电能质量
低压电器(2008№21)通用低压电器篇
一种无功补偿方案及其应用
刘 翀, 富 钢
(1.施耐德电气(中国)投资有限公司,北京 100016;
2.鞍山钢铁公司设计院,辽宁鞍山 114000)
摘 要:详细介绍了无功和无功补偿的概念,以及无功补偿的方法和意义,并重点介绍施耐德电气公司在无功补偿方面的典型应用方案。
关键词:无功补偿;静止无功发生器;前馈控制
中图分类号:TM761 文献标识码:B 文章编号:100125531(2008)2120037204
刘 翀(1979—),男,工程师,研究方向为无功补偿、有
1
2
AReactivePowerCompensationSchemeandItsApplication源滤波及电力监控
LIUChong, FUGang
1
2
产品应用。
(1.SchneiderElectric(China)InvestmentCo.,Ltd.,Beijing100016,China;
2.DesignInstituteofAnshanSteelCo.,Anshan114000,China)
Abstract:Theconceptofreactivepowerandreactivepowercompensation,thewayandsignificanceofreac2
tivepowercompensationwereintroducedindetail.TheclassicalapplicationschemesofSchneiderwerestressed.
Keywords:reactiuepowercompensation;staticvargenerator;feedforwardcontrol
0 引 言
在交流电路需要由电源供给负载两部分功
率:一部分是有功功率,另一部分是无功功率。
有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率,也就是将电能转换为其他形式能量,如机械能、热能或光能。无功功率较为抽象,它是用于电路内电场与磁场的交换,并用来在电气设备中建立和维持磁场的功率。它不对外作功,而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备要建立磁场,就要消耗无功功率。
的利用率较就地补偿高,故总的需要量较就地补偿小,是一种相对就地补偿而言比较经济合理的补偿方式。选择无功补偿方式的原则是“全面规划,合理布局,分级补偿,就地平衡;集中补偿与分散补偿相结合,低压补偿为主;调压与降损相结合,降损为主”。
GB50227中规定电容器的设计容量为变压器的10%～30%,目前应用中通常为变压器容量的30%。
若已知负载情况和目前功率因数大小,也可计算出所需的补偿容量:
-1-1
Qc=P(tancosφ2-tancosφ1)
1 无功补偿的方式
并联电容器是无功补偿的主要方式。根据系统负载情况的不同和需达到补偿效果的不同及安
装位置的不同,无功补偿方式分为集中补偿、分组补偿和就地补偿3种。集中补偿方式所用电容器组的容量较分散补偿和就地补偿的总容量和小,利用率更高,但未对变配电所各馈线补偿,仅减轻了电网的无功负荷。分散补偿方式中的电容器组
2 无功补偿的意义
2.1 改善电压质量
合理安装补偿设备可改善电压质量。下面以一条输电线路为例来分析这个问题。图1为一段输电线路的单相等值电路。其中:R、X分别为一相的电阻和等值电抗;U1、U2为首未端相电压,I为线路中流过的相电流。
富 钢(1970—),男,工程师,研究方向为供电补偿及节能。
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低压电器通用低压电器篇
(2008№21)图1 输电线路单相等值电路
图2为矢量图。以线路末端电压U2为参考
轴,设线路电流I为正常的阻感性负荷电流,它滞后于U2一个角度φ,电流流过线路电阻产生一个电压降IR,它与电流向量同方向,同时,线路电流也在线路上产生一个电压降IX,它超前于电流向量90°,U1就是U2、IR和jIX电压的和。
