畢業(yè)設(shè)計(jì)---電力系統(tǒng)無(wú)功功率動(dòng)態(tài)優(yōu)化補(bǔ)償裝置

1、<p><b>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</b></p><p>　　發(fā)電廠及電力系統(tǒng) 專(zhuān)業(yè)</p><p>　　電力系統(tǒng)無(wú)功功率動(dòng)態(tài)優(yōu)化補(bǔ)償裝置 </p><p><b>　　前 言III</b></p><p>　　第一章 動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置概述1</p><

2、p>　　第一節(jié) 現(xiàn)有補(bǔ)償裝置存在的問(wèn)題及解決方法1</p><p>　　第二節(jié) 無(wú)功補(bǔ)償和提高功率因數(shù)的意義3</p><p>　　第三節(jié) 無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)13</p><p>　　第二章 補(bǔ)償裝置現(xiàn)狀的調(diào)研與問(wèn)題的提出15</p><p>　　第一節(jié) 無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)姆N類(lèi)和特點(diǎn)15</p><

3、;p>　　第二節(jié) 問(wèn)題的提出21</p><p>　　第三章 無(wú)功功率優(yōu)化動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置25</p><p>　　第一節(jié) 裝置簡(jiǎn)介25</p><p>　　第二節(jié) 工作原理26</p><p><b>　　A30</b></p><p>　　第三節(jié)

4、抗干擾措施41</p><p>　　第四章 設(shè)計(jì)總結(jié)43</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：45</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　無(wú)功功率補(bǔ)償是電力系統(tǒng)的經(jīng)典話題，補(bǔ)償?shù)卯?dāng)，可以提高供電效率，減少線路損耗，提高供電質(zhì)量。以前的補(bǔ)償裝置

5、多用估算的辦法，不能適應(yīng)動(dòng)態(tài)的要求。隨著單片機(jī)技術(shù)和電子測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在有條件實(shí)時(shí)測(cè)量出功率因數(shù)，根據(jù)測(cè)量結(jié)果及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償?shù)某潭瓤梢跃唧w線路進(jìn)行設(shè)定。本設(shè)計(jì)就是要完成這樣的實(shí)際裝置。要考慮適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)惡劣電磁環(huán)境，保證能夠長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，不發(fā)生死機(jī)現(xiàn)象。在本設(shè)計(jì)中，用PT和CT分別采樣電流、電壓信號(hào)，由單片機(jī)進(jìn)行相位差計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，投入或切掉并聯(lián)的補(bǔ)償電容。電容的分組可以采8：4：2：1的比例，使調(diào)節(jié)更加精細(xì)。相位測(cè)量可以采用

6、單片機(jī)計(jì)數(shù)配合電子線路實(shí)現(xiàn)。電容投切控制使用固態(tài)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，采取過(guò)零寬高頻調(diào)制脈沖觸發(fā)方式，以減少?zèng)_擊電流；關(guān)斷采用電流過(guò)零自然關(guān)斷；投入采用記憶方式，保證原電容充電方向與系統(tǒng)電源方向一致。 </p><p>　　第一章 動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置概述</p><p>　　為提高供電設(shè)備效率，減少供電線路電能損失，國(guó)內(nèi)外自上世紀(jì)50年代初就開(kāi)始進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的研究工作，其方法主要有兩種：一

7、種是在電網(wǎng)上并聯(lián)電容器，通過(guò)提高電網(wǎng)的功率因數(shù)達(dá)到減少線路電壓損耗，提高供電設(shè)備利用率的目的;另外一種是在電網(wǎng)上并入同步電動(dòng)機(jī)，通過(guò)改變同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流的方法來(lái)改變電路負(fù)載特性。其中前一種方法適用于居民、商業(yè)及小型工廠的低壓供電系統(tǒng)，而后一種方法適用于大型工廠中的無(wú)功功率補(bǔ)償。 </p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用中，由于電路特性是隨時(shí)變化的，為了達(dá)到較好的補(bǔ)償效果，就必須動(dòng)態(tài)跟蹤電路特性的變化，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電路中與的

8、相位差角，根據(jù)角的大小決定并聯(lián)電容器的值?；镜墓β室驍?shù)補(bǔ)償電路如圖1-1 所示</p><p>　　圖1-1功率因數(shù)補(bǔ)償電路</p><p>　　電路中的K1～K n在自動(dòng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置中可采用雙向可控硅，在電路工作時(shí)，一般保證< 0.95，避免電路出現(xiàn)諧振現(xiàn)象，損壞電網(wǎng)供電設(shè)備和用電器。具體的方法是通過(guò)對(duì)電壓U和電流I的相位檢測(cè)來(lái)判斷是否并入補(bǔ)償電容器，并入幾個(gè)，這些都是通過(guò)控制裝

9、置自動(dòng)完成的，這就是動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的工作原理。</p><p>　　第一節(jié) 現(xiàn)有補(bǔ)償裝置存在的問(wèn)題及解決方法</p><p>　　上面所述的方法只局限于某一段電路，并沒(méi)有從整個(gè)電力網(wǎng)的角度來(lái)分析。為了彌補(bǔ)這一缺陷，就有必要對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)中的各段電路功率因數(shù)補(bǔ)償裝置進(jìn)行集中調(diào)控，使整個(gè)系統(tǒng)處于協(xié)調(diào)工作狀態(tài)。由于現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)功率因數(shù)補(bǔ)償裝置還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)整網(wǎng)連調(diào)，所以，有必要增加動(dòng)態(tài)功率因數(shù)補(bǔ)

10、償裝置的數(shù)據(jù)通訊功能，將其工作狀態(tài)及相關(guān)的電流、電壓、功率因數(shù)、工作溫度、環(huán)境狀態(tài)等參數(shù)發(fā)送到總調(diào)室，總調(diào)室中的主控微機(jī)則根據(jù)前端工作狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整控制參數(shù)達(dá)到整網(wǎng)均衡運(yùn)行的目的。 </p><p>　　另外，在分析補(bǔ)償過(guò)程中所提到的電容器，是按理想電容器來(lái)分析計(jì)算的，實(shí)際的電容器可等效為電阻R與電容器C并聯(lián)電路,電阻減小，電容器介質(zhì)損耗增加，電容器發(fā)熱，電解液易枯竭使電容量減小，補(bǔ)償不足。同時(shí)，電容器在密閉較嚴(yán)時(shí)

11、易出現(xiàn)爆炸現(xiàn)象。為及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決這一問(wèn)題，也應(yīng)對(duì)電容器的工作溫度、電容量等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果及時(shí)發(fā)送給控制終端，便于及時(shí)維修更換，避免事故的發(fā)生。對(duì)于功率因數(shù)補(bǔ)償問(wèn)題，多年來(lái)，人們一直在變壓器輸出端或工廠電力入口等前端上進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，補(bǔ)償方案如圖1-2所示</p><p>　　圖1-2 前端無(wú)功功率補(bǔ)償方案</p><p>　　由圖可見(jiàn)，前端補(bǔ)償只補(bǔ)償了10 kV以上供電網(wǎng)的無(wú)

12、功電流，400 V低壓輸電網(wǎng)下端的無(wú)功電流并沒(méi)有得到補(bǔ)償，而現(xiàn)今居民和商業(yè)用電戶(hù)，多采用節(jié)能型日光燈照明，電路功率因數(shù)低，且得不到補(bǔ)償圖1-3為了解決這一問(wèn)題，有必要開(kāi)發(fā)研制一種造價(jià)低、性能好的小型動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置(MTSC) 。將此裝置安裝于居民(或商業(yè)) 用戶(hù)的集中供電箱中，這樣就構(gòu)成了新的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償控制方案，如圖</p><p>　　圖1-3 用戶(hù)端動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方案</p><p>

13、　　由圖可見(jiàn)，采用這種方式后，對(duì)于變壓器至用戶(hù)集中配電箱這段電路的線路損失也得到了補(bǔ)償，其帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益是相當(dāng)可觀的。</p><p>　　第二節(jié) 無(wú)功補(bǔ)償和提高功率因數(shù)的意義</p><p>　　一 無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕靖拍?lt;/p><p>　　無(wú)功功率在電氣技術(shù)領(lǐng)域是個(gè)必不可少的重要物理量。變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，這正是無(wú)功功率交換的規(guī)律。

