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配電系統(tǒng)節(jié)能——無功補償技術(shù)

時間:2007-07-23 12:00:00來源:jiangf

導(dǎo)語:?無功補償設(shè)備的配置應(yīng)按照“分級補償,就地平衡”的原則,合理布局
l、引言 我國現(xiàn)階段發(fā)展中,能源的需求量大,消耗量也大,尤其是電能,所以進行有效的節(jié)約,也就顯得更為重要。隨著經(jīng)濟的發(fā)展,各產(chǎn)業(yè)和民用用電量大幅增加的用電負(fù)荷中,整流和變頻設(shè)備所占的比例增加,無功負(fù)荷電流和諧波電流不僅增大供電系統(tǒng)損耗,諧波電流還可能引起通信系統(tǒng)和計算機系統(tǒng)故障。解決上述問題的技術(shù)措施是加裝補償電容,從而減少系統(tǒng)損耗,提高電能質(zhì)量。因此,解決好電網(wǎng)的無功補償問題,對網(wǎng)絡(luò)降損節(jié)能是極為重要的。 2、無功補償原則 無功補償,就其概念而言早為人所知,它就是借助于無功補償設(shè)備提供必要的無功功率,以提高系統(tǒng)的功率因數(shù),降低能耗,改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量。從電力網(wǎng)無功功率消耗的基本狀況可以看出,各級網(wǎng)絡(luò)和輸配電設(shè)備都要消耗一定數(shù)量的無功功率,尤以低壓配電網(wǎng)所占比重最大。為了最大限度地減少無功功率的傳輸損耗,提高輸配電設(shè)備的效率,無功補償設(shè)備的配置應(yīng)按照“分級補償,就地平衡”的原則,合理布局。原則如下: 1)總體平衡與局部平衡相結(jié)合,以局部為主。 2)電力部門補償與用戶補償相結(jié)合。 3)分散補償與集中補償相結(jié)合,以分散為主。 4)降損與調(diào)壓相結(jié)合,以降損為主。 3、提高功率因數(shù)的意義 功率因數(shù)反映了電源輸出的視存功率被有效利用的程度,我們希望的是功率因數(shù)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。提高功率因數(shù)的意義如下。 (1)改善設(shè)備的利用率 在一定的電壓和電流下,功率因數(shù)越大,設(shè)備輸出的有功功率越大。因此,改善功率因數(shù)是充分發(fā)揮設(shè)備潛力,提高設(shè)備的利用率的有效方法。 (2)減少線路有功損耗 補償前后線路傳送的有功功率小變 由于cosφ提高,補償后的電壓U[sub]2[/sub]稍大于補償前的電壓U[sub]1[/sub],可近似認(rèn)為U[sub]2[/sub]≈U[sub]1[/sub]。 從而導(dǎo)出 這樣線損P減少的百分?jǐn)?shù)為 當(dāng)功率因數(shù)從0.70~0.85提高到0.95時,可求得有功損耗將降低20%~45%。 (3)減小電壓損失 (4)提高電網(wǎng)的傳輸能力 4、影響功率因數(shù)的主要因素 1)大量的電感性設(shè)備,如異步電動機、感應(yīng)電爐、交流電焊機等設(shè)備是無功功率的主要消耗者。 2)變壓器消耗的無功功率一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(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù),變壓器不應(yīng)空載運行或長期處于低負(fù)載運行狀態(tài)。 3)供電電壓超出規(guī)定范圍也會對功率因數(shù)造成很大影響。當(dāng)供電電壓高于額定值的10%時,由于磁路飽和的影響,無功功率將增長得很快,當(dāng)供電電壓低于額定值時,無功功率也相應(yīng)減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設(shè)備的正常工作。 5、無功補償?shù)姆诸?/b> 無功自動補償按性質(zhì)分為三相電容自動補償和分相電容自動補償。 1)三相電容自動補償適用丁三相負(fù)載平衡的供配電系統(tǒng)。因三相回路平衡,回路中無功電流相同,所以在補償時,調(diào)節(jié)無功功率參數(shù)的信號取自三相中的任意一相,根據(jù)檢測結(jié)果,三相同時投切可保證三相電壓的質(zhì)量。 2)在民用建筑中大量使用單相負(fù)荷,容易造成三相負(fù)載的嚴(yán)重不平衡,尤其是住宅樓在運行中三相不平衡更為嚴(yán)重。