配電網(wǎng)無功補(bǔ)償裝置重要性及可靠性技術(shù)研討

配電網(wǎng)無功補(bǔ)償裝置重要性及可靠性技術(shù)研討簡(jiǎn)述:本次技術(shù)交流主要針對(duì)的是電力系統(tǒng)的配電環(huán)節(jié)---并聯(lián)補(bǔ)償和電能質(zhì)量中諧波問題。電力系統(tǒng)構(gòu)成：用電配電輸電發(fā)電涉及問題1、配電系統(tǒng)的并聯(lián)補(bǔ)償（√）2、配電系統(tǒng)電能質(zhì)量1、諧波（√）2、電壓波動(dòng)和閃變3、電壓的暫降和短時(shí)中斷一、無功補(bǔ)償?shù)钠惹行院妥饔芒拍壳拔覈?guó)電力供應(yīng)緊張?jiān)蛞唬褐袊?guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人民群眾日益改善的生活對(duì)電力需求的增加（電力紅色警報(bào)、拉閘限電）原因二：結(jié)構(gòu)性矛盾----以火電為主的現(xiàn)實(shí)

---煤炭、石油、天然氣的儲(chǔ)量匱乏，不可再生

---風(fēng)電、核電、生物能發(fā)電、太陽能發(fā)電、潮汐發(fā)電目前難成上規(guī)模，有些還處于試驗(yàn)階段。原因三：能源的利用率和損耗嚴(yán)重---據(jù)統(tǒng)計(jì)：目前我國(guó)能源利用效率為30％左右，比發(fā)達(dá)國(guó)家低近10個(gè)百分點(diǎn)。其中我國(guó)火電廠單位煤耗為每千瓦時(shí)404克標(biāo)準(zhǔn)煤，國(guó)際先進(jìn)水平為317克標(biāo)準(zhǔn)煤，高出27.4％。---據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)2004年全國(guó)綜合輸、變、配電網(wǎng)以及終端用電設(shè)備的損耗每年近2000億kWh。全國(guó)一年損耗的電能相當(dāng)于2.3個(gè)三峽電站的年發(fā)電量。（三峽電站26臺(tái)70萬kW發(fā)電機(jī)組全部運(yùn)行時(shí)，年均發(fā)電量才850億kWh）---這個(gè)數(shù)字出自重慶大學(xué)電力經(jīng)濟(jì)專家任玉瓏教授組織的一個(gè)專題研究)⑵怎么辦？“低碳經(jīng)濟(jì)”—提高能源利用率國(guó)家進(jìn)行經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整，關(guān)停一批“高能耗、高污染”的企業(yè)，提倡“低碳經(jīng)濟(jì)”，都是圍繞提高能源利用率和節(jié)能做文章。電力企業(yè)—設(shè)備升級(jí)、加強(qiáng)管理、技術(shù)創(chuàng)新“特高壓電網(wǎng)”--提高輸送能力，降低損耗。

重視無功補(bǔ)償—同樣可以提高輸送能力，降低損耗

--投資不高

--技術(shù)難度不大

--還能改善電壓質(zhì)量(3)無功補(bǔ)償作用？功率因數(shù)(cosφ)

0.500.600.700.800.901.00有功電流（A）111111無功電流（A)1.731.381.020.750.480不同功率因數(shù)輸送有功電流為1安培時(shí)無功電流的大小◆補(bǔ)償無功功率，提高功率因數(shù)◆增加電網(wǎng)的傳輸能力，提高設(shè)備的利用率。

cosφ10.700.700.700.700.700.700.70cosφ20.900.920.950.970.980.991.00△P%28.6%31.4%35.7%38.5%40%41.4%42.9%在視在功率S不變的情況下，提高功率因數(shù)后線路傳輸功率能力將有所增加?！艚档途€損和變壓器的有功損失。

安裝無功補(bǔ)償后線路電流會(huì)下降，線損降低，變壓器的有功損失也會(huì)降低。cosφ10.700.700.700.700.700.70cosφ20.900.950.970.980.991.00線損降低率39.5%45.7%47.9%48.9%50%51%變壓器銅損降低率39.5%45.7%47.9%48.9%50%51%◆減少設(shè)備容量在保證輸送有功功率P一定的情況下，提高功率因數(shù)可以降低設(shè)備的容量S（視在功率）◆改善電壓質(zhì)量◆提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性

●電網(wǎng)中任何情況下都要求無功電源要大于無功負(fù)荷，要有貯備。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行資料，無功功率的貯備容量必須達(dá)到最大無功負(fù)荷的7～8％以上。