14、因此有磁場(chǎng)空間和電場(chǎng)空間才能存在無(wú)功功率產(chǎn)生的空間。在正弦電路中，無(wú)功功率的概念有清楚的物理意義，無(wú)功功率表示有能量交換，但不消耗功率，其幅值可作為能量交換的量度。傳統(tǒng)上無(wú)功功率一般采用平均無(wú)功功率概念，它是電路中儲(chǔ)能元件與電源交換功率的最大值，也是儲(chǔ)能元件與電源間交換能量的一種量度。在非正弦電路中，無(wú)功功率的概念卻很抽象，并且至今未獲得公認(rèn)的無(wú)功功率定義。于是在在非正弦波情況下，有關(guān)平均無(wú)功功率的定義有兩種學(xué)派：一種是依據(jù)Budeau

15、n的定義，采用頻域分析法；另一種是依據(jù)Fryze的定義，采用時(shí)域分析法。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者又提出了廣義平均無(wú)功功率、瞬時(shí)無(wú)功功率以及廣義瞬時(shí)無(wú)功功率的概念。</p><p>　　近年來(lái)，隨著我國(guó)電力工業(yè)的不斷發(fā)展，大范圍的高壓輸電網(wǎng)絡(luò)逐漸形成，同時(shí)對(duì)電網(wǎng)無(wú)功功率的要求也日益嚴(yán)格。無(wú)功電源如同有功電源一樣，是保證電力系統(tǒng)電能質(zhì)量、降低電網(wǎng)損耗以及保證其安全運(yùn)行所不可缺少的部分。電網(wǎng)無(wú)功功率不平衡將導(dǎo)致系統(tǒng)電壓的巨大

16、波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致用電設(shè)備的損壞，出現(xiàn)系統(tǒng)電壓崩潰和穩(wěn)定破壞事故。因此無(wú)功功率對(duì)電力系統(tǒng)是十分重要的。</p><p>　　二 電力網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù)</p><p>　　接在電網(wǎng)中的許多用電設(shè)備是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的。例如，通過(guò)磁場(chǎng)，變壓器才能改變電壓并且將能量送出去，電動(dòng)機(jī)才能轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)機(jī)械負(fù)荷。磁場(chǎng)所具有的磁場(chǎng)能是由電源供給的，電動(dòng)機(jī)和變壓器在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中建立交變磁場(chǎng)，在一個(gè)周期內(nèi)吸

17、收的功率和釋放的功率相等，這種功率叫做感性無(wú)功功率。電容器在交流電網(wǎng)中接通時(shí)，在一個(gè)周期內(nèi)，上半周期的充電功率和下半周期的放電功率相等，不消耗能量，這種充放電功率叫做容性無(wú)功功率。</p><p>　　對(duì)感性負(fù)荷，有功功率、無(wú)功功率和視在功率之間的關(guān)系如圖所示。</p><p>　　S = (P2+Q2)1/2 （1—1）</p><p>　　式中S——視在

18、功率，kVA； P——有功功率，kW；</p><p>　　Q——無(wú)功功率，kvar。</p><p>　　φ角為功率因數(shù)角，它的余弦（COSφ） 有功功率與視在功率之比，稱(chēng)為功率因數(shù)。 即：</p><p>　　圖1功率三角形 </p><p>

19、;　　COSφ= </p><p>　　三 提高功率因數(shù)的意義</p><p>　?。ㄒ唬└纳圃O(shè)備的利用率</p><p>　　因?yàn)楣β室驍?shù)還可以表示成下述形式：</p><p><b>　　(1─1)</b></p><p>　　其中——線電壓（KV）；</p>&

20、lt;p><b>　　——線電流（A）。</b></p><p>　　可見(jiàn)，在一定的電壓和電流下提高，其輸出的有功功率越大，因此改善功率因數(shù)是充分發(fā)揮設(shè)備潛力，提高設(shè)備利用率的有效方法。</p><p>　　（二）提高功率因數(shù)可減少電壓損失</p><p>　　因?yàn)殡娏W(wǎng)的電壓損失可借下式求出：</p><p>&

21、lt;b>　　(1─2)</b></p><p>　　可以看出，影響的因素有四個(gè)：線路的有功功率P，無(wú)功功率Q，電阻R和電抗X。如果采用容抗為Xc的電容來(lái)補(bǔ)償，則電壓損失為</p><p><b>　　(1─3)</b></p><p>　　故采用補(bǔ)償電容器提高功率因數(shù)后，電壓損失ΔU減少，改善了電壓質(zhì)量。</p>

22、<p><b>　?。ㄈp少線路損失</b></p><p>　　當(dāng)線路通過(guò)電流I時(shí)，其有功損耗為：</p><p>　　ΔP=3P2R×10-3/U2（COSφ）2 (KW) (1─4)</p><p>　　線路有功損失ΔP與成反比越高ΔP越小</

23、p><p>　?。ㄋ模┨岣唠娏W(wǎng)的傳輸能力</p><p>　　視在功率與有功功率成下述關(guān)系</p><p>　　P=S (1─5)</p><p>　　可見(jiàn)，在傳輸一定有功功率P的條件下, 越高,所需視在功率越小。</p><p>　?。ㄎ澹p

24、少用戶(hù)開(kāi)支，降低生產(chǎn)成本</p><p>　?。p小供電設(shè)備容量，節(jié)省電網(wǎng)投資</p><p>　　四 無(wú)功補(bǔ)償及其方法</p><p>　　無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)幕靖拍?lt;/p><p>　　無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)幕驹硎牵喊丫哂腥菪怨β守?fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并聯(lián)接在同一電路，當(dāng)容性負(fù)荷釋放能量時(shí)，感性負(fù)荷吸收能量；而感性負(fù)荷釋放能量時(shí)，容性負(fù)荷卻

25、在吸收能量，能量在兩種負(fù)荷之間互相交換。這樣，感性負(fù)荷所吸收的無(wú)功功率可由容性負(fù)荷輸出的無(wú)功功率中得到補(bǔ)償，這就是無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)幕驹怼?lt;/p><p>　　（二）無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)姆椒?lt;/p><p>　　無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)姆椒ê芏?，采用電力電容器，或采用具有容性?fù)荷的裝置進(jìn)行補(bǔ)償。</p><p>　　1、利用過(guò)激磁的同步電動(dòng)機(jī)，改善用電的功率因數(shù)，但設(shè)備復(fù)雜，造價(jià)高

26、，只適于在具有大功率拖動(dòng)裝置時(shí)采用。</p><p>　　2、利用調(diào)相機(jī)做無(wú)功功率電源，這種裝置調(diào)整性能好，在電力系統(tǒng)故障情況下，也能維持系統(tǒng)電壓水平，可提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，但造價(jià)高，投資大，損耗也較高。每kvar無(wú)功的損耗約為１.8—5.5%，運(yùn)行維護(hù)技術(shù)較復(fù)雜，宜裝設(shè)在電力系統(tǒng)的中樞變電所，一般用戶(hù)很少應(yīng)用。</p><p>　　3、異步電動(dòng)機(jī)同步化。這種方法有一定的效果，但自身

27、損耗大，每kvar無(wú)功功率的損耗約為4—19%，一般都不采用。</p><p>　　4、電力電容器作為補(bǔ)償裝置，具有安裝方便、建設(shè)周期短、造價(jià)低、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)便、自身?yè)p耗?。縦var功功率損耗約為0.3—0.4%以下）等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外廣泛采用的補(bǔ)償方法。這種方法的缺點(diǎn)是電力電容器使用壽命較短；無(wú)功出力與運(yùn)行電壓平方成正比，當(dāng)電力系統(tǒng)運(yùn)行電壓降低，補(bǔ)償效果降低，而運(yùn)行電壓升高時(shí)，對(duì)用電設(shè)備過(guò)補(bǔ)償，使其端電壓過(guò)分

28、提高，甚至超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，容易損壞設(shè)備絕緣，造成設(shè)備事故，彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)應(yīng)采取相應(yīng)措施以防止向電力系統(tǒng)倒送無(wú)功功率。</p><p>　　電力電容器作為補(bǔ)償裝置有兩種方法：串聯(lián)補(bǔ)償和并聯(lián)補(bǔ)償。</p><p>　　串聯(lián)補(bǔ)償是把是容器直接串聯(lián)到高壓輸電線路上，以改善輸電線路參數(shù)，降低電壓損失，提高其輸送能力，降低線路損耗。這種補(bǔ)償方法的電容器稱(chēng)作串聯(lián)電容器，應(yīng)用于高壓遠(yuǎn)距離輸電線路上，用電單位很

29、少采用。</p><p>　　并聯(lián)補(bǔ)償是把電容器直接與被補(bǔ)償設(shè)備并接到同一電路上，以提高功率因數(shù)。這種補(bǔ)償方法所用的電容器稱(chēng)作并聯(lián)電容器，用電企業(yè)都是采用這種補(bǔ)償方法。</p><p>　　五、并聯(lián)電容器補(bǔ)償無(wú)功功率的作用及其方法</p><p>　?。ㄒ唬┎⒙?lián)電容器提高功率因數(shù)的原理</p><p>　　在交流電路中，純電阻電路，負(fù)載中的電

