無功補償技術介紹課件

無功補償技術介紹無功補償技術介紹無功補償技術介紹二、無功補償的原理四、我廠無功補償技術的介紹主要內容三、無功與電壓的調整一、無功補償的基礎知識2020/11/27無功補償技術介紹無功補償技術介紹無功補償技術介紹二、無功補償1二、無功補償的原理四、我廠無功補償技術的介紹主要內容三、無功與電壓的調整一、無功補償的基礎知識2022/12/22二、無功補償的原理四、我廠無功補償技術的介紹主要內容三、無功21.1無功功率一、無功補償基礎知識電網中電力設備多數是根據電磁感應原理工作的，如配電變壓器、電動機等，它們在能量轉換過程中建立交變的磁場，在一個周期中吸收的功率和釋放的功率相等。電能在通過純電容和純電感電路時并沒有能量消耗，僅在負荷與電網之間反復交換，由于這種交換不對外做功，因此成為無功功率。2022/12/221.1無功功率一、無功補償基礎知識電網中電力設備多數是根31.1.1感性無功功率一、無功補償基礎知識由于電感線圈是儲藏磁場能量的元件，當線圈加上交流電壓后，當電壓交變時，相應的磁場能量也隨著變化，當電壓增大，電流和磁場能量也相應增強，此時線圈的磁場能量將外電源供給的能量以磁場能量形式儲藏起來，當電流減小和磁場能量減弱時，線圈把磁場能量釋放并輸回外電路中，電感電路不消耗功率。電路中僅是電源能量與磁場能量之間的往復交換。2022/12/221.1.1感性無功功率一、無功補償基礎知識由于電感線圈41.1.2容性無功功率一、無功補償基礎知識由于電容器是儲藏電場能量的元件，當電容器加上交流電壓后，當電壓交變時，相應的電場能量也隨著變化，當電壓增大，電流和電場能量也相應增強，此時電容器的電場能量將外電源供給的能量以電場能量形式儲藏起來，當電壓減小和電場能量減弱時，電容器把電場能量釋放并輸回外電路中，電容電路不消耗功率。電路中僅是電源能量與電場能量之間的往復交換。2022/12/221.1.2容性無功功率一、無功補償基礎知識由于電容器5a、感性無功：電流滯后電壓90°，如電動機、變壓器等設備；b、容性無功：電流超前電壓90°，如電容器、電纜、電力輸電線路；c、基波無功：與電源頻率相等的無功；d、諧波無功：與電源頻率不相等的無功；1.2、無功分類一、無功補償基礎知識2022/12/22a、感性無功：電流滯后電壓90°，如電動機、變壓器等設備；16電力系統(tǒng)中的負荷并不是純感性或純容性的，是集容性、感性和阻性的綜合負載，這種負載的電壓和電流的向量之間有一定的相位差，相位角的余弦值就是功率因數值，也是有功功率與視在功率之比。計算公式為：COSΦ=P/S=P/√(P2

+Q2)

1.3功率因數一、無功補償基礎知識2022/12/22電力系統(tǒng)中的負荷并不是純感性或純容性的，是集容性、感性和阻性7式中：COSΦ—功率因數P—有功功率，kWQ—無功功率，kvarS—視在功率，kVA在中高壓系統(tǒng)中，三相電壓和電流均對稱，三相功率因數基本相同，總功率因數為三相功率因數的平均值。1.3功率因數一、無功補償基礎知識2022/12/22式中：COSΦ—功率因數1.3功率因數一、無功補償基84.1、無功補償的作用(提高功率因數的意義)無功補償的主要作用是提高功率因數，以減少設備容量、功率損耗，穩(wěn)定電壓提高供電質量。安裝無功補償設備，可以減少無功功率在電網中的傳輸，減少了線路中的電壓損耗，提高了配電網的電壓質量。1.4無功補償一、無功補償基礎知識2022/12/224.1、無功補償的作用(提高功率因數的意義)1.4無9(1)、減少電壓損耗把線路中的電流分成有功電流Ip和無功電流Iq，線路中的電壓損耗：△U=(IpR+IqX)=(PR+QX)/UP—有功功率，kWQ—無功功率，kvarU—線路末端電壓，kVR—線路電阻，ΩX—線路電抗，Ω1.4、無功補償一、無功補償基礎知識2022/12/22(1)、減少電壓損耗1.4、無功補償一、無功補償基礎知識2010因此進行無功補償后，可減少線路上傳輸的無功功率Q，若傳輸的有功功率不變，且線路的電阻和電抗是一個常數，所以，傳輸的無功功率Q越小，電壓損耗越小，從而提供了電壓質量。1.4無功補償一、無功補償基礎知識2022/12/221.4無功補償一、無功補償基礎知識2022/12/111(2)減少有功損耗把線路中的電流分成有功電流Ip和無功電流Iq，線路中的有功損耗：△P=R(P2+Q2)/U2P—有功功率，kWQ—無功功率，kvarU—線路末端額定電壓，kVR—線路電阻，ΩX—線路電抗，Ω1.4無功補償一、無功補償基礎知識2022/12/22(2)減少有功損耗1.4無功補償一、無功補償基12因此提高功率因數后，可減少線路上傳輸的無功功率Q，若傳輸的有功功率不變，且線路的電阻是一個常數，所以，傳輸的無功功率Q越小，有功損耗越小，從而節(jié)約了電能。1.4無功補償一、無功補償基礎知識2022/12/221.4無功補償一、無功補償基礎知識2022/12/113(3)提高變壓器的利用率功率因數有COSΦ1提高到COSΦ2，提高了變壓器的利用率為：△S%=(S1－S2)/S1*100%=(1－COSΦ1/COSΦ2)*100%因此補償后的變壓器利用率提高了△S%，可以帶更多的負荷，減少了變壓器的投資。1.4無功補償一、無功補償基礎知識2022/12/22(3)提高變壓器的利用率1.4無功補償一、無功14(4)、減少電費支出(1)、避免功率因數低于規(guī)定值而受罰；(2)、減少用戶配電網內的無功傳輸而造成的有功損耗；1.4無功補償一、無功補償基礎知識2022/12/22(4)、減少電費支出1.4無功補償一、無功補償基礎知151.4無功補償一、無功補償基礎知識2022/12/221.4無功補償一、無功補償基礎知識2022/12/116(5)提高電網輸電能力有功功率與視在功率的關系為：P=SCOSΦ可見，在電網傳輸一定有功功率的條件下，功率因數越高，需要電網傳輸的總功率越小。1.4無功補償一、無功補償基礎知識2022/12/22(5)提高電網輸電能力1.4無功補償一、無功補171.4.2無功補償的形式(1)、集中補償：在高中壓總變電所母線上安裝補償設備。(2)、分散補償：在車間、村鎮(zhèn)終端或下級變電所的母線上安裝補償設備。(3)、就地補償：在功率因數較低的設備附近安裝補償設備。1.4無功補償一、無功補償基礎知識2022/12/221.4.2無功補償的形式1.4無功補償一、無功181.4.3無功補償方式的選擇(1)集中補償與分散補償相結合，以分散補償為主。(2)調節(jié)補償與固定補償相結合，以固定補償為主。(3)高壓補償與低壓補償相結合，以低壓補償為主。隨著電力系統(tǒng)補償方式的發(fā)展，以上第2點已經慢慢被淘汰，將全部用動態(tài)補償來實現。1.4無功補償一、無功補償基礎知識2022/12/221.4.3無功補償方式的選擇1.4無功補償一、無功補償基礎知19電力系統(tǒng)中負載的綜合阻抗主要是呈感性，需要容性無功來補償感性無功。2.1無功補償原理二、無功補償的原理2022/12/22電力系統(tǒng)中負載的綜合阻抗主要是呈感性，需要容性無功來補償感性20U^I和I^U的含義；∠U^I=

