【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 種：當(dāng)并聯(lián)電容器的電容 C 較小， |?I C|＜ |?I L|時(shí)，負(fù)荷中的感性無(wú)功電流沒(méi)有被完全補(bǔ)償，這時(shí)電源的 ?I 滯后 ?U ，如圖 (c)所示，這種補(bǔ)償稱為欠補(bǔ)償；當(dāng)并聯(lián)電容器的電容 C 較大 ，會(huì)出現(xiàn) |?I C|＞ |?I L|的情況，這時(shí)負(fù)荷中的感性無(wú)功電流被完 全補(bǔ)償滯后還有剩余容性電流，電源的 ?I 超前 ?U ，如圖 (d)所示，這種補(bǔ)償稱為過(guò)補(bǔ)償。通常不希望出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償情況，因?yàn)檫@樣會(huì)引起變壓器二次側(cè)電壓的升高，且容性無(wú)功功率在線路上傳輸同樣會(huì)增加電能的損耗，還會(huì)增加電容器自身的損耗，影響電容器的壽命。 因此，實(shí)際電路是可以通過(guò)改變并聯(lián)電容 C 的大小來(lái)控制無(wú)功功率的大小，從而調(diào)節(jié)補(bǔ)償后功率因數(shù)的大小。 雖然并聯(lián)電容器補(bǔ)償方式比較簡(jiǎn)單，而且成本也比較低，但這種方式只能補(bǔ)償固定的無(wú)功功率，因?yàn)橐?旦電容值選定后，就確定了其相應(yīng)的無(wú)功功率，而目前電容器的電容無(wú)法實(shí)現(xiàn)帶電連續(xù)改變，通常是采用分組投切的方法來(lái)改變并聯(lián)電容器的電容值。此外，在系統(tǒng)中有諧波時(shí)，還有可能發(fā)生并聯(lián)諧振，并使諧波放大，可能會(huì)使電容器損壞。 然后，再 看負(fù)荷由電阻 R 和電感 L 組成的串聯(lián)電路。對(duì) R、 L 串聯(lián)的負(fù)荷進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償電路如圖 (b)所示。 當(dāng)并聯(lián)電容器沒(méi)有投入時(shí)， RL 支路的電流有效值為 ： IRL=22 LXRU? (23) 11 RL 支路的電抗為 ： ZRL=R+jXL (24) 這時(shí)，電源輸出的電流 ?I 等于 RL 支路吸收的電流 ?I RL，電源的功率因數(shù)為 ： cos? =22 LXRR? (25) 當(dāng)并聯(lián)電容器投入時(shí)， RL 支路的電流保持不變，電容器支路的電流有效值為： IC=XcU (26) 電容器支路的電抗為： ZC=jXL (27) 這時(shí)，電源輸出的電流 ?I 等于 RL 支路吸收的電流 ?I RL+?I C，電源的功率因數(shù)為： cos? =22 )( CL XXRR ?? (28) 由上式可知，投入并聯(lián)電容器后，電源的功率因數(shù)將增大，特別是當(dāng) XL=XC 時(shí)，電源的功率因數(shù)為 1。顯然，當(dāng) XC＜ XL 時(shí)，欠補(bǔ)償；當(dāng) XC＞ XL 時(shí)，過(guò)補(bǔ)償。其相量圖關(guān)系如圖 (c)、 (d)所示。 并聯(lián)電容器補(bǔ)償無(wú)功功率的方式 對(duì)于電力系統(tǒng)的負(fù)荷，電力企業(yè)通常采用并聯(lián)電容器進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償。并聯(lián)電容器可以安裝在全系統(tǒng)的各個(gè)點(diǎn)上，根據(jù)安裝的位置不同，通常分為三種方式 [11]。 (1) 集中補(bǔ)償 集中補(bǔ)償是指將并聯(lián)電容器接在匯 流母線上，根據(jù)母線上的無(wú)功負(fù)荷而直接控制電容器的投切。集中補(bǔ)償一般把補(bǔ)償裝置裝于地區(qū)變電所或高壓供電電力用戶降壓變電站的一次或二次母線上，也包括集中裝于電力用戶總配電高低壓母線上。其優(yōu)點(diǎn) 是 安裝方便，有利于控制電壓水平 ，且易與實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投切，運(yùn)行可靠，利用率高，維護(hù)方便，能減少配電網(wǎng)、用戶變壓器及專供線路的無(wú)功負(fù)荷和電能損耗。缺點(diǎn)是：當(dāng)電氣設(shè)備不連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)或輕負(fù)荷，又無(wú)自動(dòng)控制裝置時(shí)，會(huì)造成過(guò)補(bǔ)償，使運(yùn)行電壓抬高，電壓質(zhì)量變壞，因此，補(bǔ)償裝置需要較頻繁投切；不能減少電力用戶內(nèi)部各條配電線路的無(wú)功負(fù)荷和電能損耗。 