功率因数补偿论文

2024-06-06

功率因数补偿论文（共11篇）

功率因数补偿论文篇1

摘要：企业电力系统中感性负荷居多, 它们增加了系统中的无功吸收, 减少了系统容量的有效利用, 我们可以利用电容器组来补偿系统的无功吸收, 提高功率因数, 合理利用系统设备容量。

关键词：功率因数,无功功率,有功功率

0 引言

功率因数是衡量企业供电系统电能利用程度及电气设备使用状况的一个具有代表性的重要指标之一, 通常使用cosφ表示, 我们可以用以下几项来介绍功率因数的重要性, 及提高功率因数的方法。

1 有功功率和无功功率

企业的用电设备大部分都用电磁感应原理来工作的, 比如:变压器、电焊机、电磁感应式电动机等等, 它们都是靠电能转化成电磁能再转化为电能或机械能来实现的能量转换, 这样, 用电设备就必须从电网上吸收两种能量, 一部分能量用于做功, 即前边提到得机械能或热能, 这部分能量大部分是为了满足生产和生活的需要, 称为有功功率。另一部分能量用来产生交变磁场, 它是变压器、电焊机或电感线圈形成能量转换和传输的介质, 没有了磁场, 就没有了传输能量的介质, 从而使能量只能在电源或用电设备内部消耗, 而不能对外传输, 不能对外做功, 这部分功率叫做无功功率。无功, 顾名思义就是无用功, 其实它并不是没有用, 没有它, 任何能量都只能自己消耗, 不能传输, 然而它确实在能量转换的过程中没有转换成其它能量, 所以叫作无功功率。有功功率和无功功率都是电能运用所必须的, 若有功功率不足, 就不能满足用电负荷的需要, 会将电网电压拉低, 系统发电机的转速变慢, 发电频率降低, 影响用电质量, 威胁发电厂和各用电设备的安全。若无功功率不足, 系统电压也会降低, 电流将会升高, 电机过流过热, 会导致用电设备绝缘破坏, 甚至烧毁。

2 功率因数

功率因数是衡量企业供电系统电能利用程度及电气设备使用状况的一个具有代表性的重要指标之一, 通常使用cosφ表示。一个供电设备的供电容量通常是用视在功率表示, 字面意思就是我们所能看到的功率, 即表见功率, 但不是真实功率, 它的真实功率是由视在功率和功率因数的乘积决定的。所以说功率因数是一个非常重要的供电指标, 而视在功率是由有功功率的平方与无功功率的平方和, 开跟号得到的。视在功率确定后, 有功功率分量高就称为功率因数高, 有功功率分量低就称为功率因数低, 有功功率和无功功率都是靠发电机发出的, 然而用电设备所需要的功率会因设备的感性和容性不同而不同, 当用电设备是感性时, 用电设备的电压会超前电流90°;当用电设备是容性时, 电流超前电压90°, 两个分量将在一条直线上, 但方向相反, 用电设备中感性的居多, 所以这就需要一个容性的负荷进行无功补偿了。

3 有功功率和无功功率的三角关系

上述讲的有功功率和无功功率可以用直角三角形的关系来描述:三角形的两条直角边, 一个表示有功功率, 一个表示无功功率, 它们的斜边就是视在功率, 有功功率和视在功率之间的夹角就是功率因数角, 功率因数角的余弦值就是功率因数。无功功率越少, 功率因数角就越小, 它的余弦值就越大, 有功功率和视在功率就越接近, 也就是说, 能量的转换效率也就越高。这就提出了一个问题, 怎样减少发电机的无功输出?或者说怎样减少感性负何的无功吸收?

4 提高功率因数的意义

由上述3可以看出, 要使发电厂和供电所更有效利用资源进行电能的转换和传输, 就必须合理的进行有功功率和无功功率的分配, 在无功功率配置合理的情况下, 尽量的多发有功, 减少无功功率的输出。那就要提高用电设备的功率因数。当供电系统中输送的有功功率维持恒定的情况下, 无功功率增大即功率因数的降低, 就会引起: (1) 系统中输送的总电流增大, 使电气元件, 如变压器、电抗器、导线等容量增大, 从而扩大了企业投资; (2) 由于无功功率增大, 造成输电电流增大, 从而也会增大供电设备的有功损耗; (3) 因为系统中的总电流增大, 所以电压损失增大, 造成调压困难; (4) 对发电机来说, 转子温度升高, 发电机达不到预期出力; (5) 由于系统电流增大, 系统电压降低, 会造成其他设备不能正常出力。所以, 我们必须提高供电系统的功率因数。

