论文部分内容阅读
摘要：由于电力系统中存在大量的感性负载，因此电力系统的无功补偿非常重要。无功补偿装置包括：同步调相机、电容器、静止无功补偿器、静止无功发生器等。钢铁企业设计中应用最广泛的是电力电容器，进行电容器设计时应注意：额定电压、电容器组容量等参数及环境条件的选择。
关键字：无功功率补偿 电力电容器 设计
中图分类号：TM7 TM5 文章标识码：A 文章编号：1672-2310（2015）12-007-07
在电力系统中存在大量感性负载，比如变压器、异步电动机、荧光灯等都是典型的感性负载。这些感性负载的存在使线路电压超前于线路电流，从而产生一个角度差￠，这样与有功功率相对应，引出了无功功率的概念，电路学中，将有功功率与无功功率分别作为三角形的两个直角边，将视在功率作为斜边，从而组成功率三角形。具体公式为：有功功率为P=UIcos￠，无功功率为Q=UIsin￠，视在功率为S=UI。由此可见感性负载越多，线路电压与线路电流的角度差￠越大，无功功率越大，电力系统的功率因数就越低。虽然感性负载在电网中不消耗能量，仅作为电源与负载间的能量交换，但是无功功率对电力系统本身产生了的影响也不容忽略，也就是说，对于无功功率的补偿对于提高电力系统的功率因数起到重要的作用。
电力系统的电能质量指标包括：电压偏差、电压波动和闪变、三相不对称度、谐波、频率偏差、供电可靠性等。其中电压偏差就是由于电力系统中的无功负荷造成的，比如说前面提高的异步电动机、照明设备等。而谐波是由电力系统中的非线性设备引起的，比如我们近年来应用非常广泛的电力电子装置，大多数电力电子装置的功率因数都较低，工作时的基波电流滞后于电网电压，消耗大量的无功功率，。因此，无功功率补偿除了能够提高功率因数外，还能大大提高电力系统的供电质量，消除或减少电力系统中的谐波和无功负荷。
从功率三角形和无功功率公式：Q=UIsin￠、视在功率公式：S=UI中不难看出，Q的增加会导致I增大，从而S增大，即变压器、发电机等电气设备的容量选型增大，增加设备及线路的损耗；压降增大，供电质量降低，功率因数降低等恶劣影响。在电力系统中，不仅电气设备消耗无功功率，大量网络组件也要消耗无功功率。因此，进行无功功率补偿无疑是维持电力系统稳定运行的必要手段。
由于输电线路中中压系统基本全是架空线或者是架空线为主的敷设方式，架空线路也是主要的感性负载之一。显然，无功功率补偿通过发电机长距离输送是不合理的，合理的方法应该是在需要消耗无功功率的地方，进行就地补偿。从而达到减少损耗、降低设备容量、提高功率因数、稳定供电电压的作用。
综上所述，合理有效的对电力系统进行无功功率补偿可以提高系统的功率因数，提高供电质量，维持电力系统稳定运行。那么目前国内往往通过装设无功功率补偿装置对电力系统进行无功补偿。在需要补偿的位置增设无功功率补偿装置，进行就地补偿，其方法简单，适合于各种谐波源和低功率因数设备，已得到了广泛应用。
常见的无功功率补偿装置主要有以下几种：
1、同步调相机。相当于空载运行的同步电动机，在过励磁运行时，相当于无功电源；在欠励磁运行时，起到无功负荷的作用。但其反应速度比较慢，难以适应动态无功控制的要求。自20世纪70年代以来已逐渐被静止无功补偿器所替代。
2、并联电容器。并联电容器用于补偿电力系统感性负荷的无功功率，在钢铁企业中变电所中广泛应用，起到了提高功率因数，降低电网损耗的作用。但其弊端是：并联电容器只能成组的投入或切除，由于无功功率Q与所在节点的电压U的平方成正比，因此，当系统发生故障或正由于其他原因导致电压下降时，电容器的无功输出将减少，从而导致电压继续下降。
3、静止无功补偿器（SVC）。静止无功补偿器是指无旋转机械，可随运行状况的变化动态调节发出的无功功率，组成部件有饱和电抗器、固定电容器、晶闸管控制电抗器和晶闸管投切电容器，组成多种类型，满足不同场所的无功补偿需要。