集中補(bǔ)償分為低壓集中補(bǔ)償和高壓集中補(bǔ)償。 低壓集中補(bǔ)償是指將低壓無(wú)功功率補(bǔ)償裝置通過(guò)低壓開關(guān)接在配電變壓器低壓母線 12 側(cè)，以無(wú)功功率補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，根據(jù)低壓母線上的無(wú)功負(fù)荷而直接控制低壓無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的投切。電容器的投切是整組進(jìn)行，做不到平滑的調(diào)節(jié)。負(fù)荷較集中的小型企業(yè)用此補(bǔ)償方式較經(jīng)濟(jì)。低壓集中補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：接線簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)工作量小，使無(wú)功功率就地平衡，從而提高配電變利用率，降低網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，是目前無(wú)功功率補(bǔ)償中常用的手段之一。 高壓集中補(bǔ)償一般將并聯(lián)電容器組集中直接裝在變電所 6～ 10kV 高壓母線上。高壓集中補(bǔ)償?shù)闹饕獌?yōu)點(diǎn)是：不僅可以減少高壓母線線路的無(wú)功功率損耗，而且能夠提高本變電所的供電電壓質(zhì)量：可以根據(jù)負(fù)荷的大小自動(dòng)投切，從而合理地提高了用戶的功率因數(shù)，避免功率因數(shù)降低導(dǎo)致電費(fèi)的增加；提高供電能力、減少線損和電能損耗，穩(wěn)定電壓，便于運(yùn)行維護(hù)，補(bǔ)償效益高。缺點(diǎn)是這種補(bǔ)償 方式只能補(bǔ)償高壓母線前面所有線路上的無(wú)功功率，而高壓母線后面的無(wú)功功率 得不到補(bǔ)償。 (2) 個(gè)別補(bǔ)償 個(gè)別補(bǔ)償又稱為“就地補(bǔ)償”，它就是根據(jù)個(gè)別用電設(shè)備對(duì)無(wú)功功率的需要量將單臺(tái)或多臺(tái)電容器組分散地與用電設(shè)備并接。 它與用電設(shè)備共用一套斷路器，也可以獨(dú)立使用一套斷路器，通過(guò)控制、保護(hù)裝置與用電設(shè)備同時(shí)投切，所以個(gè)別補(bǔ)償也稱隨機(jī)補(bǔ)償。它通過(guò)控制、保護(hù)裝置與電機(jī)同時(shí)投切，既能提高線路的功率因數(shù)，又能改善用電設(shè)備的電壓質(zhì)量。個(gè)別補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)是：用電設(shè)備 運(yùn)行時(shí)，無(wú)功功率投入，用電設(shè)備停運(yùn)時(shí)，補(bǔ)償設(shè)備也退出，因此不會(huì)造成無(wú)功功率倒送；同時(shí)還具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護(hù)簡(jiǎn)單、事故率低等優(yōu)點(diǎn)。 個(gè)別補(bǔ)償分為低壓個(gè)別補(bǔ)償和高壓個(gè)別補(bǔ)償。低壓個(gè)別補(bǔ)償適用于補(bǔ)償個(gè)別大容量且連續(xù)運(yùn)行 (如大中型低壓異步電動(dòng)機(jī)）的無(wú)功功率消耗 。這種方式用在負(fù)荷比較分散、補(bǔ)償容量小的企業(yè)比較適宜。一般說(shuō)來(lái)，高壓設(shè)備單臺(tái)容量大，消耗的無(wú)功功率也很大，更適合采用個(gè)別補(bǔ)償方式。 低壓個(gè)別補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：補(bǔ)償效益大，不僅能減少高壓線路中的無(wú)功功率，同時(shí)也減少了低壓線路中的無(wú)功功率，減少電氣設(shè)備的容量和導(dǎo)線的截面，降低電能的損耗。但存在的不足是：對(duì)不經(jīng)常使用的設(shè)備，所安裝的無(wú)功功率補(bǔ)償電容器的利用率很低；大量低壓設(shè)備因沒(méi)有安裝或不適宜安裝補(bǔ)償器而引起的電能損耗得不到有效改善；因控制和執(zhí)行元件的響應(yīng)時(shí)間較慢而影響補(bǔ)償效果；自動(dòng)控制的分組 補(bǔ)償往往因投切失靈，容易 損壞電氣設(shè)備。