)償裝置2.1無功補(bǔ)償裝置的類型無功補(bǔ)償裝置按照出現(xiàn)的時(shí)間順序可以分為傳統(tǒng)的補(bǔ)償裝置和現(xiàn)代的補(bǔ)償裝置.傳統(tǒng)補(bǔ)償裝置有由簡單的電容器和電抗器構(gòu)成的補(bǔ)償裝置和同步調(diào)相機(jī)；現(xiàn)在的補(bǔ)償裝置一般由可以快速反應(yīng)的晶閘管控制如晶閘管控制電抗器、晶閘管投切電容器等。變電站中傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置主要是調(diào)相機(jī)和靜電電容器。隨著電設(shè)力電子技術(shù)的發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用交流無觸點(diǎn)開關(guān)SCRGTR、計(jì) GTO等相繼出現(xiàn),將其作為投切開關(guān)無功補(bǔ)償都可以在一個(gè)周波內(nèi)完成，內(nèi) 而且可以進(jìn)行單相調(diào)節(jié)。如今所指的靜止無功補(bǔ)償裝置一般專指使用晶閘管投切的無功補(bǔ)償設(shè)備，主要有以下三大類型：容（1）具有飽和電抗器的靜止無功補(bǔ)償裝置；（2）晶閘管控制電抗器、晶閘管投切電容器，這兩種裝置統(tǒng)稱為SVC（3）采用自換相變流技術(shù)的靜止無功補(bǔ)償裝置-—高級靜止無功生器2。2無功補(bǔ)償裝置的作用：無功功率比較抽象它是用于電路內(nèi)電場與磁場的交換,并用來在氣設(shè)備中建立和維持磁場的電功率。它不對外作功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌降哪芰糠彩怯须姶啪€圈的電氣設(shè)備,要建立磁場就要消耗無功功率.無功功率決不是無用功率，它的用處很大。電動機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場就是靠從電源取得無用功率建立的.變壓器也同樣需要無功功率才能使變器的一次線圈產(chǎn)生磁場，在二次線圈感應(yīng)出電壓。在電力系統(tǒng)中,由于無功功率不足，會使系統(tǒng)電壓及功率因素降低從而損壞用電設(shè)備,嚴(yán)重時(shí)會造成電壓崩潰使系統(tǒng)瓦解造成大面積停低,成電能損耗增加,效率降低,限制了線路的送電能力，影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行及用戶的正常用電。無功補(bǔ)償設(shè)備的作用：（1）改善功率因數(shù)；（2）改善電壓調(diào)節(jié)；（3）調(diào)節(jié)負(fù)載的平衡性三、投切開關(guān)的選取對于無功功率補(bǔ)償裝置來說，選擇何種電容器投切執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對整套裝置的安全運(yùn)行是至關(guān)重要的。目前用于電容器投切的執(zhí)行元件主要有:(1)電容器專用接觸器此類產(chǎn)品是在普通接觸器的基礎(chǔ)上增加限流電阻或限流線圈的方案來限制合閘涌流。安裝接線方便,運(yùn)行費(fèi)用低且價(jià)格低廉.但會產(chǎn)生投切涌流和關(guān)斷時(shí)的過電壓,僅適用于負(fù)載無功功率變化不大且不頻繁操作、系統(tǒng)工作較平穩(wěn)的場合.（2)晶閘管電子開關(guān),此類產(chǎn)品具有電壓過零投入、電流過零切除反應(yīng)速度快等特性，可實(shí)現(xiàn)電容器的投入無涌流、切除無過壓、投切無電弧的快速動態(tài)補(bǔ)償功能，該裝置特別適用于電容器需要頻繁投切的無功補(bǔ)償場合.但晶閘管也存在損耗大、散熱差等不足，影響了無功補(bǔ)償裝置的可靠性，且成本相對過高。(3復(fù)合開關(guān)復(fù)合開關(guān)的工作原理是將晶閘管和交流接觸器并接,電容器投切瞬間，晶閘管工作，正常接通期間接觸器可靠閉合，既有可控硅開關(guān)過零投切的優(yōu)點(diǎn)，又有接觸器無功耗的優(yōu)點(diǎn).投電容器時(shí)，保證電壓過零合閘；切電容時(shí)，保證電流為零關(guān)斷，在保證快速投切情況下,避免了涌流、諧波注入及觸點(diǎn)燒損現(xiàn)象。而在正常工作時(shí)，利用接觸器導(dǎo)通容量大壓降小功耗小工作可靠等優(yōu)點(diǎn)不會帶來高溫升、高能耗問題.