图2 矢量图
由图可见,线路的电压损耗ΔU为电压ΔU1
和ΔU2之和,ΔU1=IRcosφ,ΔU2=IXsinφ。所以,线路的电压损耗
ΔU=ΔU1+ΔU2=I(Rcosφ+Xsinφ)若电流I用线路末端的单相功率S和电压U2来表示,则
P=U2Icos
φ Q=U2Isinφ可得:
ΔU=PR+QX
U
(1)
式中:U为线路额定电压;P为输送的有功功率;
Q为输送的无功功率;R、X为线路电阻和电抗。
安装补偿设备容量Qc后,线路电压降为
ΔUPR+(Q-Qc)X]
1=
[U
(2)
很明显,ΔU1<ΔU,即安装补偿电容后电压
损失减小了。由式(1)、(2)可得出接入无功补偿容量Qc后电压升高值:
ΔU-ΔUQcX1=
U
(3)
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电能质量
随着线路的增长,越靠近线路末端,线路的电抗X越大。从式(3)可见,越靠近线路末端装设无功补偿装置对改善电压质量效果越好。2.2 降低线损 在某一额定电压下,有功功率恒定不变,由于
功率因数变化,其线路损耗发生变化
ΘP=UIcosφ,P2
损=IR因此
2
ΔP损%=
1-cosφ1
cosφ×100%
2
例:某工厂加装500kVar低压自动补偿柜,补偿前功率因数<0.75,线路电流1300A,自动
补偿到功率因数为0.96后,一次电流是1000A,直观减少线路电流25%左右。根据电路原理,线路的损耗与负荷电流的平方成正比,线路电流大则损耗大,线路电流减小则线损减少,补偿前电流
为I,补偿后电流约为0.78I,根据ΔP=3I2
R,补偿后的线路损耗为补偿前线路损耗值的60%,线路损耗降低了约40%。2.3 线路、变压器的增容
设S为原视在容量,线路、变压器的增容量ΔS=S(1-cosφ1/cosφ2),因国家根据企业功率因数值调整电价高低,因此,加设补偿装置提高功率因数后对企业和电力系统有重大经济效益。
(1)在设备容量不变的条件下,由于提高了功率因数可少送无功功率,因此,可多送有功功率。可多送的有功功率ΔP计算如下:
ΔP=P2-P1=S(coφs2-cosφ1
) (2)若需要的有功不变,则由于需要的无功减少,所需配变容量也相应地减少,ΔS计算如下:
ΔS=S1-S2=P
1cosφ-1
1
cosφ2可减少的供电设备容量占原容量的百分比为
ΔS%=cosφ1-cosφ2cos%=1-coφ
s1Sφ%
1coφs2 (3)安装无功补偿设备可使发电机多发有功
功率。系统采取无功补偿后,无功负荷降低,发电机就可少发无功,多发有功,充分达到铭牌出力。2.4 降低企业用电成本
企业用电成本主要以两种方式进入企业总成本,其一为供配电设施建设投资费用,以固定资产折旧摊销到每月成本中,其二为每月交纳的电费,
电能质量
供电部门向企业收取电费,由以下几部分组成:
基本电费=主变容量(kVA)×18(元/kVA)
电量电费=有功电度(kWh)×单元(元/kWh,分峰谷平段)
力调电费=(基本电费+电量电费)×奖罚比率
例:某企业总负载功率为1000kW,负荷率为80%,负荷平均功率因数为0.7。在现有的功率因数条件下,需选择1250kVA变压器才能满足负载容量要求;若设系统功率因数≥0.9,选择1000kVA变压器即可满足负载容量要求。
比较上例中两种选择变压器的办法,采用有效无功功率补偿后,每年可节约基本电费为:18×(1250-1000)×12=54000元;对于力调电费,是由企业系统功率因数决定。仍引前例,假设企业每月实用电量电费15万元,则未进行补偿的第1种方案每年力调电费为:18×(1250-150000)×10%=17250元,若选择采取补偿办法的第2种方案,将免交该力调电费17250元。
对于电量电费,无功电流造成的线路有功损耗也是一笔不可低估的经济损失,仍按前例,线路和变压器铜损由于和电流的平方成正比,此部份以发热形式消耗掉的无功电流造成的有功损耗,也给企业带来每月有功电量计费的经济损失。通过比较可看出,采取提高功率因数方案,也可大大减少这方面的经济损失。