這種情況下用傳統(tǒng)的三相無功補償方式,不但不節(jié)能,反而浪費資源,難以對系統(tǒng)的無功補償進行有效補償,補償過程中所產(chǎn)生的過、欠補償?shù)缺锥烁墙o整個電網(wǎng)的正常運行帶來了嚴(yán)重的危害。對于三相不平衡及單相配電系統(tǒng)要采用分相電容自動補償,其原理是調(diào)節(jié)無功功率參數(shù)的信號取自三相中的每一相,根據(jù)每相感性負(fù)載的大小和功率因數(shù)的高低進行相應(yīng)的補償,對其他相不產(chǎn)生相互影響。 以上介紹了影響功率因數(shù)的主要因素和提高功率因數(shù)的意義,并論述了無功補償?shù)难a償原則及分類,使讀者對無功補償有所認(rèn)識,下面重點介紹一種新型無功補償裝置:SVS型無功補償裝置,并將其和普通無功補償裝置進行比較。 6、普通無功補償裝置和新型無功補償裝置(SVS)比較 (1)投切器件 普通無功補償裝置通過中間繼電器(或同態(tài)繼電器)接通接觸器、控制補償電容器投入或切除,投切電容不能保證在零電位瞬間,容易引起很人的浪涌電流或電壓,進而引起電氣傷害,成為供電故障的主要原因;新型無功補償裝置采用進口芯片品閘管,電容采用零電位瞬間投切,無尖峰脈沖電流干擾電網(wǎng),保證系統(tǒng)安全供電,這在有敏感電子設(shè)備的場合非常重要。 (2)濾波同路 新型無功補償裝置帶有RC吸收同路,能濾除高次諧波,實現(xiàn)無投切振蕩,無補償呆區(qū),該產(chǎn)品適用于諧波污染嚴(yán)重的三相電網(wǎng)中無功功率的補償。 (3)補償方式 普通無功補償裝置對三相不對稱負(fù)荷或單相負(fù)荷明顯的場所,也只能實行三相等量補償;新型無功補償裝置可根據(jù)實際需要自動投入等量或不等量電容,實現(xiàn)三相對稱或不對稱補償功能。 (4)響應(yīng)時間 普通無功補償裝置機電開關(guān)投切的反應(yīng)時間很慢,接通一組需要10~30 s的時間,完成全部補償需要幾分鐘的時間;新型無功補償裝置對于50Hz電網(wǎng),在每個周期內(nèi)使用快速傅里葉算法,自動響應(yīng)時間小超過20ms。 (5)投切時間 普通無功補償裝置在投入或切除一步之間需要很長的時間,因此補償系統(tǒng)的特性受到影響;新型無功補償裝置當(dāng)負(fù)載變化需要投切不止一個組數(shù)時,可以同時精確控制相應(yīng)組數(shù)。 (6)補償精度 普通無功補償裝置由十電容組合配置精度不高,且跟蹤不迅速,會造成超前或滯后等補償不精確的現(xiàn)象;新型無功補償裝置由于每級電容按照2n-1倍數(shù)(1≤n≤4)等容遞增配置,可實現(xiàn)瞬時隨機組合投切,并可實現(xiàn)三相不對稱同時分別補償,平均功率因數(shù)均為0.9~0.99。 (7)運行性能 普通無功補償裝置接觸器投切系統(tǒng)的控制器通常情況下需要撥碼開關(guān),小的顯示讓它非常困難地檢查系統(tǒng)的特性,沒有附加的遠(yuǎn)程控制和通信,保護功能落后;新型無功補償裝置采用先進的微電腦控制器,檢測及跟蹤投切自動控制完成,無須人工干預(yù),使用大的LCD顯示屏,提供非常方便的使用特性,可實現(xiàn)遠(yuǎn)群控制及報告系統(tǒng)和電網(wǎng)的情況。具有嚴(yán)格的抗干擾能力,對過壓、缺相、欠壓及輸出端短路等線路故障均具有保護功能。 (8)維護性能 普通無功補償裝置接觸器壽命有限,需經(jīng)常更換接觸器通斷所引起的浪涌會導(dǎo)致頻繁的設(shè)備故障和額外的更換。投入的電容器總是從零電位開始,對電網(wǎng)及電容器本身具有相當(dāng)大的沖擊;新型無功補償裝量通過特有的吸收回路,可將回路中的尖峰脈沖吸收,通過特有的充電回路,可將準(zhǔn)備投入的電容事先充電而保持一定電位的直流電平,減少對電網(wǎng)的沖擊,更好地保護開關(guān)模塊及電容器,具有很長的使用壽命,從而大大減少現(xiàn)場維護費用。 (9)經(jīng)濟性能 普通無功補償裝置最初成本因為器什的更換和維修而經(jīng)常改變,一段時間以后評估接觸器開關(guān)投切系統(tǒng),實際的費用和間接的損失將比初始的投資大:新型尢功補償裝置初始投資比接觸器系統(tǒng)高,但是當(dāng)考慮到運行和維護所需要的費用,整體投資比接觸器開關(guān)投切的系統(tǒng)低。同時因為補償因數(shù)較高,供電部門可能還會有一定的獎勵。 從上述比較中可以看出,新型低壓無功動態(tài)補償裝置的各項技術(shù)性能,都優(yōu)于傳統(tǒng)的補償裝置。且使用壽命長,維護工作量小,長期節(jié)能效果好。
文章來源于《節(jié)能創(chuàng)新2006——首屆全國電氣節(jié)能大賽論文集》

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