30、流IR與電壓U同相位，純電感負(fù)載中的電流IL滯后電壓90°。而純電容的電流IC則超前于電壓90°，如圖7—2所示。可見(jiàn)，電容中的電流與電感中的電流相差180°，它們能夠互相抵消。</p><p>　　電力系統(tǒng)中的負(fù)載，大部分是感性的。因此總電流I將滯后于電壓一個(gè)角度φ。在P是一個(gè)定制的前提下，如果將并聯(lián)電容器與負(fù)載并聯(lián)（補(bǔ)償原理如圖3所示），則電容器的電流IC將抵消一部分電感電流，從

31、而使電感電流IL減小 ILˊ，總電流從I減小到 Iˊ，功率因數(shù)將由COSφ1提高到COSφˊ　，這就是并聯(lián)補(bǔ)償?shù)脑怼?lt;/p><p>　　(二) 并聯(lián)電容器在電力系統(tǒng)中的作用</p><p>　　采用并聯(lián)補(bǔ)償電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償主要作用是：</p><p>　　1、補(bǔ)償無(wú)功功率，提高功率因數(shù)</p><p><b>　　2、提高設(shè)

32、備出力 </b></p><p>　　由于有功功率P=S·COSφ，當(dāng)設(shè)備的表觀（視在）功率S一定時(shí)，如果功率因數(shù)COSφ提高上式中的P也隨之增大，電氣設(shè)備的有功出力也就提高了。</p><p>　　3、降低功率損耗和電能損失</p><p>　　在三相交流電路中，功率損耗△P 圖 3 電容補(bǔ)償電路原理圖 的

33、計(jì)算公式如下：</p><p>　　ΔP=3P2R×10-3/U2（COSφ）2 （1 - 2）</p><p>　　由式可見(jiàn)，功率損耗和功率因數(shù)的平方成反比。當(dāng)功率因數(shù)提高后，將使功率損失大大下降。因此使得每年在線路上和變壓器中的電能損失下降。</p><p><b>　　4、改善電壓質(zhì)量</b></p><p

34、>　　在線路中電壓損失的計(jì)算式如下：</p><p>　　ΔU=(P*R+QXl)×10-3/U （1 - 3）</p><p>　　式中 △U——線路中的電壓損失，KV；</p><p>　　P——有功功率，MW；</p><p>　　Q——無(wú)功功率，Mvar；</p

35、><p>　　U——額定電壓，kV；</p><p>　　R——線路的總電阻，Ω；</p><p>　　XL——線路感抗，Ω。</p><p>　　由上式可見(jiàn)，當(dāng)線路中的無(wú)功功率Q減少以后，電壓損失△U也就減小了。</p><p>　?。ㄈ?）并聯(lián)電容器在電力系統(tǒng)中的補(bǔ)償方式</p><p>　　1

36、、并聯(lián)電容器與電力網(wǎng)的聯(lián)接</p><p>　　并聯(lián)電容器與電力網(wǎng)的聯(lián)接，額定電壓應(yīng)相符。在三相供電系統(tǒng)中單相電容器的額定電壓與電力網(wǎng)的額定電壓相同時(shí)，電容器應(yīng)采用三角形接法，如果按星形接法聯(lián)接則每相電壓是線電壓的 /3 倍，又因Q=U2/Xc，所以無(wú)功出力減小為三角形接法時(shí)的1/3倍，顯然是不合理的。當(dāng)單相電容器的額定電壓較線路的額定電壓低時(shí)，應(yīng)采用星形聯(lián)接或幾個(gè)電容器串聯(lián)以后接成三角形。而三相電容器只要

37、其額定電壓等于或高于電網(wǎng)的額定電壓即可直接接入使用。</p><p>　　2、并聯(lián)電容器的補(bǔ)償</p><p>　　電容器的補(bǔ)償形式，應(yīng)以無(wú)功就地平衡為原則。電網(wǎng)的無(wú)功負(fù)荷主要是由用電設(shè)備和輸變電設(shè)備引起的。除了在比較密集的供電負(fù)荷中心集中裝設(shè)大、中型電容器組，便于中心電網(wǎng)的電壓控制和穩(wěn)定電網(wǎng)的電壓質(zhì)量之外，還應(yīng)在距用電無(wú)功負(fù)荷較近的地點(diǎn)裝設(shè)中、小型電容器組進(jìn)行就地補(bǔ)償。安裝電容器進(jìn)行無(wú)功

38、功率補(bǔ)償時(shí)，可采取集中、分散或個(gè)別補(bǔ)償三種形式。</p><p><b>　　1）個(gè)別補(bǔ)償</b></p><p>　　個(gè)別補(bǔ)償是對(duì)單臺(tái)用電設(shè)備所需無(wú)功就近補(bǔ)償?shù)霓k法，把電容器直接送到單臺(tái)用電設(shè)備的同一個(gè)電氣回路，用同一臺(tái)開(kāi)關(guān)控制，同時(shí)投運(yùn)或斷開(kāi)。這種補(bǔ)償方法的效果最好，電容器靠近用電設(shè)備，就地平衡無(wú)功電流，可避免無(wú)負(fù)荷時(shí)的過(guò)補(bǔ)償，使電壓質(zhì)量得到保證。個(gè)別補(bǔ)償一般常用

39、于容量較大的高低壓電動(dòng)機(jī)等用電設(shè)備。但這種方法在用電設(shè)備非連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電容器利用率低，不能充分發(fā)揮其補(bǔ)償效益。</p><p><b>　　2）分散補(bǔ)償</b></p><p>　　分散補(bǔ)償是將電容器組分組安裝在車(chē)間配電室或變電所各分路的出線上，它可與工廠部分負(fù)荷的變動(dòng)同時(shí)投入或切除。這種補(bǔ)償方法效果也較好。</p><p><b>

40、　　3）集中補(bǔ)償</b></p><p>　　集中補(bǔ)償是把電容器組集中安裝在變電所的一次或二次側(cè)的母線上，這種補(bǔ)償方法，安裝簡(jiǎn)便，運(yùn)行可靠，利用率較高；但當(dāng)電氣設(shè)備不連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)或輕負(fù)荷時(shí)，又無(wú)自動(dòng)控制裝置，會(huì)造成過(guò)補(bǔ)償，使運(yùn)行電壓抬高，電壓質(zhì)量變壞。電容器就地補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率稱(chēng)為釋放功率，其大小與初始功率因數(shù)和電容器的安裝容量及其安裝位置有關(guān)。當(dāng)電容器接到變壓器的一次側(cè)時(shí)，可使線路損耗降低，變電所一次母線

41、電壓升高，而對(duì)變壓器沒(méi)有補(bǔ)償作用；此外變壓器一次側(cè)電壓高，安裝費(fèi)高，因此盡量不把電容器安裝在變壓器的一次側(cè)。當(dāng)電容器安裝在變壓器的二次側(cè)時(shí)，能產(chǎn)生釋放功率使變壓器相應(yīng)增加出力，并使二次側(cè)電壓較大幅度的提高，效果顯著，同時(shí)二次側(cè)電壓低，安裝費(fèi)降低，因此把電容器盡量安裝在變壓器的二次側(cè)。</p><p>　　六、并聯(lián)電容器技術(shù)數(shù)據(jù)的計(jì)算</p><p>　　（一） 額定容量與電容量計(jì)算公式&l

42、t;/p><p>　　C= （μF） （1 - 4）</p><p>　　式中 Q——電容器的額定容量，kvar；</p><p>　　C——電容器的電容量，μF；</p><p>　　U——電容器的額定電壓，kV。 </p><p>　　（二） 并聯(lián)電容器電流的計(jì)

43、算</p><p>　　1、按標(biāo)稱(chēng)容量和額定電壓計(jì)算電流</p><p>　　單相 IC= （A） （1 - 5）</p><p>　　三相 IC= （A） （1 - 6）</p><p>　　式中 IC—

44、—電容器額定容量，A；</p><p>　　Q——電容器標(biāo)稱(chēng)容量，kvar；</p><p>　　U——電容器額定電壓，kV。</p><p>　　2、按電容器的實(shí)際電容值和額定電壓計(jì)算電流（f為工頻50Hz）</p><p>　　單相 IC=0.314CU （1 - 7）<

45、;/p><p>　　三相 IC= （1 - 8）</p><p>　　式中 IC——電容器的實(shí)際電流值，A；</p><p>　　Q——電容器的實(shí)際電容值，μF；</p><p>　　U——額定電壓，kV。</p><p>　　一般來(lái)講，按第2種方法計(jì)算，更