5 提高功率因数和无功补偿

企业的感性负荷大部分是异步电动机, 运行时要消耗一定的无功功率, 使得电动机和输电线路的电流增大, 如果给电动机增加就地补偿电容, 不但可以使线路及配电装置的输送电流减小, 而且还可以减少有功损耗, 减少初期的投资容量。下面给出异步电动机的无功补偿计算公式, 以供大家参考:

设补偿前电动机的无功功率为Q1, 补偿电容器后的无功功率为Q2, 则补偿电容器的无功功率为:

式中:P1、P2为电动机运行时输入/输出的有功功率, η为电动机运行时的效率, φ1、φ2为电容器补偿前后的功率因数角。

补偿前的功率因数:cosφ1= (cosφe) 1/k, 式中:cosφe为电动机额定负载时的功率因数, 可从产品目录中查得, k为电机定子电流负载率, k=I1/Ie, 其中I1为电机运行时的实测定子电流 (A) , Ie为电机的额定电流 (A) 。

补偿后的功率因数一般是0.95左右, 如果再高, 投入的成本太大, 不经济, 确定了所需补偿的无功功率Qc之后, 那么补偿电容量C=式中:f为电源频率 (Hz) , Ue为电机额定电压 (V) , Qc为电容补偿的无功功率 (Var) 。

注意:个别补偿的电容容量应根据电动机的功率、负载率及电网情况适当考虑, 避免过补偿或欠补偿状态的出现。

6 补偿方式

工业企业中常用的电容器补偿方式大概有三种:集中补偿、分组补偿和单个补偿。企业电力系统的补偿方式的选择, 要视企业的具体情况而定。比如:从无功就地平衡来说, 单个补偿的效果最好 (单个补偿应用于大容量、长期运行、无功功率需要较大的设备, 或者输电线路较长的设备, 不便于实现分组补偿的场合, 这种方式可以减少配线电流, 导线截面, 配电设备的容量) , 不论采取什么样的补偿方式, 补偿电容必须选择适当, 而这一切都是为了提高电力系统的功率因数。

8 结束语

根据功率因数进行的无功补偿可以有效的提高设备的利用效率, 减小了企业的初期投资, 对企业供用电的稳定性有着深远的意义。

参考文献

[1]《电工实用手册》中国电力出版社.

[2]《电子报》2008年7月6日第27期《实用技术》.

功率因数补偿论文篇2

分析电网功率因数影响要素,探讨利用无功补偿技术提高电网功率因数,介绍无功补偿的计算方法.结合某工厂的实际情况进行应用,收到了良好的`效果.

作者：甄委委程俊作者单位：甄委委(成都晋林工业制造有限责任公司,成都,611930)

程俊(总装驻绵阳地区军代室,四川,绵阳,621000)

谐波抑制和无功功率补偿篇3

关键词：谐波抑制；无功功率补偿

1、前言

电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意。当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压电流波形畸变。70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。世界各国都对谐波问题予以充分关注。国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议，不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。

2.研究谐波的意义

谐波的危害十分严重。谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护盒自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。谐波研究的意义，还在于其对电力电子技术自身发展的影响。电力电子技术是未来科学技术发展的重要支柱。有人预言，电力电子联通运动控制将和计算机技术一起成为21世纪最重要的两大技术。然而，电力电子装置所产生的谐波污染已成为阻碍电力电子技术发展的重大障碍，它迫使电力电子领域的研究人员必须对谐波问题进行更为有效的研究。谐波研究的意义，更可以上升到从治理环境污染、维护绿色环境的角度来认识。对电力系统这个环境来说，无谐波就是“绿色”的主要标志之一。

3，研究谐波问题的分类

3.1与谐波有关的功率定义和功率理论的研究；

3.2谐波分析以及谐波影响和危害的分析；

3.3谐波的补偿与抑制；

3.4与谐波有关的测量问题和限制谐波标准的研究。

4，谐波抑制

解决电力电子装置和其他谐波源的谐波污染问题的基本思路有两条：一条是装设谐波补偿装置来补偿谐波，这对各种谐波源都是适用的；另一条是对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波，且功率因数可控制为1，这当然只适用于作为主要谐波源的电力电子装置。装设谐波补偿装置的传统方法就是采用LC调谐滤波器。这种方法既可补偿谐波，又可补偿无功功率，而且结构简单，一直被广泛应用。这种方法的主要缺点是补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧毁。此外，它只能补偿固定频率的谐波，补偿效果也不理想。尽管如此，LC滤波器当前仍是补偿谐波的主要手段。

4.1谐波抑制的一个重要方法是采用有源电力滤波器(APF)。有源电力滤波器也是一种电力电子装置。其基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流，从而使电网电流只含基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响，因而受到广泛重视。