復(fù)合開關(guān)適宜頻繁操作，整機(jī)使用壽命長，價(jià)格也相對適中。要保證投切開關(guān)長期、可靠的運(yùn)行，選用時(shí)必須注意以下幾點(diǎn)(1）投切開關(guān)的額定電流必須與投切的電容的額定電流匹配。(2)投切開關(guān)的接線端子過流要滿足額定電流。(3）投切開關(guān)的端子的接線必須牢固可靠四、電容器無功補(bǔ)償方式電容器補(bǔ)償裝置可以串聯(lián)補(bǔ)償也可并聯(lián)補(bǔ)償，一般用于補(bǔ)償配電中感性負(fù)荷.在電力系統(tǒng)中，負(fù)載類型是多樣化的，但其中以異步電動機(jī)類型的負(fù)載為最多。異步電動機(jī)類型的負(fù)載為阻感性負(fù)載，可認(rèn)為電感和電阻R串聯(lián)的負(fù)載，其功率因數(shù)可用式公式計(jì)算。此時(shí),電壓U與電流I之間的相位差由補(bǔ)償前的1?變小到2?即系統(tǒng)的功率因數(shù)提高,如果補(bǔ)償后的功率因數(shù)2cos?達(dá)到要求，則達(dá)到了無功補(bǔ)償?shù)哪康摹?.1串聯(lián)無功補(bǔ)償串聯(lián)電容器提升的末端電壓的數(shù)值QcX/V隨無功負(fù)荷增大而增大減小而減小恰與調(diào)壓要求一致這是串聯(lián)電容器調(diào)壓的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn).但對負(fù)荷功率因數(shù)高（cos>0.95）或者導(dǎo)線截面小的線路,由于分量的比重較大,串聯(lián)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)壓效果就很小。此外，串聯(lián)補(bǔ)償可能會產(chǎn)生鐵磁諧振和自勵(lì)磁等許多異常現(xiàn)象.串聯(lián)電容器與導(dǎo)線相串聯(lián)以補(bǔ)償線路的感性電抗。這將減小線路所連節(jié)點(diǎn)間的轉(zhuǎn)移電抗，增大最大傳輸功率，減小實(shí)際的無功功率損耗.盡管串聯(lián)電容器通常不用于電壓控制，但它們確實(shí)能改善電壓控制和無功功率平衡。由于串聯(lián)電容器產(chǎn)生的無功功率隨功率傳輸?shù)脑黾佣黾樱谶@個(gè)方面,串聯(lián)電容器能自我調(diào)節(jié)。串聯(lián)電容器主要用于補(bǔ)償線路的部分串聯(lián)感抗,從而降低輸送功率時(shí)的無功功率損耗,也是得到較早應(yīng)用的一種無功功率補(bǔ)償裝置。它是國內(nèi)外電力系統(tǒng)在遠(yuǎn)距離輸電時(shí)比較普遍采用的提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和輸送能力的重要手段。如圖(a,RL為等效感性電路或感性負(fù)載C（b)為電壓矢量三角關(guān)，圖（c）為電阻、電感和阻抗矢量三角關(guān)系.由此可知，只要串聯(lián)恰當(dāng)?shù)碾娙萜?，就可以減小功率因數(shù)角?2即提高功率因數(shù)cos?2。由此可知，只要串聯(lián)恰當(dāng)?shù)碾娙萜?，就可以減小功率因數(shù)角?2即提高功率因數(shù)cos?2。4。2并聯(lián)電容器組是電網(wǎng)中使用較廣的一種專用于無功功率補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備,它以其低廉的價(jià)格、方便的使用而受到廣泛使用。其補(bǔ)償原理前文己有敘述，這里不再介紹。按照電容器組安裝位置的不同，并聯(lián)電容器組無功功率補(bǔ)償方式一般可以分為集中補(bǔ)償方式、分散補(bǔ)償方式和單機(jī)就地補(bǔ)償方式三種。1）集中補(bǔ)償方式：將電容器組直接安裝在變電所的6～10KV母線上，用來提高整個(gè)變電所的功率因數(shù),使該變電所的供電范圍內(nèi)無功功率基本平衡.可以減少高壓線路的無功損耗，而且能夠提高供電電壓質(zhì)量。)分組補(bǔ)償方式：將電容器組分別裝設(shè)在功率因數(shù)較低的終端配電所高壓或低壓母線上，也稱為分散補(bǔ)償這種方式具有與集中補(bǔ)償相同的優(yōu)點(diǎn)，僅無功補(bǔ)償容量和范圍相對小些。但是分組補(bǔ)償效果比較明顯，采用的較為普遍。