46、接近于實(shí)際情況。</p><p>　　3、由單臺(tái)電容器組成的三相電容器組的電流計(jì)算</p><p>　　Y形接線的電容器組，線電流與相電流相等，線電壓等于 倍的相電壓</p><p>　　IC= Ixg= （A） （1 - 9）</p><p>　　形接線的電容器組，線電流等于相電流的 倍

47、，線電壓等于相電壓</p><p>　　IC= （A） （1 - 10）</p><p>　　式中 QC——電容器組三相總?cè)萘浚琸var；</p><p>　?。ㄈ?電容器容量的選擇</p><p>　　電容器安裝容量的選擇，可根據(jù)使用目的的不同，按改善功率因數(shù)，提高運(yùn)行電壓和降低線路損

48、失等因素來(lái)確定。</p><p>　　1、按提高功率因數(shù)確定補(bǔ)償容量</p><p>　　按提高功率因數(shù)確定補(bǔ)償容量的方法簡(jiǎn)便明確，為國(guó)內(nèi)外所通用。根據(jù)功率補(bǔ)償圖中功率之間的向量關(guān)系，可求出無(wú)功補(bǔ)償容量Qc，</p><p>　　QC=P tgφ1-P tgφ2=P(tgφ1- tgφ2) (kvar) （1－11）</p><p>

49、　　式中 P——最大負(fù)荷月的平均有功功率，kW；</p><p>　　tgφ1、tgφ2——補(bǔ)償前后功率因數(shù)角的正切值；</p><p>　　COSφ1、COSφ2——補(bǔ)償前后功率因數(shù)值。</p><p>　　令式兩端除以有功功率P，得補(bǔ)償率系數(shù)K</p><p>　　或補(bǔ)償率系數(shù)K，是功率因數(shù)由COSφ1提高到COSφ2時(shí)，每千瓦有功功率

50、所需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功容量。</p><p>　　根據(jù)式（1—11），可以計(jì)算出各種功率因數(shù)由COSφ1提高到COSφ2時(shí)的K 值，然后列成表1—1。那么，就可以利用查表法，求出無(wú)功補(bǔ)償容量QC。查表法：按補(bǔ)償前功率因數(shù)COSφ1和補(bǔ)償后功率因數(shù)COSφ2，查表1－1，查出相應(yīng)的K值，K值乘以最大負(fù)荷的月平均有功功率P，即可按式（1－12）計(jì)算出所需要的無(wú)功補(bǔ)償容量。</p><p>　　表1—

51、1 每1KW有功功率所需補(bǔ)償容量（kvar/kw）</p><p>　　2、按提高電壓確定補(bǔ)償容量</p><p>　　按提高電壓要求確定補(bǔ)償容量的方法，適用于以調(diào)壓為主的樞紐變電所和電網(wǎng)末端的用戶(hù)變電所。其補(bǔ)償容量按提高電壓的要求，采用近似計(jì)算法求出（實(shí)際應(yīng)用中用戶(hù)很少采用此法）。其近似計(jì)算法公式為：</p><p>　　QC= (kva

52、r) （1-13）</p><p>　　式中 △U——需要提高的電壓值；V；</p><p>　　U2——需要達(dá)到的電壓值，KV；</p><p>　　X——線路電流，Ω。</p><p>　　3、按降低線損確定補(bǔ)償容量</p><p>　　按降低線路電能損耗的要求確定補(bǔ)償容量的方法，比較繁瑣，

53、很少被人采用。但它可以說(shuō)明補(bǔ)償容量與線損降低率之間的關(guān)系，還有一定實(shí)用價(jià)值。安裝電容器以后線損降低率可按下式求出：</p><p>　　由上式可以繪制出圖7—7的曲線。欲求電容器的補(bǔ)償容量，可根據(jù)原有功由上式可以繪制出圖7-7的曲線。欲求電容器的補(bǔ)償容量，可根據(jù)原有功率因數(shù)和已知的線損降低率，查圖7-7曲線，得補(bǔ)償后需要達(dá)到的功率因數(shù)，然后將補(bǔ)償前后的功率因數(shù)代入式（1-10）中，即可求出所需安裝的電容器容量。&

54、lt;/p><p>　　（4）按感應(yīng)電動(dòng)機(jī)空載電流確定補(bǔ)償容量</p><p>　　圖4 線損降低率與提高功率因數(shù)關(guān)系曲線 由上式可以繪出圖4的曲線，欲求電容器的補(bǔ)償量，可根據(jù)原有功功率和已知的線損降低率，查圖4曲線，得補(bǔ)償后續(xù)達(dá)到的功率因數(shù)，然后將補(bǔ)償前后的功率因數(shù)帶入式（1-14）中，即可求出所選裝的電容其容量。 </p><p>　　4、按

55、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)空載電流來(lái)確定補(bǔ)償容量</p><p>　　感應(yīng)電動(dòng)機(jī)個(gè)別補(bǔ)償時(shí)，應(yīng)按其空載電流來(lái)選擇電容器的容量，其計(jì)算公式為</p><p>　　QC≤ UeIokvar （1-14）</p><p>　　式中Ue——電動(dòng)機(jī)的額定電壓，KV；</p><p>　　Io——電動(dòng)機(jī)的空載電流，A。<

56、/p><p>　　由于一般感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的空載電流約占額定電流的25—40%，因此，電動(dòng)機(jī)的單臺(tái)無(wú)功補(bǔ)償容量也相應(yīng)為其容量的25—40%。</p><p>　　七 并聯(lián)電容器的接線</p><p><b>　　（一）線徑的選擇。</b></p><p>　　連接補(bǔ)償電容器的接線線徑大小必須根據(jù)電容器額定電流的大小來(lái)選擇。電容器的

57、額定電流是：</p><p><b>　　(1--8)</b></p><p>　　式中 ——電容器額定電流（A）</p><p>　　——電容器額定功率（Kvar）</p><p>　　——電容器額定電壓（KV）</p><p>　　電容器的額定電流也可以用估算的辦法來(lái)計(jì)算，即每

58、1Kvar相當(dāng)于2A，這個(gè)數(shù)比實(shí)際電流略大。</p><p><b>　　（二）接線方法。</b></p><p>　　對(duì)于10Kvar以下的小容量電容器，如果單臺(tái)接線，可把線直接接在電容器的接線柱上，而對(duì)于10Kvar以上的較大容量的電容器，必須用接線卡連接，因?yàn)檫@類(lèi)電容器的額定電流都在20A以上，導(dǎo)線較粗，特別是采用電纜接線，毛刺較多。電容器的接線柱又都很近，往往

59、容易造成放電短路損壞設(shè)備。</p><p><b>　?。ㄈ┓胖梦恢?。</b></p><p>　　合理選擇電容器補(bǔ)償?shù)陌惭b地點(diǎn)十分重要。并聯(lián)電容器不能放置過(guò)熱，漏雨，滴水，易擠，易壓易砸和妨礙交通的地方，也不能放置得離補(bǔ)償設(shè)備太遠(yuǎn)的地方，以免造成不必要的損失。應(yīng)盡量選擇在低壓臺(tái)區(qū)負(fù)荷中心，以取得最優(yōu)的就地補(bǔ)償效果，減少無(wú)功潮流在配電網(wǎng)絡(luò)中的長(zhǎng)距離傳輸，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

60、的最終目的。若電容器安裝在專(zhuān)用的電容器室內(nèi)，要保證電容器室有良好的通風(fēng)，電容器室采用人工照明。若電容器安裝在室外，應(yīng)將其安裝在臺(tái)架上，且臺(tái)架應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。如受條件限制而采取落地安裝時(shí)，應(yīng)有遮欄，地面鋪有混凝土，防止小動(dòng)物進(jìn)入。暴露于風(fēng)雨中的電容器應(yīng)有防雨水結(jié)構(gòu)。必須注意安裝質(zhì)量，保持電氣回路和接地部分的接觸良好，以免引起高頻振蕩的電弧，使電容器發(fā)熱和增高電場(chǎng)強(qiáng)度。 </p><p>　　第三節(jié) 無(wú)功功率補(bǔ)

61、償技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) </p><p>　?。?）電力有源濾波器 </p><p>　　電力有源濾波器(active power filter，APF)的基本原理如圖1-4所示。 </p><p>　　圖1-4電力有源濾波器的基本原理 </p><p>　　電力有源濾波器的交流電路分為電壓型和電流型。目前實(shí)用的裝置90％以上為電壓型。從與補(bǔ)償對(duì)象