●無功功率不僅要作全網(wǎng)平衡，而且要作各個(gè)地區(qū)平衡。不僅全網(wǎng)平衡中要有貯備容量，而且各個(gè)地區(qū)都要有貯備容量，才能保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。無功補(bǔ)償設(shè)備的實(shí)質(zhì)---無功電源二、無功補(bǔ)償相關(guān)技術(shù)內(nèi)容無功補(bǔ)償原理？□調(diào)相機(jī)：噪音和損耗大，逐漸淘汰。

□SVC：速度快、精度高。損耗高、投資大。用在無功負(fù)荷變化劇烈的場(chǎng)合。

□STATCOM：速度快、精度高，投資大?？煽啃杂写龣z驗(yàn)，屬于剛剛起步階段。

□調(diào)壓調(diào)容式：損耗高，投資大?？煽啃圆?。

□分組電容器：簡(jiǎn)單易行、性價(jià)比高。分組電容器方式是目前配電網(wǎng)變電站無功補(bǔ)償主要方式自動(dòng)補(bǔ)償主要方式？

分組原則：（1）分組投切時(shí)電壓波動(dòng)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

（2）應(yīng)能適應(yīng)負(fù)荷變。

（3）防止發(fā)生諧振和電網(wǎng)諧波的嚴(yán)重放大。

（4）經(jīng)濟(jì)性原則。分組方式：（1）等容分組----循環(huán)投切，均衡使用，動(dòng)作頻度低。（2）不等容分組--組合投切，不能均衡使用，動(dòng)作頻度高，控

制有”死區(qū)“

同樣條件下，不等容分組裝置的故障率遠(yuǎn)高于等容分組裝置。分組原則和方式？以濟(jì)南地區(qū)章丘市龍山110kV變電站為例單組電容器時(shí)以濟(jì)南地區(qū)章丘市龍山110kV變電站為例兩組電容器時(shí)以濟(jì)南地區(qū)章丘市龍山110kV變電站為例三組電容器時(shí)以濟(jì)南地區(qū)章丘市龍山110kV變電站為例

五組電容器時(shí)系統(tǒng)接線方式？①直接連接變電站10kV母線方式特點(diǎn)：需要多個(gè)操作間隔；造價(jià)高；占地面積大。②專用補(bǔ)償母線連接方式特點(diǎn)：總回路用斷路器,分組回路可用其它開關(guān)設(shè)備；設(shè)備造價(jià)低；占地面積小。故障保護(hù)由分組開關(guān)完成、事故保護(hù)由總開關(guān)完成。雙星形單星形不平衡電壓（電壓＜35kV,容量≤1000kvar)

差電壓（35kV≤電壓≤66kV,容量≥10000kvar)

橋差電流（35kV≤電壓≤110kV,容量≥幾十Mvar)中性點(diǎn)不平衡電流（電壓＜35kV,容量＞1000kvar)電容器組接線方式？特大容量電容器裝置保護(hù)（雙橋差或多橋差保護(hù)方式）三、無功補(bǔ)償可靠性技術(shù)分析投切開關(guān)？?電容器投切開關(guān)是補(bǔ)償裝置可靠性和安全性的源頭

①頻繁動(dòng)作每天可能要開合幾次甚至十幾次。（普通斷路器難以做到不出故障）。

②合閘涌流（合閘涌流對(duì)開關(guān)觸頭造成嚴(yán)重?zé)龘p）。單組電容器合閘涌流約為額定電流的5～15倍，多組級(jí)投入追加合閘涌

流約為額定電流的25倍～250倍，即使裝有串聯(lián)電抗器合閘涌流仍在數(shù)倍以上。

③開關(guān)重燃是影響電容器安全的最大隱患切電容器開關(guān)重燃造成電容器(倍增)過電壓（分閘彈跳,易引發(fā)重燃）。④對(duì)電容器分組投切開關(guān)的技術(shù)要求

