電力網(wǎng)在運(yùn)行時(shí)，電源提供的無功功率是電能轉(zhuǎn)換為其他形式能的前提，沒有無功功率，變壓器就不能變壓與輸送電能；電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就建立不起來，電動(dòng)機(jī)就無法轉(zhuǎn)動(dòng)。但是，遠(yuǎn)距離傳輸無功功率，又會(huì)造成線路有功功率的損耗和電能質(zhì)量的降低，這不僅影響電力網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，而且也影響產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，怎樣降低無功電力的長(zhǎng)距離輸送，已成為電力部門和用電企業(yè)必不可少的研究課題。因此，我們根據(jù)用電設(shè)備消耗無功的多少，在負(fù)荷較集中、無功消耗較多的地點(diǎn)增設(shè)了無功電源點(diǎn)，使無功的需求量就地得到解決，這樣不但減少了無功傳輸過程中造成的能量損耗和電壓降落，而且提高了供用電雙方和社會(huì)的經(jīng)濟(jì)效益。那么如何對(duì)設(shè)備補(bǔ)償才能取得最佳的經(jīng)濟(jì)效益呢？那還需根據(jù)系統(tǒng)及負(fù)荷的情況確定合理的補(bǔ)償方案。
一．無功補(bǔ)償?shù)脑瓌t
無功補(bǔ)償應(yīng)本著全面規(guī)劃，合理布局，分級(jí)補(bǔ)償，就地平衡的原則確定最優(yōu)的補(bǔ)償容量和分布方式。具體內(nèi)容如下。總體的無功平衡與局部的無功平衡相結(jié)合，既要滿足供電網(wǎng)的總無功需求，又要滿足分線、分站的變電站及各用戶無功平衡。
集中補(bǔ)償與分散補(bǔ)償相結(jié)合，以分散補(bǔ)償為主，這就要求在負(fù)荷集中的點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償，既要在變電站進(jìn)行大容量集中補(bǔ)償，又要在配電線路、配電變壓器和用電設(shè)備處進(jìn)行分散補(bǔ)償，使無功就地平衡，減少變壓器和線路的損耗。
高壓補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償相結(jié)合，以低壓補(bǔ)償為主。高壓無功補(bǔ)償裝置應(yīng)裝設(shè)在變壓器的主要負(fù)荷側(cè)，當(dāng)不具備條件時(shí)，可裝設(shè)在變壓器的第三繞組側(cè)，高壓側(cè)無負(fù)荷時(shí)，不得在高壓側(cè)裝設(shè)補(bǔ)償裝置。
降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主，兼顧調(diào)壓。這是針對(duì)供電半徑較長(zhǎng)，分支較多，負(fù)荷比較分散，自然功率因數(shù)低的線路。這種線路負(fù)荷率低，線路的供電變壓器多工作在空載或輕載的工況下，線路損失大，若對(duì)此線路進(jìn)行補(bǔ)償，可明顯提高線路的供電能力。
二．無功補(bǔ)償裝置容量的確定
1.低壓集中補(bǔ)償
配電網(wǎng)的無功補(bǔ)償以配電變壓器低壓的集中補(bǔ)償為主，以高壓補(bǔ)償為輔，配電變壓器無功補(bǔ)償裝置的容量如果無法了解負(fù)荷的工作情況及系統(tǒng)參數(shù)，可按變壓器最大負(fù)荷率為75%，負(fù)荷功率因數(shù)為0.70考濾，補(bǔ)償?shù)阶儔浩髯畲筘?fù)荷時(shí)其高壓側(cè)的功率因數(shù)不低于0.95，或按變壓器容量的20%～40%進(jìn)行配置。用戶對(duì)功率因數(shù)有特殊要求時(shí)，可選擇合適的補(bǔ)償容量使功率因數(shù)達(dá)到用戶的要求值。
2．電動(dòng)機(jī)定補(bǔ)
