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电力系统两种无功补偿方式的比较研究

  随着我国经济的快速发展,在生活生产中对电力的需求也越越来越大,而日益提高的人民生活水平也对电力供应的可靠性、安全性以及供电质量有了更高的要求。供电压力的不断增加,影响了无功功率的分布,导致电力系统不能正常工作。因此合理的对电网进行无功功率的补偿可以有效地维持供电电网的健康运行,也能大大保证电网运行的安全、高质,确保了国民经济的发展和人民群众的正常生活。本文介绍了无功功率对电网电压的影响,并对实际应用中的两种常用的无功补偿方式进行了说明和比较。


  电动机的运转要建立并维持旋转的磁场来使转子产生转动从而带动设备的运行,而电动机转子建立的磁场靠的就是来自电源中的无功功率。而变压器的运行也需要无功功率使线圈产生磁场来感应出电压。当电网中无功功率的供应不足时,用电设备就不能正常地建立电磁场,影响整个电力供应系统的运行。地理系统中无功功率的分布是否合理,既决定了电力系统为电力用户供电质量的优劣,也对电网系统自身的运转的安全性以及经济性有着很大影响。


  1电力系统无功功率对电压产生的影响


  电网中无功功率的高低对电网电压的质量有极大的影响,维持着电网电压的水平,而电压水平的高低又影响着电网运行以及电力用户的正常用电。无功电源的容量不足时,电力系统中的电压就不能正常保证,而电网中无功功率的因数以及电压的改变会导致电气设备无法合理利用,引起不必要的功能损耗。而无功功率产生的电压变化对供电和用电系统的具体影响主要是:


  1.1电压高低对电网系统的巨大影响。


  (1)电压过高:加快了变压器中铁芯的损耗速度,导致变压器内温度过高从而减少其使用寿命。电压过高还会直接地影响高压输电设施的绝缘性和寿命。(2)电压过低:导致了电厂中使用的电力设备的转速下降,影响正常的发电量;同时加大了电网的功率以及能量的的损耗。当无功功率极其不足时,电力系统会出现崩溃的现象。


  1.2对电力用户的巨大影响。


  (1)电压过高:对电器设施的绝缘性造成损坏,缩减变压器、照明等设备的使用寿命。(2)电压过低:影响工厂用电设备的生产能力,降低电炉的功率,照明设备的发光度下降。(3)电压闪变:电网中的冲击性负荷导致电压突然地下降或上升,对电力用户的使用和安全都带来了危险。


  因此,合理地对无功功率进行补偿,可以有效地保证电网系统中电压的水平,稳定电力系统的运行,防止不相干的远距传输以降低电网的损耗,减少发电成本。对于解决中低电网中长期无功功率不足,具有低投入高回报的优点。


  2电力系统无功功率主要补偿方式的说明与比较


  要想维持电力系统中电压的稳定,就要保证电力系统中无功功率能够保持平衡。也就是系统中无功电源能发出的功率要大于等于电网正常负荷需要的无功功率以及电网中无功损耗的量。


  电力系统中的无功功率平衡关系是:Qge-Qt-Qfe=Qb,关系式中,Qge表示电源所发出的所有无功功率的和;Qt整个表示电网中无功功率损耗的和;Qfe表示无功负荷的和;而Qb则表示电力系统中可以提供的备用的无功功率。当Qb大于0时,说明系统中可用的无功功率达到了平衡且保存有适当的备用。当它小于0时,说明电力系统中的无功功率不足以维持系统运行。这时,要想保证电力系统的运行电压达到正常水平,就要考虑对电网增加无功功率的补偿装置,这包括了全部发电机所发出的无功功率以及各种无功功率补偿设备所提供的无功功率。而常用的无功功率补偿方式主要有变电站的集中补偿、杆上无功补偿、用户端无功补偿以及低压集中无功补偿等,而我们要着重探讨分析的是低压集中补偿和配电线路即杆上补偿这两种具有实践意义的方式