①適于頻繁動(dòng)作。

②承受涌流沖擊。（合閘彈跳小，有足夠的觸頭壓力）。

③無重燃。（觸頭開距足夠大，分閘無彈跳）。

普通斷路器不適于頻繁動(dòng)作。接觸器雖然適于頻繁動(dòng)作，但是觸頭壓力太小，觸頭間隙小，分、合閘彈跳嚴(yán)重。應(yīng)選用適合頻繁動(dòng)作、重燃幾率小的斷路器或電容器投切專用開關(guān)。11/√3kV電容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)熔絲電容器無熔絲電容器保護(hù)技術(shù)？11/√3kV無內(nèi)熔絲電容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)11/√3kV無內(nèi)熔絲電容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)無內(nèi)熔絲電容器故障分析（以10kV電容器組為例）內(nèi)部故障時(shí),某一串段中的一個(gè)元件發(fā)生擊穿損壞,該串段被短路。剩下的串段元件運(yùn)行電壓升高,電流變化不大,外熔斷器不斷.電容器可能伴有鼓肚。剩下串段的元件又有擊穿,又有串段被短路.剩下串段的元件又有擊穿，電容器可能立刻著火爆炸。繼續(xù)運(yùn)行繼續(xù)運(yùn)行剩下的串段元件運(yùn)行電壓又升高,熔斷器可能還不斷,電容器出現(xiàn)鼓肚或鼓裂漏油,有可能發(fā)生著火甚至爆炸。發(fā)生現(xiàn)象發(fā)生現(xiàn)象有內(nèi)熔絲電容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)（以10kV電容器組為例）11/√3kVY有內(nèi)熔絲電容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)為16（m）并，4(n)串．額定電容量(Cn)：26.5uF。元件的額定電容量（Cen）為：6.625uF。序號(hào)項(xiàng)目帶內(nèi)熔絲不帶內(nèi)熔絲1容量變化變小，26.066uF變大，35.33uF2容量的變化率-1.6%，+33.3%

3電流變化-1.6%+33.3%4故障點(diǎn)隔離，其余不受影響流過+133.3%的額定電流，21倍的元件電流。5電壓分布變化（不考慮中性點(diǎn)電位升高）故障段的電壓升高約為：1.049倍完好段的電壓升高為：1.33倍。以BAM11/√3-334-1W單臺(tái)有內(nèi)熔絲電容器為例：內(nèi)部故障時(shí),某一串段中的一個(gè)元件發(fā)生擊穿,其它元件放電使熔絲熔斷，切除該元件。該串段容量減小，運(yùn)行電壓升高,電流變化不大。該串段的元件又有擊穿,熔絲熔斷，又有元件被切除.重復(fù)上述過程繼續(xù)運(yùn)行繼續(xù)運(yùn)行該串段容量又減小，運(yùn)行電壓又升高,電流變化不大。發(fā)生現(xiàn)象發(fā)生現(xiàn)象該串段的元件又有擊穿,剩余元件放電不能熔斷熔絲,電源電流使熔絲熔斷,電容器可能立刻著火爆炸。繼續(xù)運(yùn)行該串段容量又減小，運(yùn)行電壓又升高,電流變化不大。發(fā)生現(xiàn)象有內(nèi)熔絲電容器故障分析（以10kV電容器組為例）☆一組電容器爆炸起火,是一只電容器起火引起?！钜恢浑娙萜鞯谋ㄆ鸹鹗莾?nèi)部幾個(gè)元件有被擊穿損壞引起?！钜粋€(gè)元件擊穿損壞不能被發(fā)現(xiàn)繼續(xù)運(yùn)行，造成幾個(gè)單元元件被擊穿損壞?！罟收习l(fā)展到起火爆炸的惡性事故，故障過程電流的變化依然不大。事實(shí)上，在多數(shù)情況下，事故是有可能避免的，由于保護(hù)配置上的問題，主要是電容器內(nèi)部故障保護(hù)的配置不當(dāng)，電容器有了故障而不能及時(shí)被檢出并迅速隔離，才使故障繼續(xù)發(fā)展、擴(kuò)大，最終造成嚴(yán)重后果。電容器故障發(fā)展到事故的過程■單臺(tái)電容器故障保護(hù)的方式：（1）內(nèi)熔絲+微機(jī)保護(hù)（內(nèi)熔絲受容量限制，8≤內(nèi)部元件并聯(lián)個(gè)數(shù)≤24）（2）外熔斷器+微機(jī)保護(hù)（微機(jī)保護(hù)作為主保護(hù)，外熔斷器最為后備保護(hù)）

外熔斷器不能作為主保護(hù)的原因：★額定電流50A以下，有成熟的系列產(chǎn)品，50A以上尚不能全部通過試驗(yàn)（10kV電容器，200kvar以下）★參數(shù)離散性較大,靈敏度較低，熔斷時(shí)間偏差過大，是運(yùn)行中引起誤動(dòng)