Φ；∠I^U=

360-Φ；只要涉及向量或角度就會有基準量的選取。注意：角度為逆時針，相序為順時針；2.2電壓、電流、角度、有功、無功、功率因數之間的關系二、無功補償的原理2022/12/22U^I和I^U的含義；2.2電壓、電流、角度、有功、無功21電壓與電流夾角和功率三角形的關系；2.2電壓、電流、角度、有功、無功、功率因數之間的關系二、無功補償的原理2022/12/22電壓與電流夾角和功率三角形的關系；2.2電壓、電流、角22角度與功率因數、有功無功的關系；P=UIcosΦ；Q=UIsinΦ；2.2電壓、電流、角度、有功、無功、功率因數之間的關系二、無功補償的原理2022/12/22角度與功率因數、有功無功的關系；2.2電壓、電流、角度23電流互感器極性與角度、功率正負的關系；2.2電壓、電流、角度、有功、無功、功率因數之間的關系二、無功補償的原理2022/12/22電流互感器極性與角度、功率正負的關系；2.2電壓、電流、240°<Φ<90°,P>0,Q>0；從母線取有功和無功；90°<Φ<180°,P<0,Q>0；給母線送有功,從母線取無功；180°<Φ<270°,P<0,Q<0；給母線發(fā)有功和無功；270°<Φ<360°,P>0,Q<0；從母線取有功,給母線送無功Φ=0°時，負荷為純阻性負載，只消耗有功；Φ=90°時，負載為純感性負載，只消耗無功；Φ=180°時，負載為純阻性負載，只發(fā)出有功；Φ=270°時，負載為純容性負載，只發(fā)出有功；2.2電壓、電流、角度、有功、無功、功率因數之間的關系二、無功補償的原理2022/12/220°<Φ<90°,P>0,Q>0；從母線取有功和無功；2.225我廠功率因數調整的方法：1、通過投退無功補償設備進行功率因數的調節(jié)；2、通過發(fā)電機輸出的無功功率進行功率因數的調節(jié)。2.3功率因數的調節(jié)二、無功補償的原理2022/12/22我廠功率因數調整的方法：2.3功率因數的調節(jié)二、無功補26無功功率補償前后的功率三角形簡圖2.4無功補償容量的確定二、無功補償的原理2022/12/22無功功率補償前后的功率三角形簡圖2.4無功補償容量的確271、已知系統(tǒng)有功和功率因數，計算投入一定數量的補償設備后的功率因數已知：當前系統(tǒng)有功P，當前系統(tǒng)功率因數PF，投入補償設備容量Q1，計算補償后功率因數PF1.當前系統(tǒng)視在功率S=P/PF；當前系統(tǒng)無功Q=√(S2-P2)；PF1=P/√(P2+(Q-Q1)2)PF1=√(P2/(S2+Q12-2Q*Q1))2.4無功補償容量的確定二、無功補償的原理2022/12/221、已知系統(tǒng)有功和功率因數，計算投入一定數量的補償設備后的功282、已知系統(tǒng)有功和功率因數，計算達到目標功率因數需要投入多少補償容量已知：當前系統(tǒng)有功P，當前系統(tǒng)功率因數PF，目標功率因數PF1,計算需要投入多大容量的補償設備△Q.PF對應的角度和無功：Φ；Q=P*tanΦ；PF1對應的角度和無功：Φ1；Q1=P*tanΦ1；△Q=P(tanΦ-tanΦ1)2.4無功補償容量的確定二、無功補償的原理2022/12/222、已知系統(tǒng)有功和功率因數，計算達到目標功率因數需要投入多少29注意：當電容器的實際運行電壓與電容器的額定電壓不一致時，電容器的實際補償容量為：Q=(U1/Un)2×QnU1—電容器實際運行電壓；Un—電容器額定電壓；Qn—電容器額定容量；2.4無功補償容量的確定二、無功補償的原理2022/12/22注意：當電容器的實際運行電壓與電容器的額定電壓不一致時，電容30電力系統(tǒng)的電壓水平主要取決于無功功率的平衡。電力系統(tǒng)內無功功率分配的不合理，可能會造成一些節(jié)點的電壓過高或過低。當電壓偏離額定值過高，會損壞電氣設備的絕緣，危害設備安全運行，縮短設備壽命；而電壓過低，會加大電網中的功率損耗，影響電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。3.1無功功率的平衡三、無功和電壓的調整2022/12/22電力系統(tǒng)的電壓水平主要取決于無功功率的平衡。電力系統(tǒng)內無功功31電力系統(tǒng)中無功功率的電源主要有：發(fā)電機、同步調相機、并聯電容器、靜止補償器等。3.2.1、同步發(fā)電機