62、的連接方式來(lái)看，電力有源濾波器可分為并聯(lián)型和串聯(lián)型。并聯(lián)型中有單獨(dú)使用、LC濾波器混合使用及注入電路方式，目前并聯(lián)型占實(shí)用裝置的大多數(shù)。 </p><p>　　目前電力有源濾波器仍存在一些問(wèn)題，如電流中有高次諧波，單臺(tái)容量低，成本較高等。隨著電力半導(dǎo)體器件向大容量、高頻化方向發(fā)展，這類(lèi)既能補(bǔ)償諧波又能補(bǔ)償無(wú)功的裝置必然有很好的發(fā)展前景。 </p><p>　　（2）綜合潮流控制器 <

63、/p><p>　　綜合潮流控制器(unified power flow controller，UPFC)將一個(gè)由晶閘管換流器產(chǎn)生的交流電壓串入并疊加在輸電線相電壓上，使其幅值和相角皆可連續(xù)變化，從而實(shí)現(xiàn)線路有功和無(wú)功功率的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，并可提高輸送能力以及阻尼系統(tǒng)振蕩。美國(guó)西屋電氣公司研制出一種簡(jiǎn)化的UPFC稱(chēng)為串聯(lián)潮流控制器(serial power flow controller，SPFC)，其基本結(jié)構(gòu)和SVG類(lèi)似，

64、區(qū)別是其輸出變壓器串聯(lián)接入輸電線。SPFC造價(jià)明顯低于UPFC，功能可與之相比且優(yōu)于SVG。中國(guó)電力科學(xué)研究院、東南大學(xué)、清華大學(xué)等單位也進(jìn)行了理論研究和仿真實(shí)驗(yàn)，研究結(jié)果表明：UPFC具有良好的效果和功能。 </p><p><b>　?。?）結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　由于性?xún)r(jià)比較高，目前我國(guó)廣泛使用的還是靜止補(bǔ)償器(SVC)。其中，能夠進(jìn)行無(wú)功功率動(dòng)

65、態(tài)補(bǔ)償?shù)幕谥悄芸刂撇呗缘腡SC仍然需要大力推廣。實(shí)際上，國(guó)內(nèi)外對(duì)SVC的研究仍在繼續(xù)，研究的重點(diǎn)集中在控制策略上，試圖借助于人工智能提高SVC的性能。隨著大功率電力電子器件技術(shù)的高速發(fā)展，未來(lái)的功率器件容量將逐步提高，應(yīng)用有源濾波器進(jìn)行諧波抑制，以及應(yīng)用柔性交流輸電系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，必將成為今后電力自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展方向。</p><p>　　第二章 補(bǔ)償裝置現(xiàn)狀的調(diào)研與問(wèn)題的提出</p>

66、<p>　　第一節(jié) 無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)姆N類(lèi)和特點(diǎn)</p><p>　　無(wú)功補(bǔ)償就其補(bǔ)償方式來(lái)說(shuō)分為高壓補(bǔ)償和低壓補(bǔ)償。高壓補(bǔ)償通常是在變電所高壓側(cè)進(jìn)行，僅能補(bǔ)償補(bǔ)償點(diǎn)前端的無(wú)功功率，對(duì)補(bǔ)償點(diǎn)后的線路和負(fù)載的無(wú)功功率起不到補(bǔ)償作用；低壓補(bǔ)償可直接補(bǔ)償配電線路和負(fù)載的無(wú)功功率，補(bǔ)償效果較為理想。一 高壓補(bǔ)償</p><p>　　高壓無(wú)功補(bǔ)償裝置廣泛地采用高壓并聯(lián)電容器，裝設(shè)在變電站主變

67、壓器的低壓側(cè)，作用是對(duì)電網(wǎng)無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償，改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，提高變電所的母線電壓，補(bǔ)償變電所主變壓器和高壓線路的無(wú)功損耗，充分發(fā)揮供電設(shè)備的效率。因此應(yīng)根據(jù)負(fù)荷的增長(zhǎng)，安排、設(shè)計(jì)好變電所的無(wú)功補(bǔ)償容量，運(yùn)行中在保證電壓合格和無(wú)功補(bǔ)償效果最佳的情況下，盡可能使電容器投切開(kāi)關(guān)的操作次數(shù)減少。二 低壓補(bǔ)償</p><p>　　低壓補(bǔ)償方式有三種：集中補(bǔ)償、分散補(bǔ)償和就地補(bǔ)償。（一）集中補(bǔ)償</p>&

68、lt;p>　　集中補(bǔ)償是將電容器裝設(shè)在用戶(hù)專(zhuān)用變電所或配電室的低壓母線上，對(duì)無(wú)功進(jìn)行統(tǒng)一補(bǔ)償。這種補(bǔ)償方式比較適合在負(fù)荷集中、離變電所較近，無(wú)功補(bǔ)償容量較大的場(chǎng)合。集中補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：①可以就地補(bǔ)償變壓器的無(wú)功功率損耗。由于減少了變壓器的無(wú)功電流，相應(yīng)地減少了變壓器的容量，也就是說(shuō)，可以增加變壓器所帶的有功負(fù)荷。②可以補(bǔ)償變電所母線、變壓器和受電線路的功率損耗，節(jié)約能源。③當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，能對(duì)母線電壓起一定的調(diào)節(jié)作用，從而改善電壓質(zhì)量

69、。④便于管理、維護(hù)、操作及集中控制。缺點(diǎn)是：它只能減少裝設(shè)點(diǎn)以上線路和變壓器因輸送無(wú)功功率所造成的損耗，而不能減少用戶(hù)內(nèi)部通過(guò)低壓線路向用電設(shè)備輸送無(wú)功功率所造成的損耗。集中補(bǔ)償一般按提高功率因數(shù)的需要確定補(bǔ)償容量。（二）分散補(bǔ)償</p><p>　　分散補(bǔ)償是將電容器組按低壓配電網(wǎng)的無(wú)功負(fù)荷分布分組裝設(shè)在相應(yīng)的母線上，或者直接與低壓干線相聯(lián)接，形成低壓電網(wǎng)內(nèi)部的多組分散補(bǔ)償方式，適合負(fù)荷比較分散的補(bǔ)償場(chǎng)合。分

70、散補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：①對(duì)負(fù)荷比較分散的電力用戶(hù)，有利于無(wú)功進(jìn)行分區(qū)控制，實(shí)現(xiàn)無(wú)功負(fù)荷就地平衡，減少配電網(wǎng)絡(luò)和配電變壓器中無(wú)功電流的損耗和電壓損失，使線損顯著降低；②在負(fù)載不變的條件下，可增加網(wǎng)絡(luò)的輸出容量；③補(bǔ)償方式靈活，易于控制。分散補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)是：如果裝設(shè)的電容器無(wú)法分組，則補(bǔ)償容量無(wú)法調(diào)整，運(yùn)行中可能出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償或欠補(bǔ)償；補(bǔ)償設(shè)備的利用率較集中補(bǔ)償方式低；安裝分散，維護(hù)管理比較不方便。通常分散補(bǔ)償容量計(jì)算與集中補(bǔ)償一樣。（三）就地補(bǔ)償&l

71、t;/p><p>　　這種方法是就地補(bǔ)償用電設(shè)備(主要是電動(dòng)機(jī))所消耗的無(wú)功功率，將電容器組直接裝設(shè)在用電設(shè)備旁邊，與用電設(shè)備的供電回路并聯(lián)，以提高用電系統(tǒng)的功率因數(shù)，從而獲得明顯的降損效益。</p><p>　　就地補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：無(wú)功電流僅僅與附近的用電設(shè)備相互交換，不流向網(wǎng)絡(luò)其它點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)中無(wú)功電流的無(wú)功損耗和電壓損耗小，既對(duì)系統(tǒng)補(bǔ)償，也對(duì)用戶(hù)內(nèi)部無(wú)功損耗補(bǔ)償，大大減少了電能損失，被補(bǔ)償網(wǎng)

72、絡(luò)運(yùn)行最經(jīng)濟(jì)；在配電設(shè)備不變的情況下，可增加網(wǎng)絡(luò)的供電容量，導(dǎo)線截面可相應(yīng)減?。贿m應(yīng)性好，既可三相補(bǔ)償，對(duì)容量較大的電動(dòng)機(jī)個(gè)別補(bǔ)償，也可進(jìn)行兩相、單相補(bǔ)償，并且單臺(tái)補(bǔ)償裝置的容量較小，電容器投切沖擊電流小，對(duì)于賓館、大樓等無(wú)功補(bǔ)償特別適合。</p><p>　　就地補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)是：對(duì)于電網(wǎng)內(nèi)公用負(fù)荷，與集中補(bǔ)償和分散補(bǔ)償相比，補(bǔ)償相同容量的無(wú)功負(fù)荷所需的補(bǔ)償電容器總?cè)萘亢脱a(bǔ)償裝置總數(shù)量增加，投資較大，補(bǔ)償裝置利用率