作、群爆的主要原因之一?！铿F(xiàn)行的熔斷器保護(hù)配置原則存有不足之處，主要是并聯(lián)臺(tái)數(shù)較少時(shí)，保護(hù)動(dòng)作的配合不理想。注意:電容器早期故障的發(fā)現(xiàn)，用常規(guī)的電流保護(hù)不容易解決，特別象熔斷器保護(hù)方式，因其參數(shù)離散性較大、靈敏度較低，不宜作為電容器的故障保護(hù)，只能作為事故保護(hù)。關(guān)鍵：當(dāng)電容器內(nèi)部一個(gè)串段擊穿后的隔離技術(shù)，必須做到“早發(fā)現(xiàn)，早隔離”。電磁兼容？■電磁兼容的定義為：“設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中的任何事物構(gòu)成不能承受的電磁干擾的能力”?！鰞蓪右馑迹海?）是設(shè)備或系統(tǒng)要有一定的抗干擾能力，使其在電磁環(huán)境中能正常工作；（2）是設(shè)備或系統(tǒng)在工作時(shí)自身所產(chǎn)生的電磁騷擾應(yīng)當(dāng)抑制在一定的指標(biāo)下，不能對(duì)同處一個(gè)電磁環(huán)境中的任何事物構(gòu)成不能承受的電磁干擾。

■補(bǔ)償裝置的電磁干擾源■結(jié)論：⑴安裝在戶內(nèi)的補(bǔ)償裝置中的電抗器，最好采用鐵芯結(jié)構(gòu)，將其裝在柜中，這樣它的電磁兼容性較好。⑵如要采用空芯電抗器，應(yīng)盡可能地遠(yuǎn)離計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。條件允許最好將三個(gè)電抗器安裝成“品”或“一”字形結(jié)構(gòu)。⑶如空芯電抗器要采用疊放安裝，宜采用餅式電抗器來減少電抗器的高度。。

四、諧波相關(guān)知識(shí)介紹■何謂電力諧波？在一些現(xiàn)代工業(yè)或商業(yè)的動(dòng)力系統(tǒng)中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些原因莫明的故障或事故。例如，在額定負(fù)荷范圍內(nèi)，有些變壓器或電纜會(huì)出現(xiàn)異常溫升、有些出現(xiàn)補(bǔ)償電容器或熔斷器發(fā)熱燒毀、一些測(cè)控元件或控制保護(hù)設(shè)備產(chǎn)生異常誤差或誤動(dòng)，負(fù)荷開關(guān)動(dòng)作失控、生產(chǎn)工藝或產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等問題。而且，事件后的調(diào)查往往會(huì)發(fā)現(xiàn)上述出問題的各類設(shè)備在事前的性能和狀態(tài)都是正常的。那么，引起這些故障或事故的原因是什么呢？如果這些故障或事故只是偶然出現(xiàn)一次，那其起因有很多種可能；但如果在相同條件狀態(tài)下多次或經(jīng)常出現(xiàn)同類問題，那我們應(yīng)該有所警覺：最可能的起因只有一個(gè)——電力諧波及其影響。在理想的情況下，電源提供的電壓和電流具有標(biāo)準(zhǔn)50Hz頻率的正弦波形。但在實(shí)際中供電電壓和電流的波形會(huì)由于某些原因產(chǎn)生畸變，即疊加了諧波成份。電力諧波是指一些頻率為基波頻率(50Hz)整數(shù)倍的正弦波分量，又稱為高次諧波。

諧波波形實(shí)例Sin(ωt)的波形Sin(ωt)+0.25Sin(5ωt)的波形Sin(ωt)+0.25Sin(5ωt)+0.15Sin(7ωt)的波形Sin(ωt)+0.25Sin(5ωt)+0.15Sin(7ωt)+0.1Sin(11ωt）的波形■電力諧波的產(chǎn)生☆根本阻抗特性的用電設(shè)備(又稱為非線性負(fù)荷)用電的結(jié)果。下列用電設(shè)備類別屬主要非線性負(fù)荷：

●含鐵磁元件類設(shè)備：如熒光燈鎮(zhèn)流器集群。●整流換流類設(shè)備：各種電力變流設(shè)備(整流器、逆變器、變頻器)、相控調(diào)速和調(diào)壓裝置，大容量的電力晶閘管可控開關(guān)設(shè)備等?！袢蓟☆愒O(shè)備：氣體放電燈、交流弧焊裝置或交流電弧爐等。■電力諧波的危害

