【導(dǎo)讀】在正常情況下,用電設(shè)備不但要從電源取得有功功率,同時還需要從電源取得無功功率。如果電網(wǎng)中的無功功率供不應(yīng)求,用電設(shè)備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場,這些用電設(shè)備就不能維持在額定情況下工作,用電設(shè)備的端電壓就要下降,從而影響用電設(shè)備的正常運行。
一、功率的概念
功率(英語:power)是單位時間內(nèi)做功的大小或能量轉(zhuǎn)換的大小。
1、視在功率:視在功率是指發(fā)電機發(fā)出的總功率,其中可以分為有功部分和無功部分。
2、有功功率:有功功率是保持用電設(shè)備正常運行所需的電功率,也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量(機械能、光能、熱能)的電功率。
3、無功功率:是用于電路內(nèi)電場與磁場的交換,并用來在電氣設(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)槠渌问降哪芰?。凡是有電磁線圈的電氣設(shè)備,建立磁場,就要消耗無功功率。無功功率不做功,但要保證有功功率的傳導(dǎo)必須先滿足電網(wǎng)的無功功率。
二、需要無功補償?shù)脑?/div>
在正常情況下,用電設(shè)備不但要從電源取得有功功率,同時還需要從電源取得無功功率。如果電網(wǎng)中的無功功率供不應(yīng)求,用電設(shè)備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場,這些用電設(shè)備就不能維持在額定情況下工作,用電設(shè)備的端電壓就要下降,從而影響用電設(shè)備的正常運行。
但是從發(fā)電機和高壓輸電線供給的無功功率遠遠滿足不了負荷的需要,所以在電網(wǎng)中要設(shè)置一些無功補償裝置來補充無功功率,以保證用戶對無功功率的需要,這樣用電設(shè)備才能在額定電壓下工作。無功補償是把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷并聯(lián)接在同一電路,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。
三、無功補償?shù)囊话惴椒?/div>
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3種補償方式的適用范圍及使用該種補償方式的優(yōu)缺點。
1、低壓個別補償
低壓個別補償就是根據(jù)個別用電設(shè)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(shè)備并接,它與用電設(shè)備共用一套斷路器,通過控制、保護裝置與電機同時投切。隨機補償適用于補償個別大容量且連接運行(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?shù)膬?yōu)點是:用電設(shè)備運行時,無功補償投入,用電設(shè)備停動時,補償設(shè)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(yōu)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(guān)接在配電變壓器低壓母線側(cè),以無功補償投切裝置作為控制保護裝置,根據(jù)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(diào)節(jié)。低壓補償?shù)膬?yōu)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(wǎng)損,具有較高的經(jīng)濟性,是目前無功補償中常用的手段之一。
3、高壓集中補償
高壓集中補償是指將并聯(lián)電容器組直接裝在變電所的6~10KV高壓母線上的補償方式。適用于用戶遠離變電所在供電線路的末端,用戶本身又有一定的高壓負荷時,可以減少對電力系統(tǒng)無功的消耗并可以起到一定的補償作用;補償裝置根據(jù)負荷的大小自動投切,補償效益高。
四、無功補償裝置的分類
從補償?shù)姆秶鷦澐挚梢苑譃樨摵裳a償與線路補償,從補償?shù)男再|(zhì)劃分可以分為感性與容性補償。下面將并聯(lián)容性補償?shù)姆椒ù笾铝信e:
1、同步調(diào)相機
調(diào)相機的基本原理與同步發(fā)電機沒有區(qū)別,它只輸出無功電流。因為不發(fā)電,因此不需要原動機拖動,沒有啟動電機的調(diào)相機沒有軸伸,實質(zhì)就是相當于一臺在電網(wǎng)中空轉(zhuǎn)的同步發(fā)電機。
調(diào)相機是電網(wǎng)中最早使用的無功補償裝置,當增加激磁電流時,其輸出的容性無功電流增大。當減少激磁電流時,其輸出的容性無功電流減少。當激磁電場減少到一定程度時,輸出無功電流為零,只有很小的有功電流用于彌補調(diào)相機的損耗,當激磁電流進一步減少時,輸出感性無功電流。
調(diào)相機容量大、對諧波不敏感,并且具有當電網(wǎng)電壓下降時輸出無功電流自動增加的特點,因此調(diào)相機對于電網(wǎng)的無功安全具有不可替代的作用。
由于調(diào)相機的價格高、效率低,運行成本高,因此已經(jīng)逐漸被并聯(lián)電容器所替代。但是近年來出于對電網(wǎng)無功安全的重視,一些人主張重新啟用調(diào)相機。
2、并聯(lián)電容器
并聯(lián)電容器是目前最主要的無功補償方法。其主要特點是價格低,效率高,運行成本低,在保護完善的情況下可靠性也很高。
