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淺析配電系統無功功率補償方式

發布時間:2023-02-21

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發布者:源創大白

無功功率補償,簡稱無功補償,在電子供電系統中起提高電網的功率因數的作用,降低供電變壓器及輸送線路的損耗,提高供電效率,改善供電環境。所以無功功率補償裝置在電力供電系統中處在一個不可缺少的非常重要的位置。合理的選擇補償裝置,可以做到最大限度的減少網絡的損耗,使電網質量提高。本文首先對供配電網無功補償原則以及方式進行探討,并結合案例進行分析探討。

 

無功補償的原理:把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷并接在同一電路,當容性負荷釋放能量時,感性負荷吸收能量,而感性負荷釋放能量時,容性負荷吸收能量,能量在兩種負荷之間交換。這樣,感性負荷所吸收的無功功率可從容性負荷輸出的無功功率中得到補償,這就是無功補償的原理。SVC、SVG均屬無功補償裝置,是將具有容性功率的負荷裝置與具有感性功率的負荷同時并聯在同一電路中,當供配電系統中容性負荷釋放能量時,則啟動無功補償裝置的感性負荷來吸收系統中的能量;當感性負荷釋放能量時,則啟動無功補償裝置的容性負荷吸收能量,進而確保供配電系統中的容性和感性分量始終維持平衡,以改善供配電系統中供電質量水平。

 

1 供配電網無功補償原則及方式

 

  1.1 無功補償原則

國家電網公司電力系統無功補償配置技術原則》中明確規定:供配電系統中配電變壓器的無功補償裝置容量,應按配電變壓器最大負載率在75%且負荷自然功率因數在0.85以上進行考慮,且經無功補償后到配電變壓器最大負荷工況時其高壓側功率因數不應小于0.95,或按照配電變壓器容量的20%~40%進行無功補償容量配置。

 

  1.2 供配電系統無功補償方式

(1)變電站集中無功補償方式。在變配電站進行集中無功補償,主要是通過合理的無功補償以改善輸配電線路的功率因數,無功補償裝置通常設置在變配電站的10kV母線上,并采用有載調壓接頭來合理調節供配電系統電壓,以達到節能降耗的目的。

(2)配電變壓器低壓側集中無功補償方式。在配電變壓器低壓380V側采取無功集中補償方式,并結合微機控制等技術,可以實現幾十到幾百Kvar范圍的補償。此種補償方式比較適用于工廠、企業等專用變的無功補償,對于負荷類型較多、種類較繁雜的公用變而言,如在每臺變配電變壓器低壓側均設置無功補償裝置,則其設備綜合投資太大,無功補償經濟效益性能不太理想。

(3)電力用戶終端就地分散無功補償方式。在電力用戶終端采取低壓無功補償措施就地分散補償,能夠最大限度地降低供配電系統輸電線路損耗并維持系統供電電壓穩定。在GB50052-2009《供電系統設計規范》中明確指出:對于容量較大、負荷較平穩且頻繁使用的用電設備而言,宜采用無功分散就地補償方式,節能降耗效果好。

 

2 供配電系統無功補償必須性分析

  例如某企業的空壓站配電一次系統,共三條6kV線路,分別為空壓站變電所6kV1#線、2#線、應急進線,電源均引自煉油總降變。其中,1#線和2#線經阻燃電纜引至空壓配電一次系統的6kVI段母線和6kVII段母線上,采用1250A的高壓6kV斷路器進行進線線路保護,利用ATS自動切換裝置實現1#線和2#線的相互投切,互為明備用。

應急進線經阻燃電纜引至空壓配電一次系統的6kV應急段母線上,采用1250A的高壓6kV斷路器進行進線線路保護,并與應急段正常進線互為閉鎖狀態,正常采用I、II段母線供電,當I、II段母線出現故障后,由6kV應急進線供電,確保一級負荷(空壓機K-101B/C1500PH/126A、熱水循環泵P-101C/D400kW/47.7A及低壓應急變)的供電安全可靠性。

空壓配電一次系統,按照單母線分段接線方式進行設計,中間加設母聯開關,I段母線、II段母線、應急段母線分別引出一條6kV線路將電源給6/0.4KV,1250kVA,Dyn11的1#、2#變壓器,以及6/0.4kV,100kVA,Dyn11的低壓應急變。

空壓配電一次系統中有400kW/47.7A的高溫熱水泵、熱水循環泵、以及K-101A,1500PH/126A空壓機等6kV負荷,也有空壓機、水泵、照明配電箱等0.4kV負荷。據運行統計資料表明,配電室6kV高壓側在負荷集中用電時段,高壓功率因數只有0.856,低壓功率因數只有0.84,整個配電室一次配電系統線損相當高。由此,采取合適的無功補償方案改善空壓配電一次系統運行環境,提高系統功率因數和供電可靠性,對空壓配電一次系統節能降耗研究具有非常重要的工程實踐應用意義。

 

3 供配電系統無功補償方案

  3.1 補償方案

空壓配電一次系統中,高壓6kV主要為6kV異步電動機負荷,而低壓0.4kV也多為0.4kV異步電動機負荷和照明負荷,按照文章第1部分所述無功補償原則,采取高壓就地補償和低壓就地補償方案,6kVI段母線和II段母線分別補償300kVar無功容量,低壓0.4kV采用多組25kVar電容器組成兩面低壓無功補償柜進行無功補償。低壓補償采用接觸器式控制,低壓補償采用都凱提rego控制器,采用1∶2∶2的投切方式,電容器采用三角形接法的干式電容器,電容器與電抗器相串聯后并入電網;高壓電容采用Y形接法,經高壓斷路器合閘后投后電網運行;這樣采用6kV高壓和0.4kV低壓分別就地集中補償方式,能夠有效解決配電一次系統中負荷運行可能引起輸電線路無功電流的增大、配電線路截面不匹配等問題。

 

  3.2 補償效果分析

  按照3.1所描述的無功補償方案進行盤柜設計安裝后,經調試投運后,按高低壓II段進行數據采集,空壓配電一次系統6kV和0.4kV側母線電壓畸變率得到有效控制,補償后總諧波畸變率分別為0.67%和0.53%,高壓6kV側功率因數由補償前的0.856有效升高到0.967,相應設備利用率提高11.48%,此時高壓無功補償量為300kVar,所選300kVar補償柜能夠滿足實際運行需求;低壓0.4kV側功率因數由補償前為0.84,投切第二組50kVar后,達到0.94,相應設備利用率提高10.64%,所選0.4kV無功補償柜進行動態補償經濟效益較好。由此可以看出,采用無功補償裝置對空壓配電一次系統進行技術升級改造后,高、低壓側電壓畸變率、線路損耗等均有較為明顯降低,系統功率因數、設備節電率等也有較大提高,空壓配電一次系統運行節能經濟效益較好。

 

4 結束語

  供配電網絡系統中,根據用電設備功能、特性等因素,合理選擇無功補償位置、容量和調控方案,可大大降低無功功率,提高供配電網網絡供電電能質量和供電電壓,降低輸電線路損耗,確保電氣設備功能的正常發揮,具有安全供電、節能降損、高效可靠等優點,是供配電網進行技術升級改造,經濟調控運行的重要技術手段,在工程中具有較高的應用前景。


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