☆供用電系統(tǒng)中的諧波危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

●供用電設(shè)備在高頻分量作用下，集膚效應(yīng)增大、渦流、磁滯等影響增加，引起異常過熱，損耗增加。

●由于諧波頻率的疊加影響導(dǎo)致頻率不穩(wěn)，使旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，附加損耗增加，供用電設(shè)備機(jī)械振動(dòng)加大，甚至發(fā)生機(jī)械諧振。

●諧波成份使電流和電壓波形產(chǎn)生畸變，波峰的畸變會(huì)使對(duì)峰值敏感的設(shè)備或元件受影響(如過電壓引起擊穿或過電流引起誤動(dòng))，而波形過零點(diǎn)的畸變直接對(duì)測(cè)控元件或設(shè)備產(chǎn)生干擾和誤動(dòng)。■電力諧波的危害☆以下為易受諧波影響的主要設(shè)備：

◆變壓器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)：鐵芯磁感應(yīng)環(huán)流增加，大大加大電氣設(shè)備發(fā)熱損耗，增加功耗；加速絕緣老化，影響設(shè)備壽命；

◆電線電纜：集膚效應(yīng)增大，發(fā)熱損耗增加；加速絕緣老化，影響壽命；

◆電力電容器組：諧波電壓會(huì)加速電容器的老化，使電容器的損耗系數(shù)增大、附加損耗增加，從而容易發(fā)生故障和縮短電容器的壽命。另一方面，電容器的電容與電網(wǎng)的感抗組成的諧振回路的諧振頻率等于或接近于某次諧波分量的頻率時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生諧波電流放大，使得電容器及熔斷器因過熱、過電壓等而不能正常運(yùn)行甚至燒毀；

◆供用電設(shè)備：旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，供用電設(shè)備機(jī)械振動(dòng)加大，甚至發(fā)生機(jī)械諧振。

◆

測(cè)控元件或設(shè)備：受諧波干擾而出錯(cuò)或誤動(dòng)。如負(fù)荷開關(guān)誤跳、生產(chǎn)測(cè)控設(shè)備失控或不穩(wěn)定。■電力諧波的治理諧波抑制措施包括：1.設(shè)備改造：也就是在諧波源上采取措施，最大限度地避免諧波的產(chǎn)生，例如增加整流換流裝置相數(shù)。這種方法比較積極，能夠提高電網(wǎng)質(zhì)量，可大大節(jié)省因消除諧波影響而支出的費(fèi)用。

具體方法有：

①增加整流器的脈動(dòng)數(shù)

整流器是電網(wǎng)中的主要諧波源，其特征頻譜為：n＝Kp±1，則可知脈沖數(shù)p增加，n也相應(yīng)增大，而In≈I1／n，故諧波電流將減少。因此，增加整流脈動(dòng)數(shù)，可平滑波形，減少諧波。如：整流相數(shù)為6相時(shí)，5次諧波電流為基波電流的18．5％，7次諧波電流為基波電流的12％，如果將整流相數(shù)增加到12相，則5次諧波電流可下降到基波電流的4．5％，7次諧波電流下降到基波電流的3％。

②脈寬調(diào)制法

采用PWM，在所需的頻率周期內(nèi)，將直流電壓調(diào)制成等幅不等寬的系列交流輸出電壓脈沖可以達(dá)到抑制諧波的目的。

③三相整流變壓器采用Y－d（Y／Δ）或D、Y（Δ／Y）的接線

這種接線可消除3的倍數(shù)次的高次諧波，這是抑制高次諧波的最基本的方法。

2、在諧波源處吸收諧波電流

這類方法是對(duì)已有的諧波進(jìn)行有效抑制的方法，這是目前電力系統(tǒng)使用最廣泛的抑制諧波方法。

主要方法有以下幾種：

①無源濾波器

無源濾波器安裝在電力電子設(shè)備的交流側(cè)，由L、C、R元件構(gòu)成諧振回路，當(dāng)LC回路的諧振頻率和某一高次諧波電流頻率相同時(shí)，即可阻止該次諧波流入電網(wǎng)。優(yōu)點(diǎn)：由于具有投資少、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，無源濾波是目前采用的抑制諧波及無功補(bǔ)償?shù)闹饕侄?。缺點(diǎn)：但無源濾波器存在著許多缺點(diǎn)，如濾波易受系統(tǒng)參數(shù)的影響；對(duì)某些次諧波有放大的可能；耗費(fèi)多、體積大等。因而隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，人們將濾波研究方向逐步轉(zhuǎn)向有源濾波器（APF）。②有源濾波器（APF）早在70年代初期，日本學(xué)者就提出了有源濾波器APF（ActivePowerFilter）的概念，即利用可控的功率半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償諧