發(fā)電機是最基本的無功功率電源?？梢酝ㄟ^調節(jié)發(fā)電機的勵磁電流來改變發(fā)電機發(fā)出的無功功率。增加勵磁電流就可以增大無功功率的輸出，反之，就減少無功功率的輸出。3.2無功功率電源三、無功和電壓的調整2022/12/22電力系統(tǒng)中無功功率的電源主要有：發(fā)電機、同步調相機、并聯電容323.2.2同步調相機

同步調相機實際上是一個空載運行的同步電動機。在過勵磁運行時，它可以向系統(tǒng)提供感性無功功率而起到無功電源的作用，提高系統(tǒng)電壓。在欠勵磁運行時，它能從系統(tǒng)吸收感性無功功率而起到無功負荷的作用，降低系統(tǒng)電壓。

優(yōu)點：能根據裝設點的電壓水平來平滑的改變輸出或吸收的無功功率，進行電壓調節(jié)，特別是裝有強行勵磁裝置時，在系統(tǒng)故障情況下，還能調整系統(tǒng)的電壓，提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。3.2無功功率電源三、無功和電壓的調整2022/12/223.2.2同步調相機3.2無功功率電源三、無功和33缺點：同步調相機是旋轉設備，運行維護較為復雜，有功功率損耗大，在滿負荷運行時，有功損耗約為額定容量的1.5%-5%，同步調相機的沒單位容量投資較大，宜安裝在樞紐性質的變電站，以便平滑調節(jié)電壓和提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3.2.3靜止電容器

靜止電容器是目前最普遍的補償設備，電容器的單位容量投資較小且與總容量的大小無關，運行時功率損耗小，約為額定容量的0.3%-0.5%，運行維護方便。3.2無功功率電源三、無功和電壓的調整2022/12/22缺點：同步調相機是旋轉設備，運行維護較為復雜，有功34

3.2.4靜止補償器

靜止補償器是由靜止電容器與電抗器并聯組成的無功補償裝置，即后面說到的SVC

（StaticVarCompensator）裝置。此裝置能夠平滑的改變輸出或吸收的無功功率。調節(jié)性能較好，運行時損耗小，約為額定容量的1%，可靠性高，由于采用了可控硅，運行時會產生高次諧波。3.2無功功率電源三、無功和電壓的調整2022/12/223.2.4靜止補償器3.2無功功率電源三、35電力系統(tǒng)無功功率平衡的基本要求是：無功功率電源發(fā)出的無功功率應與系統(tǒng)的無功負荷及網絡中的而無功損耗相平衡。同時，為了保證可靠性，系統(tǒng)必須配置一定的無功功率備用容量，其備用容量一般應為最大無功功率負荷的7%-8%。

3.3無功功率平衡三、無功和電壓的調整2022/12/22電力系統(tǒng)無功功率平衡的基本要求是：無功功率電源發(fā)出的無36

3.4.1調壓的基本原理

充足的無功功率電源是保證電力系統(tǒng)有較好運行電壓水平的必要條件。要保證所有節(jié)點的電壓質量都符合要求，通常需要采用各種調壓措施。調壓的方式：逆調壓、順調壓、常調壓。調壓的措施：改變發(fā)電機端電壓、改變變壓器變比、增加補償設備、改變輸電線路參數(降低輸電線路的電抗)。3.4電壓的調整三、無功和電壓的調整2022/12/223.4.1調壓的基本原理3.4電壓的調整三、無37

3.4.2調壓的方式

3.4.2.1逆調壓

高峰負荷時升高電壓(取1.05Un)，低谷負荷時降低電壓(取Un)的電壓調節(jié)方式，稱為逆調壓。這種方式適用于中樞點供電線路較長、負荷變化范圍較大的場合。3.4.2.2順調壓高峰負荷時允許中樞點電壓略低(取1.025Un)，低谷負荷時允許中樞點電壓略高(取1.075Un)的調壓方式，稱為順調壓。適用于對電壓要求不高或供電線路不長、負荷變動不大的中樞點。3.4.2.2常調壓

在任何負荷下，都保持中樞點電壓為一基本不變的數值，取(1.02-1.05Un),這種調壓方式稱之為常調壓。3.4電壓的調整三、無功和電壓的調整2022/12/223.4.2調壓的方式3.4電壓的調整三、無功和38

