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交流電力系統中無功補償的作用
2015-10-22 08:49:39

        交流電力系統可以看成是有功電源負荷和無功電源負荷兩個并存且不可分割的電力系統。如果說交流系統運行的目的是傳輸和消費電能,那么無功系統運行就是為此目的而不可缺少的手段。使用無功系統不僅使交流電電壓維持穩定,確保電網供電系統工作的穩定性及可靠性,并降低電網在傳送電量過程中的能量損失。

        當前能夠對能源進行有效利用并便于傳輸的供電系統基本上都是交流電形式,即其電壓和電流變化在時間軸上的變化規律是按照正弦周期性變化。

        電流及電壓值隨時間軸按正弦方式作周期變化的交流電力系統,是當今有效利用能源、方便傳輸能量、靈活使用能量的有利工具。相比于直流供電形式,交流系統電源主要以兩種方式向負載供應電功率:有功功率及無功功率,有功功率即實現將電能轉為其他用途的功率(如光能、機械能等),而無功功率則主要在電網線路內部用于電、磁場之間的轉化,以及在一些特殊電器件中形成并保持磁場。在正常情況下電力系統中的無功功率是由異步電動機、電力變壓器,電弧爐和線路無功損耗以及串并聯電抗器等無功負荷產生的,其中電機、變壓器在電網中所占的無功功率比例是最高的,有些甚至占全廠負荷載重的80%之上。若此時電網供給的無功功率不能滿足其負載需求,則無功電源及其負載保持低電壓平衡。由于電力系統運行電壓水平低,會給電力系統帶來一系列危害,表現在以下四個方面:

1、設備出力不足

         線路及變壓器裝置允許的通過容量減少,由于并聯電容器與之電壓有平方關系,故其也減少出力,進而造成無功功率更少,導致發電機出力不足,電壓降低幅度在10%到15%,有功、無功功率出力降低約為10%到15%。

2、設備損壞

        由于電壓低,用戶電動機出力降低。如果電壓降低20%,電動機轉矩減少36%,電流增加約為20~25%,設備溫度升高12~15%。若電壓降低,則無法帶動電機軸正常運轉,造成其堵轉,繞組形成過電流,因發熱過多而燒壞設備。

3、電力系統損耗增加

        線路、變壓器有功損耗和無功損耗增加。如果線路電壓平均降低15%,線路損耗增加大約32%。

4、電力系統穩定度降低

        若電網系統的無功功率不足時,則發電機無功出力將被迫增大,同時受端系統的電壓值降低。若送電線路突發故障時,電源供給的無功功率更小,則受端系統的電壓降低幅度更大,若電壓降到低于額定值的70%或更多,則可能會造成電壓崩潰,進而造成斷電。

        由于無功不足帶來的危害極大,需要用無功補償設備補償系統中無功功率的不足,以維持整個系統的無功平衡和穩定。電容器、調相機和靜止無功補償器是無功補償的主要設備,而其中的電容器具有小成本投入、有功功耗低且運維管理便利等特點,因而常使用并聯形式的電容器用于電網運行系統中的無功功率補償器件。當其連接到電網線路時,需注意以下要求:

(1)、為降低因無功功率在傳輸中造成的電網有功功率的損耗,原則上應對無功功率進行就地平衡補償,即低電壓區的無功功率使用低壓電容器件進行補償,高電壓區進行高壓補償;另外,在正常環境下的電廠中,低壓電容器應盡量以分散形式補償;針對容量大、負荷穩定且頻繁工作的用電設備的無功功率補償,應單獨就地進行。

(2)、若使用的電容器容量值較大,則應按照其工作電壓變化情況、負荷跳動、設備本身的技術條件、電網處的背景諧波含量等因素進行分組,且分組后的電容器裝置在各組中工作時,不能出現諧振情況。

(3)、為了抑制諧波和抑制涌流,電容器組宜串聯適當參數的電抗器。僅用于抑制涌流時,電抗率宜取0.1%~1.0%。在對諧波進行抑制時,電抗率的選定需以并聯電容器件接到電網處的背景諧波含量為參考依據。

(4)、為更好地對無功功率進行補償,并減少功耗,應避免用戶向電網傳輸無功功率;在高壓區無高壓負載時,不應在高壓區安裝并聯電容器。

         綜上所述,在供配電電網中進行無功補償和無功平衡,是保障電網中電壓穩定及滿足用戶對用電質量需求的必要方法,同時對降低電能的損耗,提高電網在供電上的有效利用率方面也極具重要意義。


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