73、較低。</p><p>　　補(bǔ)償容量按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50052-1995《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.0.10條規(guī)定：“接在電動(dòng)機(jī)控制設(shè)備側(cè)電容器的額定電流，不應(yīng)超過(guò)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流的0.9倍，其饋電線截面和過(guò)電流保護(hù)裝置的整定值，應(yīng)按電動(dòng)機(jī)-電容器組的電流確定。”</p><p>　　二 無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)淖饔?lt;/p><p>　?。ㄒ唬└纳乒β室驍?shù)及相應(yīng)地減少電費(fèi)<

74、/p><p>　　根據(jù)國(guó)家水電部，物價(jià)局頒布的“功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法”規(guī)定三種功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值，相應(yīng)減少電費(fèi)： </p><p>　　1、高壓供電的用電單位，功率因數(shù)為0.9以上。</p><p>　　2、低壓供電的用電單位，功率因數(shù)為0.85以上。</p><p>　　3、低壓供電的農(nóng)業(yè)用戶(hù)，功率因數(shù)為0.8以上。</p><

75、p>　　根據(jù)“辦法”，補(bǔ)償后的功率因數(shù)以分別不超出0.95、0.94、0.92為宜，因?yàn)槌^(guò)此值，電費(fèi)并沒(méi)有減少，相反初次設(shè)備增加，是不經(jīng)濟(jì)的。</p><p>　?。ǘ┙档拖到y(tǒng)的能耗</p><p>　　功率因數(shù)的提高，能減少線路損耗及變壓器的銅耗。</p><p>　　設(shè)R為線路電阻，ΔP1為原線路損耗，ΔP2為功率因數(shù)提高后線路損耗，則線損減少<

76、/p><p><b>　　(2--1)</b></p><p>　　補(bǔ)償后，由于功率因數(shù)提高，U2 >U1，為分析方便，可認(rèn)為U2≈U1，則</p><p><b>　　(2--2)</b></p><p>　　當(dāng)功率因數(shù)從0.8提高至0.9時(shí)，通過(guò)上式計(jì)算，可求得有功損耗降低21％左右。在輸送功

77、率不變情況下，提高，I相對(duì)降低，設(shè)為補(bǔ)償前變壓器的電流，為補(bǔ)償后變壓器的電流，銅耗分別為，；銅耗與電流的平方成正比，即</p><p><b>　　(2--3)</b></p><p>　　由于P1=P2，認(rèn)為U2≈U1時(shí)，即</p><p><b>　　(2--4)</b></p><p>　　可

78、知，功率因數(shù)從0.8提高至0.9時(shí)，銅耗相當(dāng)于原來(lái)的80％。</p><p>　?。ㄈp少了線路的壓降</p><p>　　由于線路傳送電流小了，系統(tǒng)的線路電壓損失相應(yīng)減小，有利于系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定(輕載時(shí)要防止超前電流使電壓上升過(guò)高)，有利于大電機(jī)起動(dòng)。</p><p>　?。ㄋ模┰黾恿斯╇姽β?，減少了用電貼費(fèi)</p><p>　　對(duì)于原有供

79、電設(shè)備來(lái)講，同樣的有功功率下，COSΦ提高，負(fù)荷電流減小，因此向負(fù)荷傳輸功率所經(jīng)過(guò)的變壓器、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線等配電設(shè)備都增加了功率儲(chǔ)備，發(fā)揮了設(shè)備的潛力。對(duì)于新建項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，降低了變壓器容量，減少了投資費(fèi)用，同時(shí)也減少了運(yùn)行后的基本電費(fèi)。</p><p>　　三 就地補(bǔ)償與集中補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)經(jīng)濟(jì)分析</p><p>　?。ㄒ唬╇娙菅a(bǔ)償在技術(shù)上應(yīng)注意的問(wèn)題</p><p><

80、;b>　　1、防止產(chǎn)生自勵(lì)。</b></p><p>　　采用電容器就地補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)，切斷電源后，電動(dòng)機(jī)在慣性作用下繼續(xù)運(yùn)行，此時(shí)電容器的放電電流成為勵(lì)磁電流，如果電容過(guò)補(bǔ)償，就可使電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)得到自勵(lì)而產(chǎn)生電壓，如圖6所示。因此，為防止產(chǎn)生自勵(lì)，可按下式選用電容</p><p><b>　　(2--5)</b></p><p>

81、;<b>　　2、防止過(guò)電壓。</b></p><p>　　當(dāng)電容器補(bǔ)償容量過(guò)大，會(huì)引起電網(wǎng)電壓升高并會(huì)導(dǎo)致電容器損壞。我國(guó)并聯(lián)電容器國(guó)標(biāo)規(guī)定：“工頻長(zhǎng)期過(guò)電壓值最多不超過(guò)1.1倍額定電壓。”因此必須符合QC< 0.1Ss的條件。</p><p>　　3、防止受到系統(tǒng)諧波影響。</p><p>　　對(duì)于有諧波源的供電線路，應(yīng)增設(shè)電抗器等措

82、施，使諧波影響不致造成電容器損壞。</p><p>　　由此可見(jiàn)，就地補(bǔ)償較集中補(bǔ)償，更具節(jié)能效果。</p><p>　　四 電容補(bǔ)償控制及安裝方式的選擇</p><p>　?。ㄒ唬┚偷匮a(bǔ)償與集中補(bǔ)償?shù)挠嘘P(guān)規(guī)定</p><p>　　1、GB12497—90《三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》第7.6條規(guī)定：50kW以上的電動(dòng)機(jī)應(yīng)進(jìn)行功率因數(shù)就地補(bǔ)償。&

83、lt;/p><p>　　2、GB3485—83《評(píng)估企業(yè)合理用電技術(shù)導(dǎo)則》第2.9條規(guī)定：100kW以上的電動(dòng)機(jī)就地補(bǔ)償無(wú)功功率。</p><p>　　3、GB50052—95《供配電設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.03及5.0.10規(guī)定。</p><p>　　4、國(guó)外用電委員會(huì)法規(guī)與專(zhuān)業(yè)學(xué)報(bào)均有類(lèi)似規(guī)定與刊載。</p><p>　?。ǘ╇娙菅a(bǔ)償方式的選擇&l

84、t;/p><p>　　采用并聯(lián)電容器作為人工無(wú)功補(bǔ)償，為了盡量減少線損和電壓損失，宜就地平衡，即低壓部分的無(wú)功宜由低壓電容器補(bǔ)償，高壓部分的無(wú)功宜由高壓電容器補(bǔ)償。對(duì)于容量較大，負(fù)荷平穩(wěn)且經(jīng)常使用的用電設(shè)備的無(wú)功功率，宜就地補(bǔ)償。補(bǔ)償基本無(wú)功的電容器組宜在配變電所內(nèi)集中補(bǔ)償，在有工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化自動(dòng)化程度高的流水線、大容量機(jī)組的場(chǎng)所，宜分散補(bǔ)償。</p><p>　　（三）電容器組投切方式的選擇

85、</p><p>　　電容器組投切方式分手動(dòng)和自動(dòng)兩種。對(duì)于補(bǔ)償?shù)蛪夯緹o(wú)功及常年穩(wěn)定和投切次數(shù)少的高壓電容器組，宜采用手動(dòng)投切；為避免過(guò)補(bǔ)償或輕載時(shí)電壓過(guò)高，易造成設(shè)備損壞的，宜采用自動(dòng)投切。高、低壓補(bǔ)償效果相同時(shí)，宜采用低壓自動(dòng)補(bǔ)償裝置。</p><p>　?。ㄋ模o(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)節(jié)方式</p><p>　　以節(jié)能為主者，采用無(wú)功功率參數(shù)調(diào)節(jié)；當(dāng)三相平衡時(shí)，也可

86、采用功率因數(shù)參數(shù)調(diào)節(jié)；為改善電壓偏差為主者，應(yīng)按電壓參數(shù)調(diào)節(jié)；無(wú)功功率隨時(shí)間穩(wěn)定變化者，按時(shí)間參數(shù)調(diào)節(jié)。</p><p>　　五 電容補(bǔ)償容量的選定</p><p>　?。ㄒ唬┘醒a(bǔ)償容量確定</p><p>　　先進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，確定有功功率P30和無(wú)功功率Q30，補(bǔ)償前自然功率因數(shù)為COSΦ1，要補(bǔ)償?shù)降墓β室驍?shù)為COSΦ2。則</p><p&