3.4.3調壓的措施

3.4.3.1改變發(fā)電機端電壓調壓對不同類型的電網，發(fā)電機調壓所起的作用是不同的。對由發(fā)電機直接供電的小型電力系統(tǒng)，因供電線路不太長，網絡電壓損耗不大，這類系統(tǒng)可以通過發(fā)電機逆調壓方式，能夠滿足負荷點的電壓要求。對發(fā)電機經多級變壓器向負荷供電的大中型電力系統(tǒng)，由于供電范圍大，單靠改變發(fā)電機機端電壓不能滿足電網各節(jié)點對電壓的要求，只能解決近處地方負荷的電壓質量，并減輕遠處其他調壓設備的負擔。3.4電壓的調整三、無功和電壓的調整2022/12/223.4.3調壓的措施3.4電壓的調整三、無功和39

3.4.3調壓的措施

3.4.3.1改變發(fā)電機端電壓調壓對有若干發(fā)電廠并列運行的大型電力系統(tǒng)，利用發(fā)電機調壓不一定恰當。在提高發(fā)電機電壓時，發(fā)電機要多輸出無功功率，這要求發(fā)電機有充裕的無功儲備容量才能承擔調壓的任務。另外，在調整個別發(fā)電廠母線電壓時，會引起系統(tǒng)無功功率的重新分配，這有可能與系統(tǒng)無功功率的經濟分配相矛盾。所以，在大型電力系統(tǒng)中，發(fā)電機調壓一般作為一種輔助的調壓措施。

3.4壓的調整三、無功和電壓的調整2022/12/223.4.3調壓的措施3.4壓的調整三、無功和電403.4.3.2改變變壓器變比調壓改變變壓器的變比即可改變用戶處的電壓。這種調壓措施并不增加系統(tǒng)的無功功率。因此，如果系統(tǒng)無功功率不足時，不能單靠這種措施來提高整個系統(tǒng)的電壓水平。3.4電壓的調整三、無功和電壓的調整2022/12/223.4.3.2改變變壓器變比調壓3.4電壓的調整413.4.3.3補償無功功率調壓當電力系統(tǒng)的無功功率電源不足而造成電壓下降時，僅靠變壓器變比來進行調壓時并不能根本性的解決整個電力系統(tǒng)的電壓質量問題。這時必須考慮在電力系統(tǒng)中增加無功功率電源，以使電力系統(tǒng)能在較高的電壓水平下實現無功功率平衡。第11頁：△U=(IpR+IqX)=(PR+QX)/U3.4電壓的調整三、無功和電壓的調整2022/12/223.4.3.3補償無功功率調壓3.4電壓的調整三423.4.3.4改變電力線路參數調壓根據△U=(IpR+IqX)=(PR+QX)/U，減小線路的電阻R和電抗X，可以起到調壓的作用，一般來說電阻R不容易減小，要減小它只能增大導線的截面積，經濟性不好。在高壓電網中，一般X》R，PR/U在電壓損耗中所占比例較QX/U小，所以，通常采用減小電抗來降低電壓損耗。減小電抗的方法有：采用分裂導線，在電力線路中串聯電容器?！鱑=(PR+Q(X-Xc))/U，Xc—串聯電容器的電抗。此種方式使繼電保護復雜化，運行維護較復雜，不太靈活，要從技術和經濟方面綜合分析比較。3.4電壓的調整三、無功和電壓的調整2022/12/223.4.3.4改變電力線路參數調壓3.4電壓的調433.4電壓的調整三、無功和電壓的調整

只有正確地掌握了變電站的運行狀態(tài)，才能正確地選擇無功控制對策，從而達到自動控制的目的。作為變電站電壓、無功綜合控制裝置，由于其控制對象主要是變壓器分接頭和并聯電容器組，控制目的是保證主變壓器二次電壓在允許范圍內，且盡可能提高進線的功率因數，故一般選擇電壓和進線處功率因數(或無功功率)為狀態(tài)變量。

在這個九區(qū)域的運行狀態(tài)中，0區(qū)為電壓和功率因數均合格區(qū)，其余八個區(qū)均為不合格區(qū)。電壓無功綜合控制裝置利用檢測到的電壓和功率因數，結合當時的運行方式即可確定運行點在運行圖中所處的位置，從而確定相應的控制對策。2022/12/223.4電壓的調整三、無功和電壓的調整只443.4電壓的調整三、無功和電壓的調整