按照電動(dòng)機(jī)的空載電流確定電動(dòng)機(jī)的定補(bǔ)容量，電動(dòng)機(jī)的空載電流約占額定電流的25%～40%。為了防止電機(jī)退出運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生自激過電壓，電動(dòng)機(jī)的補(bǔ)償容量一般不應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)的空載無功，通常取QC=(0.95～0.98)UeI0對(duì)于排灌電動(dòng)機(jī)等所帶機(jī)械負(fù)荷軸慣性較大的電機(jī)，補(bǔ)償容量可適當(dāng)加大，大于電機(jī)空載無功負(fù)荷，但要小于額定無功負(fù)荷。對(duì)于排灌用普通電機(jī)，可按下式確定補(bǔ)償容量
QC=(0.5～0.6)Pe（Kvar）
3.隨器補(bǔ)償
變壓器在輕載及空載時(shí)的無功負(fù)荷主要是變壓器的空載勵(lì)磁無功。Q0=I0%Se×10-2（Kvar）
隨器補(bǔ)償只能補(bǔ)償配變的空載無功Q0。如果在補(bǔ)償容量大于變壓器的空載無功時(shí)，則在配變接近空載時(shí)會(huì)造成過補(bǔ)償，易產(chǎn)生鐵磁諧振。因此推薦選用的補(bǔ)償容量為
QC=(0.95～0.98)Q0
三．無功補(bǔ)償裝置的匹配原則
1．低壓補(bǔ)償裝置回路數(shù)的選擇
在補(bǔ)償容量確定的情況下，補(bǔ)償?shù)幕芈窋?shù)分得越多，每一回路的補(bǔ)償容量越小，補(bǔ)償效果越好，但投資越大，設(shè)備的造價(jià)越高，產(chǎn)品的性價(jià)比越差。同時(shí)電容器分的組數(shù)越多，與系統(tǒng)發(fā)生諧振的機(jī)率越大，因此《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50227-1995規(guī)定電容器分組容量應(yīng)根據(jù)加大單組容量，減少組數(shù)的原則確定。當(dāng)分組電容器按著各種分組容量組合運(yùn)行時(shí)，不得發(fā)生諧振。通常根據(jù)最小負(fù)荷波動(dòng)特點(diǎn)確定單支路補(bǔ)償?shù)娜萘?，從而確定補(bǔ)償回路數(shù)。0.4KV系統(tǒng)的戶外補(bǔ)償箱一般選擇2～4路，戶內(nèi)補(bǔ)償柜一般選擇4～10路，高壓補(bǔ)償一般1-4路，補(bǔ)償?shù)幕芈窋?shù)越多，在存在諧波的情況下與系統(tǒng)產(chǎn)生諧波諧振的機(jī)率越大，因此，在保證投切精度的情況下，以選則的回路越少性價(jià)比越高。
2．投切開關(guān)的選擇
低壓無功補(bǔ)償裝置分三種開關(guān)（接觸器、無觸點(diǎn)開關(guān)、復(fù)合型智能開關(guān)）投切電容器。接觸器開關(guān)的特點(diǎn)：投切電容時(shí)沖擊電流大、有燃弧，開關(guān)壽命短（一般小于１萬次），但通流時(shí)功耗低，比較適合負(fù)荷基本不波動(dòng)或波動(dòng)很不頻繁的場(chǎng)合。
無觸點(diǎn)開關(guān)的特點(diǎn)：過零點(diǎn)投切電容、無涌流，電容器切除時(shí)無過電壓，開關(guān)壽命長(zhǎng)、電容器無需放電可再次投入，但通流時(shí)有一定的功耗，比較適合特別頻繁波動(dòng)的場(chǎng)合。
復(fù)合開關(guān)：過零點(diǎn)投切電容、電容器投入時(shí)無涌流，切除無過電壓產(chǎn)生、開關(guān)壽命較長(zhǎng)（大于50萬次）、功耗小，投切速度介于接觸器和無觸點(diǎn)開關(guān)之間。復(fù)合開關(guān)是一種將雙向晶閘管與接觸器并聯(lián)運(yùn)行的開關(guān)形式，其配備控制電路，使開關(guān)投入時(shí)晶閘管先投入，開關(guān)切除時(shí)晶閘管后切除，實(shí)現(xiàn)無電弧投切；正常運(yùn)行時(shí)，由接觸器承載電流。
