线路额定电压。
安装无功补偿装臵Qc后,线路电压降为U2:
?U2?PR?(Q-Qc)XU
显然 ?U2??U1一般情况下,因X??R,QX??PR,因此安装无功补偿装臵Qc后,引起母线的稳态电压升高为:
同时,无功补偿能够降低线损,线损是电网经济运行的一项重要指标。线损与通过线路总电流的平方成正比,设送电线路输送的有功功率P为定值,功率因数为cos?1时,流过线路的总电流为I1,线路电压为U,等值电阻为R,则此时线损为:
PL1?3IR?3(21?U??U1??U2?QcXUPcos?1?3U)?R?2P222
线损降低值为:
?PL?PL1?PL2?PU22Ucos?1R
R(1cos?12?1cos?22)
0.95 0.9 0.85 0.8 0.75 0.7 0.65 3电网元件中有功损耗增加百分数△% 1 23 56 78 104 136 8 功率因数降低与功率损耗增加的百分数之间的关系表
2.6.3释放发供电设备容量
安装并联电容器装臵后,若有功功率P1不变,功率因数由cos?1提高到cos?2,相应的视在功率由S1减小到S2,即释放容量:?S?S1?S2
因此可减少系统输变电设备容量,或者提高系统的输送能力,节约建设投资。
?S?S1?S2?Pcos?1?功率因数从1降低到左列数值 ?Pcos?2)?P(1cos?1?1cos?2)
?S1?cos?1(?S1(1?1cos?1)1cos?2cos?1cos?2
输变电设备容量减小的百分数为:
?SS1?100%?(1?cos?1cos?2)?cos?2?cos?1cos?2?100%
每千乏无功补偿容量可释放的输变电设备容量为:
P(?1cos?1?1cos?2)??SQccos?2?cos?1cos?1?cos?2(tg?1?tg?2)P(tg?1?tg?2)
(七) 线路无功补偿遵循的原则
线路无功补偿应遵循“全面规划,合理布局,分级补偿,就地平衡”的原则。无功补偿的实质就是尽可能减少无功在电力网络中的传送,进而减少无功电流经过变压器、线路传送导致的损耗。无功补偿装臵安装地点的选择应符合无功就地平衡的原则,尽可能减少主干线上的无功电流为目标。
? 总体平衡与局部平衡相结合,以局部平衡为主
首先要满足整个地区电网的无功电力平衡,其次要满足变电所、配电线路的无功电力平衡。如果无功电源的布局、补偿容量和补偿位臵选择不合理,局部地区的无功电力不能就地平衡,就会造成不同分区之间无功电力的长途输送和交换,使电网的功率损耗和电能损耗增加。因此,在规划过程中,要在总平衡的基础上,研究各个局部的补偿方案,求得最优化的组合,才能达到最佳的补偿效果。
? 电力部门补偿与用户补偿相结合,以用户补偿为主
在配电网络中,用户消耗的无功功率约占50%~60%,其余的无功功率消耗在配电网中。因此,为了减少无功功率在网络中的输送,要尽可能地实现就地补偿,就地平衡,所以必须由电力部门和用户共同进行无功补偿。
? 分散补偿和集中补偿相结合,并以分散补偿为主
集中补偿,是在变电所集中装设较大容量的补偿电容器。分散补偿,指在配电网络中分散的负荷区,如配电线路、配电变压器和用户的用电设备等进行的无功补偿。集中补偿,主要是补偿主变压器本身的无功损耗,以及减少变电所以上输电线路的无功电力,从而降低供电网络的无功损耗。但不能降低配电网络的无功损耗。因为用户需要的无功通过变电所以下的配电线路向负荷端输送。所以为了有效地降低线损,必须做到无功功率在哪里发生,就应在哪里补偿。所以,中、低压配电网应以分散补偿为主。
? 降损与调压相结合,以降损主
利用并联电容器进行无功补偿,其主要目的是为了达到无功电力就地平衡,减小网络中的无功损耗,以降低线损。与此同时,也可以利用电容器的分组投切,对电压进行适当的调整,这是补偿的辅助目的。在一般情况下,以降损为主,调压为辅。
(八) 线路补偿安装位臵的选择
根据负荷的分布不同选择合理的安装位臵对线路无功补偿装臵的功能发挥具有十分重要的意义。
2.8.1线路无功负荷均匀分布
一般对于均匀分布无功负荷的配电线路,其补偿容量和安装位臵按[2n/(2n+1)](其中n为不小于1的整数)规则,求得最优补偿方案。
2.8.2单点补偿
最佳补偿位臵在距线路首端距离为线路全长的2/3处,补偿容量为全线路所需无功功率的2/3,补偿后由无功负荷引起的线损的下降率为89%。
2.8.3两点补偿
一个补偿点应装设在距线路首端距离为线路全长的2/5处,另一补偿点应装设在距线路首端距离为线路全长的4/5处,补偿容量都为2/5倍的线路所需无功功率。补偿后由无功负荷引起的线损的下降率为96%。
2.8.4无功负荷沿线路递增分布