電壓、無功綜合控制裝置實質上是一個多輸人多輸出的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。現簡單介紹如下：當變電站運行于0區(qū)域時，電壓和功率因數均合格，此時不需要進行調整。(1)變電站運行于1區(qū)域時：電壓超過上限而功率因數合格，此時應調整變壓器分接頭使電壓降低。如單獨調整變壓器分接頭無法滿足要求時，可考慮強行切除電容器組。(2)變電站運行于5區(qū)域時：電壓低于下限而功率因數合格，此時應調整變壓器分接頭使電壓升高，直至分接頭無法調整。(3)變電站運行于3區(qū)域時：功率因數超過上限而電壓合格，此時應切除電容器組直至功率因數合格。(4)變電站運行于7區(qū)域時：功率因數低于下限而電壓合格，此時應投入電容器組直至功率因數合格。1．簡單越限情況2022/12/223.4電壓的調整三、無功和電壓的調整電壓、45三、無功和電壓的調整2．雙參數越限情況(1)變電站運行于2區(qū)域時：電壓和功率因數同時超過上限，此時如先調整變壓器分接頭降壓，則無功會更加過剩。因此應先切除電容器組，待功率因數合格后若電壓仍越限再調整變壓器分接頭使電壓降低。(2)變電站運行于4區(qū)域時：電壓低于下限而功率因數超過上限，此時如先切除電容器組，則電壓會進一步下降。因此應先調整變壓器分接頭使電壓升高，待電壓合格后若功率因數仍越限再切除電容器組。(3)變電站運行于6區(qū)域時：電壓和功率因數同時低于下限，此時如先調整變壓器分接頭升壓，則無功會更加缺乏。因此應先投人電容器組，待功率因數合格后若電壓越限再調整變壓器分接頭使電壓升高。(4)變電站運行于8區(qū)域時：電壓超過上限而功率因數低于下限，此時如先投入電容器組，則電壓會進一步上升。因此先調整變壓器分接頭使電壓降低，待電壓合格后若功率因數仍越限再投入電容器組。2022/12/22三、無功和電壓的調整2．雙參數越限情況(1)變電站運46我廠低壓無功補償裝置采用哈爾濱同為電氣公司的TSC系列動態(tài)無功功率補償裝置，控制器采集進線電流電壓，經過計算功率因數，由晶閘管來循環(huán)投入容量最接近的一組電容器。功率因數設置范圍：0.94-0.984.1低壓無功補償設備的介紹四、我廠無功補償技術的介紹2022/12/22我廠低壓無功補償裝置采用哈爾濱同為電氣公司的TSC系列動態(tài)無47我廠中壓無功補償裝置采用哈爾濱同為電氣公司的TSC+HVC系列動態(tài)無功功率補償裝置，HVC主要用來補償系統(tǒng)較穩(wěn)定的無功變化不頻繁的基本負荷；當負荷變化較快時，由TSC快速反應，根據負荷的變化跟蹤補償。在對負荷進行補償的整個過程中，靜態(tài)與動態(tài)互相配合，HVC補償基本無功，TSC快速響應，組合投切實現細調，既能保證補償精度，又可實現動態(tài)快速跟蹤補償。HVC由接觸器控制，TSC由晶閘管控制。4.2中壓無功補償設備的介紹四、我廠無功補償技術的介紹2022/12/22我廠中壓無功補償裝置采用哈爾濱同為電氣公司的TSC+HVC系481、過零投切—零電壓投入、零電流切除，通過接觸器和開關投退的補償設備無法實現過零投切功能。2、補償設備檢修時，電容要經過充分放電，我廠補償設備的自動放電時間最少為5分鐘。3、為了延長電容器的壽命，動態(tài)補償的各組電容器為循環(huán)投切。4、母聯在合位時的補償方式。4.3無功補償設備注意事項四、我廠無功補償技術的介紹2022/12/221、過零投切—零電壓投入、零電流切除，通過接觸器和開關投退的49謝謝觀賞謝謝觀賞50無功補償技術介紹無功補償技術介紹無功補償技術介紹二、無功補償的原理四、我廠無功補償技術的介紹主要內容三、無功與電壓的調整一、無功補償的基礎知識2020/11/27無功補償技術介紹無功補償技術介紹無功補償技術介紹二、無功補償51二、無功補償的原理四、我廠無功補償技術的介紹主要內容三、無功與電壓的調整一、無功補償的基礎知識2022/12/22二、無功補償的原理四、我廠無功補償技術的介紹主要內容三、無功521.1無功功率一、無功補償基礎知識電網中電力設備多數是根據電磁感應原理工作的，如配電變壓器、電動機等，它們在能量轉換過程中建立交變的磁場，在一個周期中吸收的功率和釋放的功率相等。電能在通過純電容和純電感電路時并沒有能量消耗，僅在負荷與電網之間反復交換，由于這種交換不對外做功，因此成為無功功率。2022/12/221.1無功功率一、無功補償基礎知識電網中電力設備多數是根531.1.1感性無功功率一、無功補償基礎知識由于電感線圈是儲藏磁場能量的元件，當線圈加上交流電壓后，當電壓交變時，相應的磁場能量也隨著變化，當電壓增大，電流和磁場能量也相應增強，此時線圈的磁場能量將外電源供給的能量以磁場能量形式儲藏起來，當電流減小和磁場能量減弱時，線圈把磁場能量釋放并輸回外電路中，電感電路不消耗功率。電路中僅是電源能量與磁場能量之間的往復交換。2022/12/221.1.1感性無功功率一、無功補償基礎知識由于電感線圈541.1.2容性無功功率一、無功補償基礎知識由于電容器是儲藏電場能量的元件，當電容器加上交流電壓后，當電壓交變時，相應的電場能量也隨著變化，當電壓增大，電流和電場能量也相應增強，此時電容器的電場能量將外電源供給的能量以電場能量形式儲藏起來，當電壓減小和電場能量減弱時，電容器把電場能量釋放并輸回外電路中，電容電路不消耗功率。電路中僅是電源能量與電場能量之間的往復交換。2022/12/221.1.2容性無功功率一、無功補償基礎知識由于電容器55a、感性無功：電流滯后電壓90°，如電動機、變壓器等設備；b、容性無功：電流超前電壓90°，如電容器、電纜、電力輸電線路；c、基波無功：與電源頻率相等的無功；d、諧波無功：與電源頻率不相等的無功；1.2、無功分類一、無功補償基礎知識2022/12/22a、感性無功：電流滯后電壓90°，如電動機、變壓器等設備；156電力系統(tǒng)中的負荷并不是純感性或純容性的，是集容性、感性和阻性的綜合負載，這種負載的電壓和電流的向量之間有一定的相位差，相位角的余弦值就是功率因數值，也是有功功率與視在功率之比。計算公式為：COSΦ=P/S=P/√(P2

+Q2)