87、gt;<b>　　(2--6)</b></p><p><b>　　α為平均負(fù)荷因數(shù)。</b></p><p>　?。ǘ╇妱?dòng)機(jī)就地補(bǔ)償電容器容量確定</p><p>　　就地補(bǔ)償電容器容量選擇的主要參數(shù)是勵(lì)磁電流，因?yàn)椴皇闺娙萜髟斐勺詣?lì)是選用電容器容量的必要條件。負(fù)載率越低，功率因數(shù)越低；極數(shù)愈多，功率因數(shù)越低；容量愈小

88、，功率因數(shù)越低。但由于無(wú)功功率主要消耗在勵(lì)磁電流上，隨負(fù)載率變化不大，因此應(yīng)主要考慮電動(dòng)機(jī)容量和極數(shù)這兩個(gè)參數(shù)，才能得到最佳補(bǔ)償效果。</p><p>　　6結(jié)合工程實(shí)例談電容補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用</p><p>　　以某大型項(xiàng)目中能源中心為例，該項(xiàng)目設(shè)備裝機(jī)容量約為21000多千瓦，其中高壓電動(dòng)機(jī)設(shè)備容量為5400多千瓦，其他低壓設(shè)備容量為5000多千瓦。供電電源的電壓等級(jí)為10kV。本著“節(jié)能、

89、高效”的方針，初次嘗試了采用燃汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組自發(fā)電，冷、熱、電三聯(lián)供，做到汽電共生，實(shí)現(xiàn)能源綜合利用。經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)分析，采用10kV作為高壓電動(dòng)機(jī)的供電電壓等級(jí)，投資較省，同時(shí)亦減少變電環(huán)節(jié)，也就減少了故障點(diǎn)。根據(jù)負(fù)荷計(jì)算，共采用六路10kV電源，分別對(duì)高壓電動(dòng)機(jī)直配。</p><p>　　在這個(gè)項(xiàng)目中，高壓電動(dòng)機(jī)主要用于空調(diào)系統(tǒng)中的中央空調(diào)機(jī)組，以及主機(jī)的外部設(shè)備——冷凍水循環(huán)泵和冷卻水循環(huán)泵多臺(tái)設(shè)備。這些設(shè)備單機(jī)

90、容量很大，離心機(jī)組單機(jī)最大達(dá)2810kW(共5臺(tái))，小的870kW(共4臺(tái))，冷凍水循環(huán)泵單機(jī)560kW(共9臺(tái))，冷凍水循環(huán)泵單機(jī)亦有380kW(共3臺(tái))，自然功率因數(shù)在0.8左右。如果在10kV配電室集中補(bǔ)償電容，不采用高壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償?shù)脑?，如此大容量的電?dòng)機(jī)起、停會(huì)使10kV側(cè)功率因數(shù)不穩(wěn)定，有可能造成過(guò)補(bǔ)償，引起系統(tǒng)電壓升高。同時(shí)，從配電室至冷凍機(jī)房高壓電動(dòng)機(jī)的線路最近50m，最遠(yuǎn)140m，線路損耗相當(dāng)可觀，綜合考慮到高壓自動(dòng)補(bǔ)

91、償元件、技術(shù)、價(jià)格均要求高，因此采用高壓電容器就地補(bǔ)償，與電動(dòng)機(jī)同時(shí)投切。高壓電容器組放置在電動(dòng)機(jī)附近。這些電動(dòng)機(jī)采用自耦降壓起動(dòng)方式，高壓就地補(bǔ)償裝置以并聯(lián)電容器為主體，采用熔斷器做保護(hù)，裝設(shè)避雷器用于過(guò)電壓保護(hù)，串聯(lián)電抗器抑制涌流和諧波。這樣做，不僅提高了電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，降低了線路損耗，同時(shí)釋放了系統(tǒng)容量，縮小了饋電電纜的截面，節(jié)約了投資。</p><p>　　對(duì)于低壓設(shè)備，由二臺(tái)1000kVA及二臺(tái)160

92、0kVA變壓器配出，低壓電機(jī)布置較分散，因此，在變電所變壓器低壓側(cè)采用電容器組集中自動(dòng)補(bǔ)償。雖然一些低壓電動(dòng)機(jī)的容量也不小，就地補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益亦有，但這些設(shè)備主要用于鍋爐房和給排水設(shè)備，鍋爐房的設(shè)備不如冷凍機(jī)房集中，環(huán)境較差，管理不便，因此，在低壓配電室采用按功率因數(shù)大小自補(bǔ)償是較合適的。</p><p><b>　　七 總結(jié)</b></p><p>　　對(duì)無(wú)功功率進(jìn)

93、行補(bǔ)償?shù)墓?jié)能效果是有目共睹的，在應(yīng)用的過(guò)程中，還應(yīng)該在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上綜合考慮，根據(jù)具體情況進(jìn)行分析，來(lái)決定是采用集中補(bǔ)償還是就地補(bǔ)償，還是兩者綜合采用，從而達(dá)到使電氣設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。</p><p>　　第二節(jié) 問(wèn)題的提出</p><p>　　最初的無(wú)功補(bǔ)償裝置采用并聯(lián)電容器，估算其容量然后死接在待補(bǔ)償線路上。這種用固定容量電容器進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ú荒苓m應(yīng)負(fù)荷無(wú)功的變化，而且電容器無(wú)功出

94、力與運(yùn)行電壓平方成反比。當(dāng)電力系統(tǒng)運(yùn)行電壓降低時(shí)，補(bǔ)償效果降低；而運(yùn)行電壓升高時(shí)，對(duì)用電設(shè)備過(guò)補(bǔ)償，使其端電壓過(guò)分提高，甚至超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，容易損壞設(shè)備絕緣，造成設(shè)備事故。這就發(fā)生了電容器的控制問(wèn)題，即應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)無(wú)功的變化，對(duì)補(bǔ)償電容器進(jìn)行相應(yīng)的投切 ?？煞譃槭謩?dòng)和自動(dòng)兩種控制方式。手動(dòng)投切難以適應(yīng)負(fù)荷無(wú)功的變化，現(xiàn)多采用自動(dòng)控制裝置?，F(xiàn)行的控制裝置大體可分為四種類(lèi)型：</p><p><b>　　電壓控

95、制型</b></p><p><b>　　時(shí)間控制型</b></p><p><b>　　功率因數(shù)控制型</b></p><p><b>　　兼而有之的混合型</b></p><p>　　電壓控制型裝置的優(yōu)點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單造價(jià)低，易維護(hù)。適用于距離變電所較遠(yuǎn)，負(fù)荷較大的

96、變電所。其缺點(diǎn)是：控制本身與功率因數(shù)的關(guān)系不甚密切，且當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)較快時(shí)，裝置的動(dòng)作比較頻繁。</p><p>　　功率因素自動(dòng)控制器發(fā)展至今大體經(jīng)歷了三個(gè)階段，具體如下：</p><p><b>　　早期產(chǎn)品</b></p><p>　　其缺點(diǎn)為檢測(cè)單元由相敏放大器構(gòu)成，而相敏放大器的晶體管始終工作在放大區(qū)。因此，相敏放大器輸出電壓的大小不

97、可避免的受到了線路負(fù)載電流變化的干擾。給調(diào)試帶來(lái)了很大的困難，嚴(yán)重時(shí)使裝置工作失靈，甚至損壞晶體管。</p><p><b>　　中期產(chǎn)品</b></p><p>　　中期產(chǎn)品主要在主控單元作了改進(jìn)，采用了可逆計(jì)數(shù)器，并增加了自保護(hù)功能。但經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，中期產(chǎn)品還有許多待改進(jìn)之處，如由于硬件線路復(fù)雜，使故障率高且不易維修；自診能力、抗干擾能力差等。</p>

98、;<p><b>　　目前產(chǎn)品</b></p><p>　　近幾年，由于微機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，使功率因數(shù)自動(dòng)補(bǔ)償裝置的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段，進(jìn)一步加強(qiáng)了主控單元的功能，集成化程度大大提高了，自診能力、抗干擾能力都得到了加強(qiáng)。</p><p>　　現(xiàn)有功率因數(shù)自控器存在的問(wèn)題</p><p>　　容易發(fā)生“投切振蕩”現(xiàn)象</p&g

99、t;<p>　　所謂“投切振蕩”是指在輕負(fù)荷狀態(tài)下，若投入一組電容器，則功率因數(shù)超過(guò)規(guī)定的上限；而切下這組電容器，功率因數(shù)又低于下限，因此發(fā)生反復(fù)投切的現(xiàn)象。</p><p>　?。?） 容易發(fā)生“合閘涌流”現(xiàn)象</p><p>　　電容器組投運(yùn)合閘時(shí)，產(chǎn)生的合閘涌流，分兩種情況，第一種是單獨(dú)一組電容器的合閘涌流；第二種是已有一組或多組電容器運(yùn)行，再投運(yùn)一組電容器時(shí)的合閘涌流