最佳补偿位臵在距线路首端距离为线路全长的0.775倍处,补偿容量为0.8倍的线路所需无功功率,补偿后由无功负荷引起的线损的下降率为92.8%。
2.8.5无功负荷沿线路递减分布
最佳补偿位臵在距线路首端距离为线路全长的0.442倍处,补偿容量为0.626倍的线路所需无功功率,补偿后由无功负荷引起的线损的下降率为86.4%。
2.8.6无功负荷沿线路等腰分布
最佳补偿位臵在距线路首端距离为线路全长的0.554倍处,补偿容量为0.796倍的线路所需无功功率,补偿后由无功负荷引起的线损的下降率为91.7%,同时在确定具体一条配电线路的补偿配臵时,应当充分调查该线路的平均无功负荷与最小无功负荷。当线路的最小无功负荷比平均无功负荷小于2/3时,考虑到无功不应该倒送,固定装臵的补偿装臵应当按最小无功负荷来确定补偿容量。当线路中有较大的无功负荷点时,除应当考虑与线路首端的距离之外,还应考虑大的无功负荷点。
(九) 无功补偿容量的确定
无功补偿的目的是保证供电质量和提高电网运行的经济性。根据需要提高的具体运行指标,有多种方法确定无功补偿容量。
功率因数的提高与线路损耗的下降不是线性关系,功率因数愈高,无功补偿的经济效益就越差。当功率因数cos?由0.6提高到0.7时,线路损失下降近50%;而由0.7提高到0.8时,线路损失只下降了20%;当由0.8提升到0.9时,线路损耗仅下降10%,功率因数愈高,效果愈差,因此不要认为功率因数提高得越高越好。并联补偿电容器安装容量的选择,可根据使用目的的不同,按提高功率因数、提高运行电压和降低损失等因素来确定。
2.9.1按提高功率因数确定补偿容量
按提高功率因数确定补偿容量的方法简便明确,是最常用的方法。无功补偿容量可按下式计算:
1cos?12Qc=P(tg?1 ? tg?2)?P(?1?1cos?22?1)
2.9.2 按提高电压确定补偿容量
按提高电压要求确定补偿容量的方法,适用于以调压为主的枢纽变电所和电网末端的用户变电所,其补偿容量按提高电压的要求,采用近似计算法求出。
QC??UUX2式中△U为需要提高的电压值(kV);
U2为需要达到的电压值(kV); X为线路阻抗(?)
2.9.3按降低线损确定补偿容量 补偿前的线路损耗:
?P1?3I1R?3(2I1Rcos?1I2Rcos?2)R2
)R2补偿后的线路损耗:
?P2?3I2R?3(2
)]?100%2补偿后线损降低的百分值:
?Ps%??P1??P2?P1100%?[1?(cos?1cos?2
补偿容量:
Qc?U?Ix?UI1R(tg?1?tg?2)?P(tg?1?tg?2)这与提高功率因数确定补偿容量的方法是一致的。 2.9.4按配电变压器容量确定补偿容量 变压器运行时自身所需的无功功率:
变压器空载运行所需的无功功率:Q0?I0%Se/100 变压器满载运行所需的无功功率:
Qe?Q0?Ud%Se/100
变压器正常运行时所需的无功功率: 式中:
Ud%Q?Q0?Ud%Se(S/Se)2/100---短路电压百分比值
I0%Se ---空载电流百分比值
---变压器额定容量
S----变压器实际运行容量
变压器运行时自身所需的无功功率见下表 消耗的无功功率(KVAR) 空载 满载 50 1.25 3.25 100 2.10 6.10 160 3.04 9.44 200 3.60 11.60 250 4.25 14.25 315 5.04 17.64 变压器无功功率运行表 在实际的应用当中也经常利用经验数据来大致确定补偿装臵的容量,即根据配变容量按下式计算:
Qc?(0.15~0.3)Sn
变压器额定容量(KVA) 式中:Sn——配变容量kVA
配电变压器低压侧安装电容器时,应考虑以下原则:在轻负荷时,防止向10kV配电网倒送无功;取得最大的节能效果。
2.9.5按感应电动机空载电流确定补偿容量
感应电动机额定功率因数一般仅为75%~80%,所以采用并联电容器改善其功率因数。当感应电动机和并联电容器直接接在开关的负载侧时,在开关断开后,电路内的电压不能立刻降为零,反而有所升高,需经一定时间才能降下来,这种现象称为自激。产生自激的原因是电源开关断开后,已经充电的电容器对感应电动机放电,其放电电流起到了感应电动机励磁电流的作用,使异步电动机变为异步发电机运行。
选择合适的投切开关后可实现电容器组“先投先切,后投后切”的循环工作方式。这样可以避免某一组电容器组长期工作而温升高,同时能够均衡各组投切开关的动作次数,大大延长整套装臵的使用寿命,但后者也存在着某些情况下欠补的状况,目前更为合理的方式是再等比分组的基础上引入“循环投切”的控制方式,既能满足多种容量组合,又能避免某一组电容器长时间工作而其他电容器闲臵。