1.3功率因數一、無功補償基礎知識2022/12/22電力系統(tǒng)中的負荷并不是純感性或純容性的，是集容性、感性和阻性57式中：COSΦ—功率因數P—有功功率，kWQ—無功功率，kvarS—視在功率，kVA在中高壓系統(tǒng)中，三相電壓和電流均對稱，三相功率因數基本相同，總功率因數為三相功率因數的平均值。1.3功率因數一、無功補償基礎知識2022/12/22式中：COSΦ—功率因數1.3功率因數一、無功補償基584.1、無功補償的作用(提高功率因數的意義)無功補償的主要作用是提高功率因數，以減少設備容量、功率損耗，穩(wěn)定電壓提高供電質量。安裝無功補償設備，可以減少無功功率在電網中的傳輸，減少了線路中的電壓損耗，提高了配電網的電壓質量。1.4無功補償一、無功補償基礎知識2022/12/224.1、無功補償的作用(提高功率因數的意義)1.4無59(1)、減少電壓損耗把線路中的電流分成有功電流Ip和無功電流Iq，線路中的電壓損耗：△U=(IpR+IqX)=(PR+QX)/UP—有功功率，kWQ—無功功率，kvarU—線路末端電壓，kVR—線路電阻，ΩX—線路電抗，Ω1.4、無功補償一、無功補償基礎知識2022/12/22(1)、減少電壓損耗1.4、無功補償一、無功補償基礎知識2060因此進行無功補償后，可減少線路上傳輸的無功功率Q，若傳輸的有功功率不變，且線路的電阻和電抗是一個常數，所以，傳輸的無功功率Q越小，電壓損耗越小，從而提供了電壓質量。1.4無功補償一、無功補償基礎知識2022/12/221.4無功補償一、無功補償基礎知識2022/12/161(2)減少有功損耗把線路中的電流分成有功電流Ip和無功電流Iq，線路中的有功損耗：△P=R(P2+Q2)/U2P—有功功率，kWQ—無功功率，kvarU—線路末端額定電壓，kVR—線路電阻，ΩX—線路電抗，Ω1.4無功補償一、無功補償基礎知識2022/12/22(2)減少有功損耗1.4無功補償一、無功補償基62因此提高功率因數后，可減少線路上傳輸的無功功率Q，若傳輸的有功功率不變，且線路的電阻是一個常數，所以，傳輸的無功功率Q越小，有功損耗越小，從而節(jié)約了電能。1.4無功補償一、無功補償基礎知識2022/12/221.4無功補償一、無功補償基礎知識2022/12/163(3)提高變壓器的利用率功率因數有COSΦ1提高到COSΦ2，提高了變壓器的利用率為：△S%=(S1－S2)/S1*100%=(1－COSΦ1/COSΦ2)*100%因此補償后的變壓器利用率提高了△S%，可以帶更多的負荷，減少了變壓器的投資。1.4無功補償一、無功補償基礎知識2022/12/22(3)提高變壓器的利用率1.4無功補償一、無功64(4)、減少電費支出(1)、避免功率因數低于規(guī)定值而受罰；(2)、減少用戶配電網內的無功傳輸而造成的有功損耗；1.4無功補償一、無功補償基礎知識2022/12/22(4)、減少電費支出1.4無功補償一、無功補償基礎知651.4無功補償一、無功補償基礎知識2022/12/221.4無功補償一、無功補償基礎知識2022/12/166(5)提高電網輸電能力有功功率與視在功率的關系為：P=SCOSΦ可見，在電網傳輸一定有功功率的條件下，功率因數越高，需要電網傳輸的總功率越小。1.4無功補償一、無功補償基礎知識2022/12/22(5)提高電網輸電能力1.4無功補償一、無功補671.4.2無功補償的形式(1)、集中補償：在高中壓總變電所母線上安裝補償設備。(2)、分散補償：在車間、村鎮(zhèn)終端或下級變電所的母線上安裝補償設備。(3)、就地補償：在功率因數較低的設備附近安裝補償設備。1.4無功補償一、無功補償基礎知識2022/12/221.4.2無功補償的形式1.4無功補償一、無功681.4.3無功補償方式的選擇(1)集中補償與分散補償相結合，以分散補償為主。(2)調節(jié)補償與固定補償相結合，以固定補償為主。(3)高壓補償與低壓補償相結合，以低壓補償為主。隨著電力系統(tǒng)補償方式的發(fā)展，以上第2點已經慢慢被淘汰，將全部用動態(tài)補償來實現。1.4無功補償一、無功補償基礎知識2022/12/221.4.3無功補償方式的選擇1.4無功補償一、無功補償基礎知69電力系統(tǒng)中負載的綜合阻抗主要是呈感性，需要容性無功來補償感性無功。2.1無功補償原理二、無功補償的原理2022/12/22電力系統(tǒng)中負載的綜合阻抗主要是呈感性，需要容性無功來補償感性70U^I和I^U的含義；∠U^I=