采用高壓個(gè)別 ，除了具有低壓個(gè)別補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)外，而且更能有效地降低設(shè)備啟 13 動(dòng)時(shí)的沖擊性，減少變壓器裕度。 (3) 分組補(bǔ)償 分組補(bǔ)償又稱分散補(bǔ)償，它是根據(jù)各用戶的各個(gè)負(fù)荷中心，把補(bǔ)償裝置分成幾組安裝在功率因數(shù)較低的村鎮(zhèn)終端變、配電所高壓或低壓母線上或車間配電室或變電所分路出線上。 分組補(bǔ)償常見的安裝方式有：①高壓補(bǔ)償裝置分組安裝于城鄉(xiāng)電網(wǎng) 6kV 配電線路的桿架上；②低壓補(bǔ)償裝置安裝于公用配電變器的低壓側(cè)或電力用戶各車間的配電母線上。 分組補(bǔ)償方式基本集中安裝在變電器低壓側(cè)的母線或輸電線路中，減 少了電力系統(tǒng)到用戶線路上的高壓線損和變損，克服了集中固定補(bǔ)償容量較大時(shí)的涌流過(guò)大等問(wèn)題，提高了用戶內(nèi)部的供電能力，并能有效的增大配電線路的供電能力，節(jié)電效果好。此外，在低負(fù)荷時(shí)，可以相應(yīng)停運(yùn)數(shù)組，以防過(guò)補(bǔ)償、投資較為經(jīng)濟(jì)。但是需要人工頻繁投、切。在投、切不及時(shí)或投、切容量不合適時(shí)，也易造成過(guò)補(bǔ)償或欠補(bǔ)償現(xiàn)象。另外，這種補(bǔ)償方式具有與集中補(bǔ)償相同的優(yōu)點(diǎn)，但無(wú)功功率補(bǔ)償容量和范圍相對(duì)小些，效果明顯，因此采用比較普遍。 并聯(lián)電容器補(bǔ)償容量的確定 安裝 并聯(lián)電容器進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償時(shí)，電容器安裝容量的選擇， 可根據(jù)不同目的來(lái)確定 [12]。 (1) 集中補(bǔ)償和分組補(bǔ)償電容器容量 QC(kvar)的確定 采用集中補(bǔ)償方式和分組補(bǔ)償方式時(shí)，總的補(bǔ)償容量按功率因數(shù)可由下式?jīng)Q定： QC=? avPmax(tan? 1tan? 2) (29) 或 QC=? avPmaxqc (210) 式中 Pmax — 由變電所供電的月最大有功功率計(jì)算負(fù)載， kW ? av — 月平均負(fù)載率，一般可取 ～ ?1 — 補(bǔ)償前的功率因數(shù)角， cos? 1 可取最大負(fù)載時(shí)的值 ? 2 — 補(bǔ)償后的功率因數(shù)角，參照電力部門要求，一般可取 ～ qc — 電容器補(bǔ)償率， kvar/kW，即每千瓦有功負(fù)載需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率 14 顯然 qc= tan? 1tan? 2 電容器 接法 不同時(shí)，每相電容器所需容量也是不一樣的。 1. 電容器為星形接線時(shí) QC = 3 UIC103= 3CU?1 3103= 2CU? 103 (211) 式中 U — 裝設(shè)地點(diǎn)電網(wǎng)線電壓， V IC — 電容組的線電流， A ； C— 電容組電容， F? 考慮到電網(wǎng)線電壓的單位常用 kV， QC 的單位為 kvar，則星形連接時(shí)每相電容器組的容量為 CY=C=2310UQC? ?? (212) 2. 電容器為三角形連接時(shí) QC = 3 UIC103=3UCU?1103=3 2CU? 103 (213) 每相電容器 的容量為 : C△ =233 10UQC? ?? (214) (2)就地補(bǔ)償電容器容量 QC(kvar)的 確定。 單臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)裝有個(gè)別補(bǔ)償電容器時(shí)，若電動(dòng)機(jī)突然與電源斷開，電容器將對(duì)電動(dòng)機(jī)放電而產(chǎn)生自勵(lì)現(xiàn)象。如果補(bǔ)償電容器容量過(guò)大，可能因電動(dòng)機(jī)慣性轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生過(guò)電壓，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)損壞。