100、。</p><p><b>　　單組電容器合閘涌流</b></p><p>　　單獨(dú)一組電容器在第一次合閘投運(yùn)的瞬間，即未充電狀態(tài)，流入電容器組的電流，只受其回路阻抗的限制。由于回路阻抗很小，與短路狀態(tài)相似，將產(chǎn)生很大的沖擊合閘涌流，流入電容器組。涌流的最大值Im發(fā)生在電容器組合閘瞬間，剛好系統(tǒng)電壓處于最大值Um時(shí)。</p><p>　　電容器

101、組切除運(yùn)行后，如果未經(jīng)放電，在再次合閘前的瞬間仍處于帶電狀態(tài)。如果這時(shí)把電容器組合閘投運(yùn)，又處于系統(tǒng)電壓與充電電壓大小相等方向相反時(shí)，則合閘產(chǎn)生的涌流為未充電狀態(tài)合閘涌流的2倍。為避免帶電合閘，電容器組每次斷開(kāi)后，必須充分放電，才能再重新合閘運(yùn)行，或進(jìn)行等電位投入。</p><p>　　( b ) 多組電容器追加合閘涌流</p><p>　　已經(jīng)有一組或多組電容器運(yùn)行時(shí)，再投入一組電容器

102、的合閘瞬間，將產(chǎn)生追加合閘涌流。追加電容器組與運(yùn)行電容器組之間的距離很近，它們之間的電感很小，幾乎等于零。追加的電容器與短路狀態(tài)相似，所以運(yùn)行的電容器組將向它大量充電，全部沖擊合閘涌流，都將流入追加電容器組，這時(shí)的合閘涌流將達(dá)到很危險(xiǎn)的程度。特別是系統(tǒng)電壓處于最大值的瞬間合閘時(shí)，追加涌流將達(dá)到最大值。</p><p>　?。?） 投切方式不合理</p><p>　　現(xiàn)有功率因數(shù)自動(dòng)控制器多

103、數(shù)采用“順序投切”和“循環(huán)投切”方式，但不管那種方式，電容器都是一組一組的投入，而不是一步到位的投入，加之投切采用交流接觸器控制，不能頻繁快速的投切。采用交流接觸器，投切時(shí)易產(chǎn)生火花，影響接觸器的使用壽命，而且對(duì)附近無(wú)線電產(chǎn)生干擾。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)思路：</b></p><p>　　無(wú)功補(bǔ)償對(duì)電網(wǎng)節(jié)能損耗有著極為重要的作用，而現(xiàn)有的負(fù)荷無(wú)功波動(dòng)很大，

104、現(xiàn)有無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置雖能自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償負(fù)荷的無(wú)功，但不易頻繁投切，不能適應(yīng)動(dòng)態(tài)的要求，致使當(dāng)系統(tǒng)的功率因數(shù)變化比較大、較頻繁時(shí)，系統(tǒng)的功率因數(shù)較低，并且投切時(shí)會(huì)產(chǎn)生“浪涌電流”對(duì)電容器不利。隨著單片機(jī)合電子測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，可以實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)的功率因數(shù)，通過(guò)單片機(jī)編程，根據(jù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行一步到位的投切，補(bǔ)償程度可以根據(jù)具體線路進(jìn)行設(shè)定，本設(shè)計(jì)就是要完成這樣的裝置，并考慮適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)惡劣的電磁環(huán)境，保證能長(zhǎng)期、可靠的運(yùn)行，不發(fā)生死機(jī)的現(xiàn)象。</

105、p><p><b>　　方案比選：</b></p><p>　　方案一：電容器分為容量相同的八組，隨時(shí)檢測(cè)線路的功率因數(shù)，如果低于給定值，則單片機(jī)發(fā)信號(hào)，投入一組電容器，然后再檢測(cè)，只要低于給定值就再投入一組電容器，這樣反復(fù)檢測(cè)，直到功率因數(shù)達(dá)到給定值則停止投入。</p><p>　　方案二：電容器分組采用8：4：2：1（容量之比），可以組合成16

106、種組合，隨時(shí)檢測(cè)線路功率因數(shù)，和給定值進(jìn)行比較，查表得出補(bǔ)償?shù)浇o定功率因數(shù)需補(bǔ)償?shù)娜萘?，然后一步到位的投入電容器?lt;/p><p>　　方案一投切所需的時(shí)間比較長(zhǎng)，而且容易形成“投切振蕩”現(xiàn)象；</p><p>　　方案二投切所需的時(shí)間很短，調(diào)節(jié)更加精細(xì)，且能一步到位的投切，不易造成反復(fù)投切而形成“投切振蕩”現(xiàn)象。</p><p>　　所以我采用了方案二進(jìn)行電容器的

107、投切。 </p><p>　　第三章 無(wú)功功率優(yōu)化動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置</p><p>　　針對(duì)現(xiàn)有的電容器自動(dòng)補(bǔ)償裝置的種種弊端，我們?cè)O(shè)計(jì)了此款無(wú)功功率優(yōu)化動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置，它主要應(yīng)用于城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)、配電網(wǎng)和變壓器低壓側(cè)戶(hù)外全自動(dòng)跟蹤無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償節(jié)電箱，對(duì)電力系統(tǒng)降損節(jié)能有重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。</p><p>　　第一節(jié) 裝置簡(jiǎn)介</p>&

108、lt;p>　　一 裝置的主要技術(shù)特點(diǎn)：</p><p>　　1.真正實(shí)現(xiàn)無(wú)功自動(dòng)跟蹤投切。采用單片機(jī)對(duì)電網(wǎng)無(wú)功進(jìn)行自動(dòng)跟蹤監(jiān)測(cè)；對(duì)電容器投切電子開(kāi)關(guān)進(jìn)行全自動(dòng)控制，響應(yīng)及時(shí)迅速，杜絕了對(duì)電網(wǎng)危害甚大的過(guò)補(bǔ)現(xiàn)象。</p><p>　　2.實(shí)現(xiàn)了對(duì)電容的等電位投入，零電流切除，投入切除一步到位，不會(huì)發(fā)生“投切振蕩”和“合閘涌流”現(xiàn)象，徹底克服了以往交流接觸器等機(jī)械觸點(diǎn)投切電容器時(shí)涌流大，

109、電壓沖擊大，打火、振動(dòng)以及使用壽命短的缺點(diǎn)。</p><p>　　3.調(diào)節(jié)更加精細(xì)。電容器分組采用8：4：2：1（容量之比）的比例，使用較少的電容器即可組成16種組合，并使調(diào)節(jié)更加精細(xì)。</p><p>　　二 本產(chǎn)品的主要推廣意義</p><p><b>　　對(duì)電力系統(tǒng)而言：</b></p><p>　　1. 能提高發(fā)

110、、輸、供電設(shè)備的利用率。使用本裝置后，用戶(hù)負(fù)荷功率因數(shù)將大為提高（接近1.0），電網(wǎng)與負(fù)荷之間交換的無(wú)功功率將大為減小，有功功率可相應(yīng)增加，電網(wǎng)負(fù)載能力得到提高，從而提高了發(fā)、輸、供電設(shè)備的利用率。</p><p>　　例如一臺(tái)1000KVA的變壓器由COSΦ1 =0.7提高到COSΦ2 =0.95，變壓器可相當(dāng)于增容25℅，可有250KVA的容量被增用。</p><p>　　2. 能降低

111、輸電線路損耗。線損與通過(guò)線路電流的平方成正比。功率因數(shù)越低，無(wú)功電流越大，造成的線損就越大。采用本裝置提高了功率因數(shù)，線損也就大大的降低了。</p><p>　　例如一條配電線路=0.7，線損率為10℅，將提高到0.95，則線損可減少41℅，即線損率可減少4.1℅；若該線路送電平均功率為P=300KW，則補(bǔ)償后可減少損耗功率ΔPQ=300*4.1℅=12.3KW，全年可節(jié)約電量ΔW=12.3*24（小時(shí)）*365

112、（天）=107748KWh.</p><p>　　3. 能提高電壓質(zhì)量。線路電壓損失與線路電流成正比，提高功率因數(shù)減少線路無(wú)功電流，也就減少了線路電壓損失。同時(shí)，本裝置能顯著抑制電壓閃變，消減諧波，且能對(duì)不平衡負(fù)荷實(shí)現(xiàn)分相補(bǔ)償，可使公用母線電壓正弦波形畸變率和電網(wǎng)負(fù)序電壓達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　4減少設(shè)備容量，節(jié)省電網(wǎng)投資。</p><p><b&