高壓無功補(bǔ)償裝置投切電容器開關(guān)要求即有一定的分?jǐn)嗄芰Γ钟休^高的機(jī)械壽命，且開關(guān)在投入電容器時(shí)觸頭彈跳小，不得有過長(zhǎng)的預(yù)擊穿。因此，永磁式電容器專用投切開關(guān)成為高壓電容器投切開關(guān)的理想選擇。CEMCS智能一體化戶內(nèi)永磁式電容器專用投切開關(guān)是集現(xiàn)代新型開關(guān)制造技術(shù)，現(xiàn)代智能網(wǎng)絡(luò)通訊控制技術(shù)的新型戶內(nèi)開關(guān)，操作機(jī)構(gòu)采用高可靠性能的雙線圈雙穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)，取消了傳統(tǒng)的機(jī)械脫扣和鎖扣裝置，零件數(shù)較傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)減少了70％以上，可靠性大大提高。主回路采用先進(jìn)的固封絕緣技術(shù)，真空滅弧室固封在極柱內(nèi)，防污穢及防凝露強(qiáng)，是一種小型化﹑無污染的綠色環(huán)保產(chǎn)品。由于采用永磁機(jī)構(gòu)，機(jī)械壽命長(zhǎng)，可靠性高，特別適合頻繁操作的場(chǎng)所。
3．電容器投切的依據(jù)
通常的控制目標(biāo)為：功率因數(shù)、無功功率、無功電流、電壓。根據(jù)具體情況，以使變壓器及配網(wǎng)容量釋放最大為主要目的，使變壓器及電網(wǎng)的損耗達(dá)到最低為主要目標(biāo)，所以電壓不應(yīng)該成為控制目標(biāo)。以功率因數(shù)為檢測(cè)量，缺點(diǎn)是輕載時(shí)容易產(chǎn)生投切振蕩，重載時(shí)補(bǔ)償不充分；以無功電流為檢測(cè)量，無功功率為控制目標(biāo)，無功上下限可根據(jù)系統(tǒng)的負(fù)荷特點(diǎn)設(shè)定，可使系統(tǒng)的功率因數(shù)提高到最佳狀態(tài)。四．濾波支路的選擇
在系統(tǒng)諧波較為嚴(yán)重的情況下，需對(duì)諧波源進(jìn)行濾波，針對(duì)某一頻率的諧波設(shè)計(jì)單調(diào)諧濾波支路。濾波支路能夠?yàn)V除特定諧波分量，對(duì)于基波分量，它也有無功補(bǔ)償效果。需根據(jù)諧波源產(chǎn)生的諧波量和電源點(diǎn)的短路容量的大小，計(jì)算出諧波電流及其引起的正弦波電壓畸變率在公共供電點(diǎn)處是否超過有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的允許值，以此來決定是否裝設(shè)諧波濾波裝置。
如果諧波源發(fā)出的諧波電流及電壓畸變率超過電源點(diǎn)的有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的允許值，則需裝設(shè)專門針對(duì)這種諧波源而設(shè)計(jì)的濾波裝置，濾波器的容量及配置需根據(jù)負(fù)荷產(chǎn)生的諧波情況來配置。
如果諧波源發(fā)出的諧波電流及電壓畸變率不超過電源點(diǎn)的有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的允許值，則需裝設(shè)普通型的濾波器，普通型的濾波器是針對(duì)不同次的諧波進(jìn)行配置。
普通型濾波器電抗率的選擇
1）選擇電抗率為(4.5～6)%的電抗器
對(duì)于六脈整流設(shè)備，變頻器、直流電弧爐、直流軋機(jī)及中頻爐等非線性負(fù)荷通常產(chǎn)生的特征諧波為五次、七次諧波，為了抑制電容器對(duì)諧波的放大作用，選擇串聯(lián)電抗率為(4.5～6)%電抗器。
2）選擇電抗率為(12～13)%的電抗器
對(duì)于電焊機(jī)、交流電弧爐、鐵合金爐、電石爐等負(fù)荷通常產(chǎn)生的特征諧波含有三次諧波，應(yīng)選擇串聯(lián)電抗率為(12～13)%的電抗器。
設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行無功補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)時(shí)要從多方面考濾，設(shè)計(jì)的無功補(bǔ)償裝置即要滿足補(bǔ)償容量的要求，在回路分配上又要達(dá)到系統(tǒng)的補(bǔ)償精度，以最小的投入達(dá)到最佳的補(bǔ)償效果，并且設(shè)備可長(zhǎng)期安全可靠的運(yùn)行。
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