4、静止无功发生器（SVG）。静止无功发生器是一种更为先进的静止型无功补偿装置，适当控制其逆变器的输出电压，就可以灵活的改变静止无功发生器的运行工况。与静止无功补偿器相比，静止无功发生器具有相应更快、运行范围更广、谐波电流含量少等优点。
要了解无功补偿的基本要求，必须了解无功补偿的核心计算公式：Q（电源）-Q（负荷）-Q（损耗）=Q（备用），即无功电源提供的无功功率总和，减去无功负荷和无功损耗，得出无功功率备用。若无功功率备用小于零，说明系统中无功功率不足，需要加设无功补偿装置。也就是说：无功备用容量Q（备用）必须大于等于零，即无功电源发出的无功功率应大于或至少等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗之和。尽量避免通过电网元件传送无功功率，应该分地区分电压等级的进行无功功率就地补偿。必要时还要校验某些设备检修时或故障后运行方式下的无功功率平衡。
在钢铁企业设计中，电力电容器等到了广泛应用，进行设计选型时，应注意：额定电压、电容器总容量等参数及环境条件的影响。
电网电压等级决定了接入处的电容器的额定电压。比如：降压变压器设电力电容器补偿柜，其额定电压与变压器二次侧电压相同，通过就地补偿降压变压器的无功损耗，避免长距离线路传送无功功率，以减少由于无功功率的传送而引起的电网有功损耗。谐波水平决定了分组容量的条件。电容器组总容量应根据无功规划及调相调压计算来决定。220KV变电所中电容器的安装容量因地区不同而略有不同。比如：华北地区，电容器总安装容量比例在10%～20%之间的较多。在没有进行调相调压计算，一般情况下，电容器容量可按主变压器容量的10%～30%来确定，这种方法一般用于估算电容器安装总容量。环境条件也对电容器的选择有较大影响，是设备选型的重要依据。比如：在东北的寒冷地区应选用耐低温产品，在南方潮热地区应选用湿热带产品，在高海拔地区应选用高海拔产品等等。
结论：无功功率补偿在电力系统中提高电网功率因数，降低了变压器及输电线路的损耗，提高了供电效率及电网供电质量。电力电容器在钢铁企业设计中得到广泛应用，设计时需考虑额定电压、电容器总容量等参数及环境条件的影响。
关键字：无功功率补偿 电力电容器 设计
中图分类号：TM7 TM5 文章标识码：A 文章编号：1672-2310（2015）12-007-07
在电力系统中存在大量感性负载，比如变压器、异步电动机、荧光灯等都是典型的感性负载。这些感性负载的存在使线路电压超前于线路电流，从而产生一个角度差￠，这样与有功功率相对应，引出了无功功率的概念，电路学中，将有功功率与无功功率分别作为三角形的两个直角边，将视在功率作为斜边，从而组成功率三角形。具体公式为：有功功率为P=UIcos￠，无功功率为Q=UIsin￠，视在功率为S=UI。由此可见感性负载越多，线路电压与线路电流的角度差￠越大，无功功率越大，电力系统的功率因数就越低。虽然感性负载在电网中不消耗能量，仅作为电源与负载间的能量交换，但是无功功率对电力系统本身产生了的影响也不容忽略，也就是说，对于无功功率的补偿对于提高电力系统的功率因数起到重要的作用。
电力系统的电能质量指标包括：电压偏差、电压波动和闪变、三相不对称度、谐波、频率偏差、供电可靠性等。其中电压偏差就是由于电力系统中的无功负荷造成的，比如说前面提高的异步电动机、照明设备等。而谐波是由电力系统中的非线性设备引起的，比如我们近年来应用非常广泛的电力电子装置，大多数电力电子装置的功率因数都较低，工作时的基波电流滞后于电网电压，消耗大量的无功功率，。因此，无功功率补偿除了能够提高功率因数外，还能大大提高电力系统的供电质量，消除或减少电力系统中的谐波和无功负荷。
从功率三角形和无功功率公式：Q=UIsin￠、视在功率公式：S=UI中不难看出，Q的增加会导致I增大，从而S增大，即变压器、发电机等电气设备的容量选型增大，增加设备及线路的损耗；压降增大，供电质量降低，功率因数降低等恶劣影响。在电力系统中，不仅电气设备消耗无功功率，大量网络组件也要消耗无功功率。因此，进行无功功率补偿无疑是维持电力系统稳定运行的必要手段。