  (1)低压集中补偿。目前,国内使用比较普遍的无功补偿方式就是在配电的变压器的380V侧进行集中的无功补偿。这种方法的实施要点是:①通常情况下这种方法所使用的自动补偿控制器进行控制的低压型并联电容柜的容量在几十到几百千乏之间不等,在实际使用中要依据电力用户实际的电网负荷的水平波动情况使用相应的电容器对无功功率进行相应数值的追踪补偿。②主要目的是凭借对专业用电用户电力系统中的功率因数进行提高,来实现其中无功功率的平衡,在一定程度上降低了配电电网以及配电表的耗损程度,同时保证了该用电户的正常电压水平。③这种方法进行补偿所需要的投资费和维护成本都要由专用变电用户自己承担。在当前的国内市场上有许多自动补偿装置,主要是根据无功功率的因数对电容器自动的进行功率补偿。这种方法可以保证专用变电用户的电能质量,然而对于整个电力系统来说有一定的危害。因为线路的整体电压水平是基于系统的情况来判断的,如果单纯的补偿无功功率的量,当系统线路的电压偏高或者低时,无功功率的补偿量与实际的需要会有很大出入,为整个电力系统带来一定的危险。


  (2)配电线路补偿。对于配电网中难以顾及的共用变压器,可以使用户外并联的电容器来安置在电线杆上来对线路进行无功功率的补偿,这样可以提高配电网络的功率因数以此来进行降损升压。但是因为电线杆上装备的并联电容器往往距离变电站比较远,对其配置、保护、控制以及维修的成本和难度都比较高,并且在工作中常常受到安装的环境以及空间等一些客观条件的限制,造成难以进行施工。所以配电线路的杆上进行补偿要注意以下问题:①无功补偿点的数量要有所控制,一条线路上应设置单个补偿点进行补偿,不适宜多点的补偿。②注意简化控制管理方式,在电线杆上不应设置分组投切。③无功功率的补偿量不能过大,否则会致使配电线路因过轻而无法承载出现电压过量和功率补偿过量的现象。另外由于杆上的空间比较有限,如果将太多电容器设置在同一个电线杆上,既对线路安全产生威胁,又致使电容器散热出现困难。④线路接线要简单化,每相最好止使用一台电容器设备,可以有效降低无功补偿设备发生故障的概率。⑤简化保护方式,只使用熔断器以及氧化硅避雷器来作为线路的电流过大和电压过大的保护。


  (3)两种补偿方式的比较


  ①低压集中补偿主要是对专用变电用户进行无功补偿,而许多的公用变压器以及光大群众家庭用户和小型变电用户的变压器往往安装在户外电线杆上,要进行低压补偿就不太现实。且维护控制较麻烦,极易形成安全隐患,适用范围受到了限制。②相对于集中补偿,线路补偿主要针对10KV公用线路进行无功补偿,其投资小、效率高、回收较快且便于维护管理,弥补了集中补偿的不足之处。但是这种方法的适应能力比较差,主要对基本的无功功率进行补偿,不能岁线路负荷水平的变化进行自动地投切,难以达到预期目标,因此需要开发出自动投切技术。


  3结语


  在电力系统中,因为有许多来自与电力线路变压器及其他用电设备中的无功电荷存在,因此在运行时需要对其进行无功功率的补偿,来维持电力系统的正常工作。而大量的无功功率会加大线路的电压以及电能的损失,减少电力企业的效益。因此要做好无功补偿工作,对配电电网进行无功补偿,提高其功率因数,保证无功功率的平衡,对电网的正常健康运行有着重要作用。在技术上应根据对象和环境的不同将多种补偿方式进行有效结合,比较使用,提高无功功率的补偿效率,维护供电网络的通畅,保护电力企业的经济效益,维持电力系统的良好平稳运行,保证国民生活生产能够安全进行。


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