电容补偿在低压配电系统中的应用研究

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  随着国家经济的发展和人民生活水平的提高,大量的居住楼盘、高档商务酒店、办公楼、各种工业产业聚集区等建筑在城市生活中拔地而起,使城市用电量快速增长。但是,在这些建筑场所内使用的多为单相电感性负荷,因其自身功率因数较低,在电网中滞后无功功率的比重较大。
  为保证降低电网中的无功功率,提高功率因数,保证有功功率的充分利用,提高系统的供电效率和电压质量,减少线路损耗,降低配电线路的成本,节约电能,通常在低压供配电系统对无功进行补偿。
  无功补偿的安装位置,按理论而言,最好是哪里有无功就在哪里补偿,哪样系统中将没有无功电流的流动。但在实际电网当中这是做不到的,因为无论是变压器、输电线路还是各种负载,均会产生无功,所以实际电网中补偿装置的安装位置大体有以下几种:(1)变电站集中补偿;(2)负荷集中地补偿;(3)用户负荷侧补偿;(4)配电线路分散补偿。
  对于电力系统而言,在高压侧或低压侧均可进行补偿,在变配电所设置集中对高压侧系统前端进行补偿,虽能满足供电部门对并网功率因数的要求,但对以下各级分支电路不作补偿,因此低压配电线路中无功电流大,从而造成线路截面和配电开关容量不能减小,且不能保证整个低压系统的供电质量;但是如果在低压侧进行补偿,既可减少变压器、输电线路等的损耗,又可提高变压器、输电线路的利用率及提高负载端的端电压,所以补偿电容器的安装越靠近负载端,对用户而言越可获取较大的经济效益,且供电部门一般要求用户的平均功率因数必须达到0.9以上,如用户的功率因数较低,必须装设无功功率补偿设备,以提高用户功率因数。目前低压系统中广泛采用的是并联电容方法,在低压母线侧进行无功集中补偿,从而大大节省变压器及输电线路的投资,对于已有电网,也能够提高电网的输出能力。
  一、补偿容量的确定
  根据电网的运行经验可以得出,补偿容量一般为变压器额定容量的20%~30%,特殊情况下可补40%~50%。补偿方式的选择:补偿方式一般分为三相共补,分相补偿也有混合补偿(即前两项合并)。
  1.三相电容共补偿适用于三相负载平衡的供配电系统。
  因三相回路平衡,回路中无功电流相同,所以在补偿时,调节无功功率参数的信号取自三相中的任意一相,根据检测结果,三相同时投切可保证三相电压的质量。三相电容自动补偿适用于有大量的三相用电设备的厂矿企业中。
  2.分相补偿在大量民用建筑中使用,因为民用建筑中大部分是单相负荷,照明、空调等由于负荷变化的随机性大,容易造成三相负载的严重不平衡,尤其是住宅楼在运行中三相不平衡更为严重。由于调节补偿无功功率的采样信号取自三相中的任意一相,造成未检测的两相要么过补偿,要么欠补偿。如果过补偿,则过补偿相的电压升高,造成控制、保护元件等用电设备因过电压而损坏;如果欠补偿,则补偿相的回路电流增大,线路及断路器等设备由于电流的增加而导致发热被烧坏。这种情况下用传统的三相无功补偿方式,不但不节能,反而浪费资源,难以对系统的无功补偿进行有效补偿,补偿过程中所产生的过、欠补偿等弊端更是对整个电网的正常运行带来了严重的危害。所以根据建筑使用功能分区,在用电较集中、电气设备功率因数较低的配电箱处设置电容补偿装置较为适宜。
  3.混合补偿一般在补偿容量超过60Kva时采用。这样即满足三相之间的不平衡,又可降低成本。
  二、补偿级数的选择
  在实际的生产过程中,用户还是往往会出现过补及欠补情况,其中过补偿因负荷性质为容性,所以会导致用户电压升高,不仅威胁线路和设备安全,也会威胁到电容器自身的安全,我国规定当电压超过1.1倍的电容额定电压时,电容器就必须退出运行,否则将会引起设备过热,缩短其使用寿命甚至可能立即烧毁。
  另一种欠偿因负荷性质为感性,会导致用户无功功率增大,设备效率低,从而大大增加用户负担,如果大范围出现此种情况,将会影响电网的安全运行。这样就得考虑到补偿级数的选择,补偿级数即电容器分组数,数量越多,精度越高,但随着补偿级数的增加,成本也相应增大,且补偿柜体积也相应增大,不利于安装。
  综合考虑后,我们建议根据变压器及负荷情况选定补偿容量后,最后2组采用小容量补偿以提高精度(但不能低于六组),这样补偿的好处是不会出现过补及欠补情况的发生。
  另外我们在生产过程中还会加入手动/自动控制装置来精确控制电容的投入及退出,从而达到满足功率因数的要求。
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