Φ；∠I^U=

360-Φ；只要涉及向量或角度就會有基準量的選取。注意：角度為逆時針，相序為順時針；2.2電壓、電流、角度、有功、無功、功率因數之間的關系二、無功補償的原理2022/12/22U^I和I^U的含義；2.2電壓、電流、角度、有功、無功71電壓與電流夾角和功率三角形的關系；2.2電壓、電流、角度、有功、無功、功率因數之間的關系二、無功補償的原理2022/12/22電壓與電流夾角和功率三角形的關系；2.2電壓、電流、角72角度與功率因數、有功無功的關系；P=UIcosΦ；Q=UIsinΦ；2.2電壓、電流、角度、有功、無功、功率因數之間的關系二、無功補償的原理2022/12/22角度與功率因數、有功無功的關系；2.2電壓、電流、角度73電流互感器極性與角度、功率正負的關系；2.2電壓、電流、角度、有功、無功、功率因數之間的關系二、無功補償的原理2022/12/22電流互感器極性與角度、功率正負的關系；2.2電壓、電流、740°<Φ<90°,P>0,Q>0；從母線取有功和無功；90°<Φ<180°,P<0,Q>0；給母線送有功,從母線取無功；180°<Φ<270°,P<0,Q<0；給母線發(fā)有功和無功；270°<Φ<360°,P>0,Q<0；從母線取有功,給母線送無功Φ=0°時，負荷為純阻性負載，只消耗有功；Φ=90°時，負載為純感性負載，只消耗無功；Φ=180°時，負載為純阻性負載，只發(fā)出有功；Φ=270°時，負載為純容性負載，只發(fā)出有功；2.2電壓、電流、角度、有功、無功、功率因數之間的關系二、無功補償的原理2022/12/220°<Φ<90°,P>0,Q>0；從母線取有功和無功；2.275我廠功率因數調整的方法：1、通過投退無功補償設備進行功率因數的調節(jié)；2、通過發(fā)電機輸出的無功功率進行功率因數的調節(jié)。2.3功率因數的調節(jié)二、無功補償的原理2022/12/22我廠功率因數調整的方法：2.3功率因數的調節(jié)二、無功補76無功功率補償前后的功率三角形簡圖2.4無功補償容量的確定二、無功補償的原理2022/12/22無功功率補償前后的功率三角形簡圖2.4無功補償容量的確771、已知系統(tǒng)有功和功率因數，計算投入一定數量的補償設備后的功率因數已知：當前系統(tǒng)有功P，當前系統(tǒng)功率因數PF，投入補償設備容量Q1，計算補償后功率因數PF1.當前系統(tǒng)視在功率S=P/PF；當前系統(tǒng)無功Q=√(S2-P2)；PF1=P/√(P2+(Q-Q1)2)PF1=√(P2/(S2+Q12-2Q*Q1))2.4無功補償容量的確定二、無功補償的原理2022/12/221、已知系統(tǒng)有功和功率因數，計算投入一定數量的補償設備后的功782、已知系統(tǒng)有功和功率因數，計算達到目標功率因數需要投入多少補償容量已知：當前系統(tǒng)有功P，當前系統(tǒng)功率因數PF，目標功率因數PF1,計算需要投入多大容量的補償設備△Q.PF對應的角度和無功：Φ；Q=P*tanΦ；PF1對應的角度和無功：Φ1；Q1=P*tanΦ1；△Q=P(tanΦ-tanΦ1)2.4無功補償容量的確定二、無功補償的原理2022/12/222、已知系統(tǒng)有功和功率因數，計算達到目標功率因數需要投入多少79注意：當電容器的實際運行電壓與電容器的額定電壓不一致時，電容器的實際補償容量為：Q=(U1/Un)2×QnU1—電容器實際運行電壓；Un—電容器額定電壓；Qn—電容器額定容量；2.4無功補償容量的確定二、無功補償的原理2022/12/22注意：當電容器的實際運行電壓與電容器的額定電壓不一致時，電容80電力系統(tǒng)的電壓水平主要取決于無功功率的平衡。電力系統(tǒng)內無功功率分配的不合理，可能會造成一些節(jié)點的電壓過高或過低。當電壓偏離額定值過高，會損壞電氣設備的絕緣，危害設備安全運行，縮短設備壽命；而電壓過低，會加大電網中的功率損耗，影響電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。3.1無功功率的平衡三、無功和電壓的調整2022/12/22電力系統(tǒng)的電壓水平主要取決于無功功率的平衡。電力系統(tǒng)內無功功81電力系統(tǒng)中無功功率的電源主要有：發(fā)電機、同步調相機、并聯電容器、靜止補償器等。3.2.1、同步發(fā)電機

發(fā)電機是最基本的無功功率電源?？梢酝ㄟ^調節(jié)發(fā)電機的勵磁電流來改變發(fā)電機發(fā)出的無功功率。增加勵磁電流就可以增大無功功率的輸出，反之，就減少無功功率的輸出。3.2無功功率電源三、無功和電壓的調整2022/12/22電力系統(tǒng)中無功功率的電源主要有：發(fā)電機、同步調相機、并聯電容823.2.2同步調相機

同步調相機實際上是一個空載運行的同步電動機。在過勵磁運行時，它可以向系統(tǒng)提供感性無功功率而起到無功電源的作用，提高系統(tǒng)電壓。在欠勵磁運行時，它能從系統(tǒng)吸收感性無功功率而起到無功負荷的作用，降低系統(tǒng)電壓。

優(yōu)點：能根據裝設點的電壓水平來平滑的改變輸出或吸收的無功功率，進行電壓調節(jié)，特別是裝有強行勵磁裝置時，在系統(tǒng)故障情況下，還能調整系統(tǒng)的電壓，提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。3.2無功功率電源三、無功和電壓的調整2022/12/223.2.2同步調相機3.2無功功率電源三、無功和83缺點：同步調相機是旋轉設備，運行維護較為復雜，有功功率損耗大，在滿負荷運行時，有功損耗約為額定容量的1.5%-5%，同步調相機的沒單位容量投資較大，宜安裝在樞紐性質的變電站，以便平滑調節(jié)電壓和提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3.2.3靜止電容器

靜止電容器是目前最普遍的補償設備，電容器的單位容量投資較小且與總容量的大小無關，運行時功率損耗小，約為額定容量的0.3%-0.5%，運行維護方便。3.2無功功率電源三、無功和電壓的調整2022/12/22缺點：同步調相機是旋轉設備，運行維護較為復雜，有功84

