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浅谈电力工程背景下配电网无功功率补偿的应用

对无功功率损失进行了分析,并提出其对电网的影响与改善原理,进而介绍了无功补偿的基本方法与应用装置。


  1 无功功率的性质分析


  无功功率在一定的时间内会从电气设备上获得能量,也会在某个时间内将电气舍不得电磁能量以感应电流的方式补偿给电源,如果在理想状态下,无功功率是不会消失的,而是在电源与电气设备之间进行电磁转换。交流电的大小和指向是较为复杂的,因此在交流电路中会出现电磁场的复杂变换,从而在存在线圈的元件两端产生电动势,这就导致了电感参数的变化。变化的电磁场在电路中会引起电荷的移动,也会导致电容参数的改变。所以无功功率有感性与容性的区别。如电动机的消耗即为感性,而电容器则是容性。在电网中因为存在大量的电感元件,因此需要消耗的无功功率也就随着增加,因此需要在电力工程中充分考虑对无功功率的补充。


  2 电力工程中无功功率的影响和无功补偿


  2.1 无功功率的影响


  如前分析,电磁线圈的电气设备必须在工作中附加电气元件削弱其产生的无功功率。如电动机的转子磁场需要电源取得的无功功率来建立,变压器也会消耗无功,才能让一次绕组工作并产生感应电压,因此无功功率在电力工程中会产生以下影响:因为传输中的无功功率的影响会导致有用功功率出现消耗,如客户需要的有功功率一定时如果电网的无功功率增加则电网的损耗也就会增加;无功功率对电压也会造成损耗增加;无功功率会导致变电设备的供电能力下降;会造成发电机的有功功率下降;造成功率因数降低,而影响电网的运行环境,使得电气设备不能发挥作用。基于以上的影响,不论是从节电层面还是供电质量上都应当对电力工程中存在的无功功率进行补偿,以此改变运行中的功率因数,从而提高电力供应的能力与经济性。


  2.2 无功功率补偿


  无功补偿就是在电网的感性负荷中设置相应的电容设备,以此补偿电感性负荷引起的无功功率,从而降低无功功率在电网中出现的数量,改变功率因数而提高供电质量。在交流电路中,单纯的电阻元件负载电流与电压的相位应是一致的,纯电感负载电流滞后电压为90 °,也就是纯电容中电流与纯电感中的电流相位差180 °,可以实现抵销,即电源向外部供电,感性负载向外释放的能量在两种负荷间相互变换,感性负荷所需要的无功功率就可以在容性负荷产生的无功功率上获得补偿,这就实现了补偿的目标。


  3 电力工程背景下的无功补偿与装置


  3.1 无功功率补偿的形式


  通常在电力工程中配电网络的无功补偿有以下几种措施,即电站补偿、低压补偿、杆塔补偿、用户补偿等,具体的方式为:(1)变电站补偿方式:对无功功率进行平衡需要在变电站进行集中控制与补偿,这样的补偿目的就是从源头改变电网配电的功率因素,最终达到提高终端变电所电压的效果,对主变压器无功损耗进行补充。这些补偿设备通常连接在变单站的母线上,从工程角度看管理与维护都较为方便,但是对于配电网的损耗降低意义不大。(2)低压补偿方式:在我国采用较多的就是低压补偿,即在变压器的低压侧进行补偿。补偿的设备主要根据用户的情况进行选择,投入与数量相对应的电容器即可完成跟踪补偿。主要的目的就是提高网络中变压器用户的功率因数,以此达到补偿的效果。低压补偿可以对电网和变压器的损耗进行补充,同时也可保证用电客户的电压水平。此类补偿设备一般是以功率因数或者无功功率为基础的电容器投切系统,其补偿的原则就是保证用户的用电质量。但是在应用中无功功率投切的量有可能会与实际需要相差较大,这样就会导致无功功率补偿不足或者过大的情况,对电力系统的运行也有一定的负面影响。(3)杆塔补偿方式:配电网络分布广阔,多数的公用变压器并没有低压补偿,使得无功功率补偿受到了一定的限制,所以产生的无功功率的缺口还需要在发电厂或者变电站进行补充,大量的无功功率会沿着线缆进行流动,从而影响了最终的配电效率。这样就需要在杆塔上进行无功功率补偿,如在10 kV用户外并联电容器置于杆塔上进行无功补偿,从而改善电网的功率因数,使之达到降低电压损耗的效果。但是因为在杆塔上设置电容器距离变压器的距离较大,使得系统的保护措施不易实施,因此提高了对其进行远程控制的成本,保养与维护的工作量也随之增加,工程中施工的环境也受到限制。最后在轻载的情况下运行还应防止配电线路上的过电压与过补偿的情况出现。所以杆塔上的补偿点应因网络而异不易过多,且不设置分组投切来控制其容量。(4)在终端进行补偿的方式:之所以采用终端补偿就因为成真的范围扩大,而低压用户不断增加,企业和工厂对于无功功率的需求量较大,因此直接对终端进行补偿也成为了无功功率补偿的一种方式。这样可以在最为需要的地方进行补偿从而提高电网的运行损耗,同时也保证了电压水平。终端补偿的缺点就是过于分散,管理不易实现集中,且负荷的波动会导致大量的电容器在轻载是闲置,而降低了设备利用效率。


  3.2 功率补偿采用的设备


  无功功率补偿的装置应根据网络的性质与电压情况进行合理选择,对于各类无功功率补偿装置和计算应进行综合考虑并采用。配电网络中常见的补偿装置有以下几种。(1)高压装置:在高压配电网络中此类装置被广泛应用,其以高压并联电容器最为主要的补偿装置。在应用中被安装在主变压器的一侧,作为对主变无功损耗的降低措施,同时改善功率因数,对变电站出站端的电压有较强的改善作用,从而发挥供电设备应有的效率。(2)中压装置:在中压补偿装置中,我国使用较为广泛的是干式自愈型并联电容器,利用其对中压网络进行无功功率补偿。此类设备的电容元件利用金属薄膜卷制,卷绕后在顶端进行喷漆,同时利用导线焊接并引出,其元件的外部则利用树脂进行封灌,以此保证其隔绝空气。(3)低压装置:低压补偿装置是无功功率补偿中应用较为广泛的一种,应用中将其安装在配电变压器的低压侧,也可在电动机的附近安装,并与之进行同步运行来进行补偿,同时也可在工厂配电房或者楼宇的配电房内进行无功补偿。


  4 结语


  综合的看,无功功率补偿是电力工程中不可或缺的运行技术之一,其控制的电网内的无功功率损耗,并以此提高功率因素的稳定性,保证电网运行与用电设备的安全与经济性。


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