在高壓及中壓系統(tǒng)中主要使用固定連接的并聯(lián)電容器組,而在低壓配電系統(tǒng)中則主要使用自動控制電容器投切的自動無功補償裝置。自動無功補償裝置的結(jié)構(gòu)則多種多樣形形色色,適用于各種不同的負荷呢況。對于低壓自動無功補償裝置將另文詳細介紹。
并聯(lián)電容器的最主要缺點是其對諧波的敏感性。當電網(wǎng)中含有諧波時,電容器的電流會急劇增大,還會與電網(wǎng)中的感性元件諧振使諧波放大,另外,并聯(lián)電容器屬于恒阻抗元件,在電網(wǎng)電壓下降時其輸出的無功電出下降,因此不利于電網(wǎng)的無功安全。
3、SVC
SVC的全稱是靜止式無功補償裝置,靜止兩個字是同步調(diào)相機的旋轉(zhuǎn)相對應(yīng)的。
國際大電網(wǎng)會議將SVC定義為7個子類:
a、機械投切電容器(MSC)
b、機械投切電抗器(MSR)
c、自飽和電抗器(SR)
d、晶閘管控制電抗器(TCR)
e、晶閘管投切電容器(TCR)
f、晶閘管投(TSC)
g、自換向或電網(wǎng)換向轉(zhuǎn)換器(SCC/LCC)
根據(jù)以上這些子類,我們可以看出:除調(diào)相機之外,用電感或電容進行無功補償?shù)难b置幾乎均被定義為SVC。因此,目前一些資料或者廣告中大量出現(xiàn)"SVC"字樣,其原因不外乎兩條:其一是作者自已并不明白SVC的定義,其二就是以普通人不懂的字母組合故弄玄虛。
目前國內(nèi)市場上被宣傳 SVC的產(chǎn)品主工是晶閘管控制電抗器(TCR)和晶閘管投切電容器(TSC)。對于TSC我們另文敘述,這里只簡要介紹一下晶閘管控制電抗器(TCR)。
TCR的基本結(jié)構(gòu)包括一組固定并聯(lián)連接在線路中的電容器和一組并聯(lián)連接在線路中用晶閘管控制的電抗器,通常將電抗器的容量設(shè)計成與電容器一樣。由于電抗器是用晶閘管控制的,其感性無功電流可以變化,當晶閘管關(guān)斷時,電抗器沒有電流,而電容器固定連接,因此整套裝置的補償量最大,當調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角時,電抗器的感性電流就會抵消一部分電容器電流,因此補償量減少,導(dǎo)通角越大,電抗器的電流越大,補償量就越小,當晶閘管全通時,電抗器電流就會將電容器電流全部抵消,此時補償量為0。必須將固定電容器組設(shè)計成濾波器形式或者配備另外的濾波器。
綜上所述,可以看出TCR的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,損耗大,但其具有補償量連續(xù)可調(diào)的特點,在高壓系統(tǒng)中還有應(yīng)用。
4、SVG
靜止無功發(fā)生器,英文描述為:Static Var Generator,簡稱為SVG。又稱動態(tài)無功補償發(fā)生裝置,或靜止同步補償器。是指由自換相的電力半導(dǎo)體橋式變流器來進行動態(tài)無功補償?shù)难b置。SVG是目前無功功率控制領(lǐng)域內(nèi)的最佳方案。相對于傳統(tǒng)的調(diào)相機、電容器電抗器、以晶閘管控制電抗器TCR為主要代表的傳統(tǒng)SVC等方式,SVG有著無可比擬的優(yōu)勢。
亞派科技的A-SVG是一個有源型電力設(shè)備,并聯(lián)于電網(wǎng)上,是一個可控的無功電流源,其無功電流可以快速地跟隨負荷無功電流的變化而變化,自動補償電網(wǎng)系統(tǒng)所需無功功率,對電網(wǎng)無功功率實現(xiàn)動態(tài)無功補償,不僅能補償感性無功,還能補償容性無功,響應(yīng)時間快,能夠時刻保證系統(tǒng)功率因素滿足要求。亞派科技SVG有整機式、模塊式,其中模塊式又有抽屜式、壁掛式,可適用于各種應(yīng)用場合。
五、采用無功補償?shù)膬?yōu)點
1、根據(jù)用電設(shè)備的功率因數(shù),可測算輸電線路的電能損失。通過現(xiàn)場技術(shù)改造,可使低于標準要求的功率因數(shù)達標,實現(xiàn)節(jié)電目的。
2、采用無功補償技術(shù),提高低壓電網(wǎng)和用電設(shè)備的功率因數(shù),是節(jié)電工作的一項重要措施。
3、無功補償,它就是借助于無功補償設(shè)備提花必要的無功功率,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,穩(wěn)定設(shè)備運行。
4、減少電力損失,一般工廠動力配線依據(jù)不同的線路及負載情況,其電力損耗約20%-30%左右,使用電容提高功率因數(shù)后,總電波降低,可降低供電流與用電端的電力損失。
5、改善供電品質(zhì),提高功率因數(shù),減少負載總電流及電壓降,于變壓器二次側(cè)加裝電容可改善功率因數(shù)提高二次側(cè)電壓。
6、延長設(shè)備壽命,改善功率因數(shù)后線路總電流減少,使接近中已經(jīng)飽和的變壓器、開關(guān)等機器設(shè)備和線路容量負荷降低,因此可以降低溫升增加壽命(溫度每降低10攝氏度,壽命可延長1倍)。
7、最終滿足電力系統(tǒng)對無功補償?shù)谋O(jiān)測要求,消除因為功率因數(shù)過低而產(chǎn)生的罰款。
8、無功補償可以改善電能質(zhì)量、降低電能損耗、挖掘發(fā)供電設(shè)備潛力、無功補償減少用戶電費支出,是一項投資少、收效快的節(jié)能措施。
9、無功補償技術(shù)對和電單位的低壓配電網(wǎng)的影響以及提高功率因數(shù)所帶來的經(jīng)濟效益和社會效益,確定無功功率的補償容量,確保補償技術(shù)經(jīng)濟、合理、安全可靠,達到節(jié)約電能的目的。
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