（3）就地補(bǔ)償方式：將電容器或電容器組裝設(shè)在異步電動機(jī)或者電感性用電設(shè)備附近，就地進(jìn)行無功補(bǔ)償，也稱為單獨(dú)補(bǔ)償或個(gè)別補(bǔ)償方式。這種方式既能提高為用電設(shè)備供電回路的功率因數(shù),又能改善用電設(shè)備的電壓質(zhì)量,對中小型設(shè)備十分適用。4.3并聯(lián)電容器的接線方式電容器接線方式不同，相應(yīng)的補(bǔ)償方式也不同。在無功補(bǔ)償中線路的補(bǔ)償電容器組有如下三種接線方式三角形接法△接法星形接法Y接法、三角形和星形相結(jié)合接法（△，相應(yīng)的補(bǔ)償方式也就分為三相共補(bǔ)、三相分補(bǔ)、三相共補(bǔ)與三相分補(bǔ)相結(jié)合的方式.三角形接線對應(yīng)于三相共補(bǔ)的方式如圖3所示傳統(tǒng)的低壓補(bǔ)償大都是采用三相共補(bǔ)的方式，根據(jù)控制器統(tǒng)一采樣，各相投入相同的補(bǔ)償容量.這種補(bǔ)償方式適用于三相負(fù)載基本平衡、各相負(fù)載的功率因數(shù)相近的網(wǎng)絡(luò)。星形接線對應(yīng)于三相分補(bǔ)方式。三相分補(bǔ)方式就是各相分別取樣，按照需要分別投入不同的補(bǔ)償容量。此種方法適用于各相負(fù)載相差較大其功率因數(shù)值也有較大差別的場合與三相共補(bǔ)不同的是控制器分相進(jìn)行工作,互不影響.當(dāng)然,其價(jià)格高于三相共補(bǔ)的裝置,一般要貴20％。三角形和星形相結(jié)合接線對應(yīng)于三相共補(bǔ)與三相分補(bǔ)相結(jié)合的方式。三相共補(bǔ)部分的電容器為△接線，三相分補(bǔ)部分的電容器為Y接線。采用此種接線方式的補(bǔ)償裝置,運(yùn)行方式機(jī)動靈活.4.4并聯(lián)無功補(bǔ)償并聯(lián)無功補(bǔ)償與串聯(lián)無功補(bǔ)償?shù)淖饔弥欢荚谟跍p少電壓損耗中的QcX/V分量并聯(lián)補(bǔ)償能減少Q(mào),采用并聯(lián)補(bǔ)償能從網(wǎng)損節(jié)約中得到抵償,而在降低網(wǎng)損及提高用戶功率因數(shù)方面，并聯(lián)補(bǔ)償要比串聯(lián)補(bǔ)償優(yōu)越的多.4.5并聯(lián)電容器裝置的投切方式對電力低壓用戶而言按功率因數(shù)變化控制電容器組的投切是主要的方式。對于系統(tǒng)內(nèi)樞紐點(diǎn)大容量電容器組的投切,應(yīng)綜合考慮無功功率、電壓、時(shí)間及有載調(diào)壓變壓器等因素.10kV及以下的電容器組的自動投切技術(shù)比較成熟和簡單,設(shè)備選也較容量，固定宜選用自動投切方式。35kV及以上電容器組的自動切的技術(shù)相對較復(fù)雜和不成熟，其頻繁操作對高壓開關(guān)的機(jī)械和電氣命的要求也更高，基于上述原因高壓電容器組一般為手動投切。五、案例分析1。電網(wǎng)狀況及用電設(shè)備（11#變壓器容量為16000KVA為35KV/10KV為2臺7200KVA中頻爐變和一臺1800KVA加熱爐變，中頻爐運(yùn)行產(chǎn)生的特征諧波以11、13次為主，濾波裝置接入10KV母線。（2）4＃變壓器容量為20000KVA，變比為35KV/10KV，主要負(fù)載為10KV母線側(cè)2臺8000KVA中頻爐變和總功率為4200KW直流軋機(jī),濾波裝置接入10KV母線.2.投資效果分析(1分2為1#變4＃變.本案列僅討論1#變，1#變諧波濾除及無功補(bǔ)償裝置總投資五十多萬元(2）諧波治理及無功補(bǔ)償效果濾波裝置投入后,系統(tǒng)10KV側(cè)諧波電壓畸變率由10。5％降到了385%，諧波電流畸變率也由10.20%降到了7。1%，各次諧波均在國標(biāo)允許值以內(nèi).系統(tǒng)功率因數(shù)也從0。827提升到了0.99，濾波裝置投入后，系統(tǒng)消耗的總無功功率減少了4800Kvar.3.節(jié)電效果（1)線路頻率損后的節(jié)電設(shè)公司1＃主變最大負(fù)荷全年耗電時(shí)間為3000小時(shí)（τ)，線路能損耗于傳輸電能比為0.03以δ表示.