為防止這種情況，不宜使電容器補(bǔ)償容量過(guò)大，應(yīng)以電容器在此時(shí)的放電電流不大于電動(dòng)機(jī)空載電流 I0 為限，即 QC = 3 UNI0103 (215) 式中 UN — 供電系統(tǒng)額定線電壓， kV ； I0 — 電動(dòng)機(jī)額定空載電流， A 若實(shí)際運(yùn)行電壓與電容器額定電壓不一致，則電容器的實(shí)際補(bǔ)償容量為： QC1 = )UU( (216) 式中 — 電容器的額定電壓； — 電 容器的額定補(bǔ)償容量； UW — 電容器的實(shí)際工作電壓 15 并聯(lián)電抗器 并聯(lián)電抗器 也是一種較早應(yīng)用的重要無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。在超高壓電網(wǎng)中，線路空載或輕載時(shí)大量充電功率過(guò)剩，采用并聯(lián)電抗器補(bǔ)償是必不可少的。一般可以通過(guò)采用高壓或低壓并聯(lián)電抗器適當(dāng)配合的補(bǔ)償方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。在長(zhǎng)距離輸電線路上，高壓電抗器具有限制過(guò)電壓、分層平衡無(wú)功功率，有利于使用單相重合閘和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的綜合功能。低壓電抗器的主要特點(diǎn)是易于投切，主要用于運(yùn)行方式變化中無(wú)功功率平衡和電壓調(diào)整。 在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，當(dāng)我國(guó)一些電網(wǎng)低谷時(shí)電壓過(guò)高，如果采用發(fā) 電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行和切除并聯(lián)電容器等措施效果不大或者這些措施難以實(shí)現(xiàn)時(shí)，多考慮裝設(shè)可投切并聯(lián)電抗器，并且依然是目前補(bǔ)償容性無(wú)功功率 (吸收感性無(wú)功功率 )的主導(dǎo)裝置。 并聯(lián)電抗器的數(shù)目及位置的選擇一般是按照在空載、輕載以及接通空載線路等運(yùn)行方式下保證設(shè)備得到容許電壓，以及考慮與輸電系統(tǒng)的無(wú)功功率平衡等條件來(lái)確定的。當(dāng)線路輸送功率加大時(shí)，必須適當(dāng)切除電抗器以保證系統(tǒng)的電壓和穩(wěn)定性；在輕載時(shí)由于它對(duì)線路充電功率的補(bǔ)償，從而降低了線損。此外，隨著沿線及受端電壓的改善，也就增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 并聯(lián)電抗器在電力系 統(tǒng)中的作用 并聯(lián)電抗器 無(wú)功功率補(bǔ)償裝置常用于補(bǔ)償系統(tǒng)電容 [13]。它通過(guò)向超高壓、大容量的電網(wǎng)提供可階梯調(diào)節(jié)的感性無(wú)功功率，補(bǔ)償電網(wǎng)的剩余容性充電無(wú)功功率，控制無(wú)功功率潮流，保證電網(wǎng)電壓穩(wěn)定在允許范圍內(nèi)。實(shí)踐證明，對(duì)于一些電壓偏高的電網(wǎng)，安裝一定數(shù)量的并聯(lián)電抗器是解決系統(tǒng)無(wú)功功率過(guò)剩，降低電壓的有效措施。特別是限制由于線路開路或輕載負(fù)荷所引起電壓升高。 由于超高壓遠(yuǎn)距離輸電線路，其輸電線路對(duì)地以及相與相之間的電容特別大，輸電線路電容會(huì)產(chǎn)生大量的無(wú)功功率，各級(jí)電壓輸電線路的容性充電功率數(shù)值如 下 表所示。由此可知 ，在超高壓和一些中低 壓電網(wǎng)中，其容性充電功率的數(shù)值相當(dāng)可觀，決不可忽視。這樣，負(fù)荷在空載或輕載會(huì)引起輸電線路末端電壓過(guò)分升高，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生自勵(lì)。為了使輸電線路電壓維持在規(guī)定的范圍內(nèi)，發(fā)電機(jī)電勢(shì)必然需要降低，這樣將會(huì)使電力系統(tǒng)的功率極限減小，運(yùn)行功角增大，使靜態(tài)穩(wěn)定水平下降。 16 表 21 各級(jí)電壓輸電線路的充電功率的數(shù)值 電壓等級(jí) (kV) 導(dǎo)線截面 分裂導(dǎo)線數(shù) 充電功率 (Mvar/100km) 110 95～ 400 單導(dǎo)線 ～ 220 240～ 700 單導(dǎo)線 雙分裂 ～ ～ 19 330 240～ 700 雙分裂 ～ 41 500 300～ 700 三分裂 95～ 105 750 400～ 400 四分裂 215～ 240 為了 改善上述情況，在一定