3 施耐德无功补偿产品及解决方案
3.1 施耐德电气无功补偿产品
施耐德电气无功补偿产品包括Varplus2系列电容器、Varlogic功率因数控制器、LC12D.K系列电容投切接触器和DR调谐电抗器(见图3)。施
图3 施耐德电气无功补偿产品
低压电器通用低压电器篇
(2008№21)耐德电气提供全套的无功补偿产品和技术方案。3.2 施耐德电气无功补偿方案3.2.1 标准型
电容器制造电压等于电网系统电压,适用于无谐波或小谐波的系统(见图4)。
图4 标准型
注:(1)Varplus2为施耐德电气公司的电容器型号(2)
Varplus2
电容器电压等级为230～690V,缺省值为415V
3.2.2 过谐型
电容器制造电压高于电网系统电压,通常为480V电容器,用于400V系统。避免谐波电压
产生的电容器损坏(见图5)。
图5 过谐型
3.2.3 调谐型
在过谐型电容器前串调谐电抗器,保护电容
并避免发生谐振(见图6)。3.3 应用实例
浙江某移动公司,其变压器容量为1600kVar,系统内主要非线性负载为大容量UPS、开关电源及变频空调,该类谐波源的特征谐波为5次、
7次及以上谐波,因此,施耐德电气确定了调谐频
率215Hz(电抗率5.4%)的解决方案。根据电
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低压电器通用低压电器篇
(2008№21)图6 调谐型
(1)调谐补偿容量为由调谐电抗器和电容器组成的补偿系
统向电网实际补偿的容性无功容量(2)调谐频率215Hz,电抗率为5.4%,主要抑制5次及5次以上谐波。调谐频率
135Hz,电抗率为13.7%,主要抑制3次及3次以上谐波
容器大小为30%的变压器容量,设计了500kVar
的调谐电抗电容器组的解决方案。方案号为SDR500/215Hz。具体元器件选型如表1所示: 在实际应用中,功率因数从0.82提高到了0.96,由于串联了调谐频率为215Hz的调谐电抗器,故完全避免了5次及5次以上的谐波放大,保护了电容器的安全运行及系统的稳定,并同时兼备一定的谐波滤波功能。(上接第4页)
3 结 论
(1)用受控电压源模型描述电弧的宏观电参
数,可避开有限空间内大电流MHD电弧模型存在的困难,在典型MCCB尺寸内计算极限分断过程。
(2)仿真与实验结果对比说明,电弧被栅片分割的条件与电弧在栅片边缘的焦耳积分
∫
i2
dt有关,但更严谨的分割条件还需进一步研究。
(3)本文建立的仿真方法可在结构参数确定的情况下对短路限流分断的动态过程进行研究,为断路器设计中的动热稳定性分析,提供了分断电弧允通能量校核的仿真手段。
【参考文献】
[1] GLEIZESA,GONZALEZJJ,FRETONP.Thermal
—40—
电能质量
表1 无功补偿方案及元器件选型
方案号SDR500/215Hz
补偿容量Qc(KVAR)500总无功电流值(A)
722总组数10投切步比1∶1∶1∶1∶1∶1∶1∶1∶1∶1
断路器
电容柜进线主柜NS630/INFD630断路器辅柜NS630/INFD630
产器型号
订货号
数量
功率因数控制器NR1252449
1
熔断器ISFT160(NH1002160A)
4980410接触器LC12DWK12M7C LC1DWK12M7C10电抗器DR50kVAR/215Hz52406
10
电容器
Varplus268.1kVAR/480
3×5133510
收稿日期:2008206210
PlasmaModeling[J].PhysD:ApplPhys,2005,38(9):1532183.
[2] HAIDARJ.Non2EquilibriumModelingofTransferred
Arcs[J].PhysD:ApplPhys,1999,32(3):2632272.[3] GRAMLE,POLASIANL,ROUMELIOTISG.Depar2
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