由于输电线路中中压系统基本全是架空线或者是架空线为主的敷设方式，架空线路也是主要的感性负载之一。显然，无功功率补偿通过发电机长距离输送是不合理的，合理的方法应该是在需要消耗无功功率的地方，进行就地补偿。从而达到减少损耗、降低设备容量、提高功率因数、稳定供电电压的作用。
综上所述，合理有效的对电力系统进行无功功率补偿可以提高系统的功率因数，提高供电质量，维持电力系统稳定运行。那么目前国内往往通过装设无功功率补偿装置对电力系统进行无功补偿。在需要补偿的位置增设无功功率补偿装置，进行就地补偿，其方法简单，适合于各种谐波源和低功率因数设备，已得到了广泛应用。
常见的无功功率补偿装置主要有以下几种：
1、同步调相机。相当于空载运行的同步电动机，在过励磁运行时，相当于无功电源；在欠励磁运行时，起到无功负荷的作用。但其反应速度比较慢，难以适应动态无功控制的要求。自20世纪70年代以来已逐渐被静止无功补偿器所替代。
2、并联电容器。并联电容器用于补偿电力系统感性负荷的无功功率，在钢铁企业中变电所中广泛应用，起到了提高功率因数，降低电网损耗的作用。但其弊端是：并联电容器只能成组的投入或切除，由于无功功率Q与所在节点的电压U的平方成正比，因此，当系统发生故障或正由于其他原因导致电压下降时，电容器的无功输出将减少，从而导致电压继续下降。
3、静止无功补偿器（SVC）。静止无功补偿器是指无旋转机械，可随运行状况的变化动态调节发出的无功功率，组成部件有饱和电抗器、固定电容器、晶闸管控制电抗器和晶闸管投切电容器，组成多种类型，满足不同场所的无功补偿需要。
4、静止无功发生器（SVG）。静止无功发生器是一种更为先进的静止型无功补偿装置，适当控制其逆变器的输出电压，就可以灵活的改变静止无功发生器的运行工况。与静止无功补偿器相比，静止无功发生器具有相应更快、运行范围更广、谐波电流含量少等优点。
要了解无功补偿的基本要求，必须了解无功补偿的核心计算公式：Q（电源）-Q（负荷）-Q（损耗）=Q（备用），即无功电源提供的无功功率总和，减去无功负荷和无功损耗，得出无功功率备用。若无功功率备用小于零，说明系统中无功功率不足，需要加设无功补偿装置。也就是说：无功备用容量Q（备用）必须大于等于零，即无功电源发出的无功功率应大于或至少等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗之和。尽量避免通过电网元件传送无功功率，应该分地区分电压等级的进行无功功率就地补偿。必要时还要校验某些设备检修时或故障后运行方式下的无功功率平衡。
在钢铁企业设计中，电力电容器等到了广泛应用，进行设计选型时，应注意：额定电压、电容器总容量等参数及环境条件的影响。
电网电压等级决定了接入处的电容器的额定电压。比如：降压变压器设电力电容器补偿柜，其额定电压与变压器二次侧电压相同，通过就地补偿降压变压器的无功损耗，避免长距离线路传送无功功率，以减少由于无功功率的传送而引起的电网有功损耗。谐波水平决定了分组容量的条件。电容器组总容量应根据无功规划及调相调压计算来决定。220KV变电所中电容器的安装容量因地区不同而略有不同。比如：华北地区，电容器总安装容量比例在10%～20%之间的较多。在没有进行调相调压计算，一般情况下，电容器容量可按主变压器容量的10%～30%来确定，这种方法一般用于估算电容器安装总容量。环境条件也对电容器的选择有较大影响，是设备选型的重要依据。比如：在东北的寒冷地区应选用耐低温产品，在南方潮热地区应选用湿热带产品，在高海拔地区应选用高海拔产品等等。
结论：无功功率补偿在电力系统中提高电网功率因数，降低了变压器及输电线路的损耗，提高了供电效率及电网供电质量。电力电容器在钢铁企业设计中得到广泛应用，设计时需考虑额定电压、电容器总容量等参数及环境条件的影响。