3.2.4靜止補償器

靜止補償器是由靜止電容器與電抗器并聯組成的無功補償裝置，即后面說到的SVC

（StaticVarCompensator）裝置。此裝置能夠平滑的改變輸出或吸收的無功功率。調節(jié)性能較好，運行時損耗小，約為額定容量的1%，可靠性高，由于采用了可控硅，運行時會產生高次諧波。3.2無功功率電源三、無功和電壓的調整2022/12/223.2.4靜止補償器3.2無功功率電源三、85電力系統(tǒng)無功功率平衡的基本要求是：無功功率電源發(fā)出的無功功率應與系統(tǒng)的無功負荷及網絡中的而無功損耗相平衡。同時，為了保證可靠性，系統(tǒng)必須配置一定的無功功率備用容量，其備用容量一般應為最大無功功率負荷的7%-8%。

3.3無功功率平衡三、無功和電壓的調整2022/12/22電力系統(tǒng)無功功率平衡的基本要求是：無功功率電源發(fā)出的無86

3.4.1調壓的基本原理

充足的無功功率電源是保證電力系統(tǒng)有較好運行電壓水平的必要條件。要保證所有節(jié)點的電壓質量都符合要求，通常需要采用各種調壓措施。調壓的方式：逆調壓、順調壓、常調壓。調壓的措施：改變發(fā)電機端電壓、改變變壓器變比、增加補償設備、改變輸電線路參數(降低輸電線路的電抗)。3.4電壓的調整三、無功和電壓的調整2022/12/223.4.1調壓的基本原理3.4電壓的調整三、無87

3.4.2調壓的方式

3.4.2.1逆調壓

高峰負荷時升高電壓(取1.05Un)，低谷負荷時降低電壓(取Un)的電壓調節(jié)方式，稱為逆調壓。這種方式適用于中樞點供電線路較長、負荷變化范圍較大的場合。3.4.2.2順調壓高峰負荷時允許中樞點電壓略低(取1.025Un)，低谷負荷時允許中樞點電壓略高(取1.075Un)的調壓方式，稱為順調壓。適用于對電壓要求不高或供電線路不長、負荷變動不大的中樞點。3.4.2.2常調壓

在任何負荷下，都保持中樞點電壓為一基本不變的數值，取(1.02-1.05Un),這種調壓方式稱之為常調壓。3.4電壓的調整三、無功和電壓的調整2022/12/223.4.2調壓的方式3.4電壓的調整三、無功和88

3.4.3調壓的措施

3.4.3.1改變發(fā)電機端電壓調壓對不同類型的電網，發(fā)電機調壓所起的作用是不同的。對由發(fā)電機直接供電的小型電力系統(tǒng)，因供電線路不太長，網絡電壓損耗不大，這類系統(tǒng)可以通過發(fā)電機逆調壓方式，能夠滿足負荷點的電壓要求。對發(fā)電機經多級變壓器向負荷供電的大中型電力系統(tǒng)，由于供電范圍大，單靠改變發(fā)電機機端電壓不能滿足電網各節(jié)點對電壓的要求，只能解決近處地方負荷的電壓質量，并減輕遠處其他調壓設備的負擔。3.4電壓的調整三、無功和電壓的調整2022/12/223.4.3調壓的措施3.4電壓的調整三、無功和89

3.4.3調壓的措施

3.4.3.1改變發(fā)電機端電壓調壓對有若干發(fā)電廠并列運行的大型電力系統(tǒng)，利用發(fā)電機調壓不一定恰當。在提高發(fā)電機電壓時，發(fā)電機要多輸出無功功率，這要求發(fā)電機有充裕的無功儲備容量才能承擔調壓的任務。另外，在調整個別發(fā)電廠母線電壓時，會引起系統(tǒng)無功功率的重新分配，這有可能與系統(tǒng)無功功率的經濟分配相矛盾。所以，在大型電力系統(tǒng)中，發(fā)電機調壓一般作為一種輔助的調壓措施。

3.4壓的調整三、無功和電壓的調整2022/12/223.4.3調壓的措施3.4壓的調整三、無功和電903.4.3.2改變變壓器變比調壓改變變壓器的變比即可改變用戶處的電壓。這種調壓措施并不增加系統(tǒng)的無功功率。因此，如果系統(tǒng)無功功率不足時，不能單靠這種措施來提高整個系統(tǒng)的電壓水平。3.4電壓的調整三、無功和電壓的調整2022/12/223.4.3.2改變變壓器變比調壓3.4電壓的調整913.4.3.3補償無功功率調壓當電力系統(tǒng)的無功功率電源不足而造成電壓下降時，僅靠變壓器變比來進行調壓時并不能根本性的解決整個電力系統(tǒng)的電壓質量問題。這時必須考慮在電力系統(tǒng)中增加無功功率電源，以使電力系統(tǒng)能在較高的電壓水平下實現無功功率平衡。第11頁：△U=(IpR+IqX)=(PR+QX)/U3.4電壓的調整三、無功和電壓的調整2022/12/223.4.3.3補償無功功率調壓3.4電壓的調整三923.4.3.4改變電力線路參數調壓根據△U=(IpR+IqX)=(PR+QX)/U，減小線路的電阻R和電抗X，可以起到調壓的作用，一般來說電阻R不容易減小，要減小它只能增大導線的截面積，經濟性不好。在高壓電網中，一般X》R，PR/U在電壓損耗中所占比例較QX/U小，所以，通常采用減小電抗來降低電壓損耗。減小電抗的方法有：采用分裂導線，在電力線路中串聯