則，補(bǔ)償后的全年節(jié)電量：△WL=SL＊cosφ1＊δ*τ*｛1-［cosφ1/cosφ2］2}=0.8×16000×0.827×0.03×3000×[1—(0.827/0.99)］≈288000(kw·h)注：0.8為主變負(fù)荷率（2）補(bǔ)償后變壓器全年節(jié)電量：△WT=△Pd＊（S1/S2)2＊τ＊[1-(cosφ1/cosφ2)2］=240×{（0.8×16000）/16000｝2×3000×0.30218≈140000（kw·h)式中Pd為變壓器短路損耗,為240KW(3)補(bǔ)償投入后的全年總的節(jié)電效果△W=△WL+△WT=288000+140000=428000（kw·h)=428000x0。58元=24.8萬元式中：電費(fèi)按0。58元/度，負(fù)荷1年工作時(shí)間為3000小(4）力率電費(fèi)的節(jié)約：根據(jù)浙江地區(qū)的電費(fèi)計(jì)價(jià)方式，用戶全年應(yīng)交納的功率因數(shù)調(diào)整費(fèi)約為（以當(dāng)?shù)毓╇娋止β室驍?shù)考核點(diǎn)為0。9計(jì)算，補(bǔ)償前用戶系的功率因數(shù)為0.827,則功率因數(shù)罰款力率為+3。5％）力率罰款電費(fèi)=有功電費(fèi)＊力率=有功功率＊全年工作小時(shí)＊電費(fèi)單價(jià)＊力率由于投入的設(shè)備具有一定的節(jié)能效果，以及通過無功補(bǔ)償，提高功率因數(shù)，全年節(jié)電效益明顯,僅節(jié)電一項(xiàng)，可使投資在6個(gè)月內(nèi)得回收。投資效益顯著.=10500＊3000*0.58＊3。5％=64萬元因無功補(bǔ)償裝置投入后,系統(tǒng)功率因數(shù)達(dá)到了功率因數(shù)考核點(diǎn)以上，故不會再產(chǎn)生功率因數(shù)罰款電費(fèi)，反而還會有部分電費(fèi)獎(jiǎng)勵(lì)。力率獎(jiǎng)勵(lì)電費(fèi)=有功電費(fèi)＊力率=有功功率*全年工作小時(shí)＊電費(fèi)單價(jià)＊力率=10500＊3000＊0.58*0。75%=13.7萬元（5）合計(jì)全年節(jié)約電費(fèi)：24。8+64+13.7=102.5萬4、投資回收期投資回收期約為：54/102。5≈6個(gè)月過此次課程設(shè)計(jì),使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)電力系統(tǒng)方面的知識,在設(shè)計(jì)過程中雖然遇到了一些問題,但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在,也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。設(shè)計(jì)主要涉及了電力系統(tǒng)的無功功率平衡問題，讓我對電力系統(tǒng)無功平衡有了更加深入的學(xué)習(xí)和了解，掌握了各種無功補(bǔ)償措施以及補(bǔ)償裝置的特點(diǎn)和使用場合。通過采用合適的無功補(bǔ)償措施，對電力系統(tǒng)進(jìn)行分地區(qū)、分電壓等級地進(jìn)行無功平衡，能夠有效地改善電壓質(zhì)量,使用戶處的電壓接近額定值，同時(shí)能夠提供功率因數(shù),降低電網(wǎng)損耗，大設(shè) 大提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。計(jì) 此次設(shè)計(jì)也讓我明白了思路，有什么不懂不明白的地方要及時(shí)請教小 或上網(wǎng)查詢，只要認(rèn)真鉆研，動腦思考，動手實(shí)踐，就沒有弄不懂的識，收獲頗豐。結(jié) 參考文獻(xiàn)：及 [1]馮凱輝.計(jì)[D]長沙理工大學(xué)，2010。參 [2]賈宏偉。無功補(bǔ)償控制器設(shè)計(jì)方案的研究與實(shí)現(xiàn)D].華南理工大學(xué)，。考 [3］翁薇.低壓無功補(bǔ)償控制器的研究與設(shè)計(jì)］.湖南大學(xué),2009。文 ［4]唐寅生盛萬興凱.特高壓電網(wǎng)無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)和運(yùn)行方法研［J。獻(xiàn) 中國電力，2006,06:22-25.［5]孫文濤.［]。西北工業(yè)大學(xué),2003。[6］周雪松.計(jì)[D].，2014.［7計(jì)[業(yè)大學(xué),2013。一、格式內(nèi)容（20)1．格式規(guī)范、內(nèi)容完整，未有抄襲現(xiàn)象，得20分2．格式大部分規(guī)范,部分需修改。得10分。二、條