4.2有源电力滤波器的交流电路可分为电压型和电流型，目前实际应用的装置中，90％以上是电压型。从与补偿对象的连接方式来看，又分为并联型和串联型，目前运行的装置几乎都是并联型。4.3对于作为主要的谐波源的电力电子装置来说，除了采用补偿装置对其谐波进行补偿外，还有一条抑制谐波的途径，就是开发新型变流器，使其不产生谐波，且功率因数为1.这种变流器被称为单位因数变流器(uPFC)。高功率因数变流器可近似堪称为单位功率因数变流器。

4.4对PwM逆变器的研究已经很充分，但对PWM整流器的研究则较少。对于电流型PwM整流器，可以直接对开关器件进行正弦PwM控制，使得输入电流接近正弦波且和电源电压同相位。这样，输入电流中就只含与开关频率有关的高次谐波，这些谐波的频率很高，因而很容易滤除。同时，也得到接近于1的功率因数。对于电压型的PwM整流器，需要通过电抗器与电源相连。其控制方法有直接电流控制和间接电流控制两种。直接电流控制就是设法得到与电源电压同相位、由负载电流大小决定其幅值的电流指令信号，并据此信号对P WM整流器进行电流跟踪控制。间接电流控制就是控制整流器的入断电压，使其为接近正弦波的PwM波形，并和电源电压保持合适的香味，从而使流过电抗器的输入电流波形为与电源电压同相位的正弦波。

4.5小容量的整流器，为了实现低谐波和高功率因数，通常采用二极管加PWM斩波方式。这种电路通常称为功率因数校正电路(PFC)，已在开关电源中获得了广泛的应用。因为办公和家用电器中使用的开关电源数量极其庞大，因此这种方式必将对谐波污染的治理做出巨大贡献。

5，无功功率补偿

对无功补偿重要性的认识，却是一致的。无功功率补偿应包含对基波无功功率补偿和对谐波无功功率的补偿。后者实际上就是上一部分提到的谐波补偿。

5.1无功功率对供电系统和负载运行都是十分重要的。电力系统网络元件的阻抗主要是电感性的。因此，粗略的说，为了输送有功功率，就要求送电端和受电端的电压有一相位差，这在相当宽的范围内可以实现。为了输送无功功率，则要求两端电压有一幅值差，这只能在很窄的范围内实现。不仅大多数网络元件消耗无功功率，大多数负载也需要消耗无功功率。网络元件和负载所需要的无功功率必须从网络中某个地方获得。显然，这些无功功率如果都要由发电机提供并经过长距离传送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法应是在需要消耗无功功率的地方产生无功功率，这就是无功补偿。

5.2无功功率补偿的作用。

5.2.1提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗。

5.2.2稳定受电端及电网电压，提高供电质量。在长距离输电线中合适的地点设置动态无功补偿装置还可以改善输电系统的稳定性，提高输电能力。

5.2.3在电气化贴到等三相负载不平衡的场合，通过适当的武功补偿可以平衡三相的有功及无功负载。

5.3并联电容的成本较低。把并联电容器和同步调相机相比较，在调节效果相近的條件下，前者的费用要节省很多。因此，电容器的迅速发展几乎取代了输电系统中的同步调相机。但是，和同步调相机相比，电容器只能补偿固定的无功功率，在系统中有谐波时，还有可能发生并联谐振，使谐波放大，电容器因此而烧毁的事故也是有发生。

5.4静止无功补偿装置近年来获得了很大发展，已被广泛用于输电系统波阻抗补偿及长距离输电的分段补偿，也大量用于负载无功补偿。其典型的代表是晶闸管控制电抗器+固定电容器。晶闸管投切电容器也获得了广泛的应用。静止无功补偿装置的重要特性是它能连续调节补偿装置的无功功率。这种连续调节是依靠调节T C R中晶闸管的触发延迟角得以实现的。TS C只能分组投切，不能连续调节无功功率，他只有和T CR配合使用，才能实现补偿装置整体无功功率的连续调节。由于具有连续调节性能且响应迅速，因此SV C可以对无功功率进行动态补偿，使补偿点的电压接近维持不变。因TCR装置采用相控原理，在动态调节基波无功功率的同时，也产生大量的谐波，所以固定电容器通常和电抗器串联构成谐波滤波器，以滤除TCR中的谐波。SVG通过不同的控制，既可使其发生无功功率，呈电容性，也可使其吸收无功功率，呈电感性。采用PWM控制，即可使其输入电流接近正弦波。

6、结束语

功率因数补偿论文篇4

关键词：功率因数,C8051单片机,电力电子系统,无功补偿

绪论

随着近年来, 国家对电力系统的大规模的投入, 以及建立节约型社会的提出。怎样在电力电子系统中节约能源得到了越来越多的社会各界人士的重视, 由于全国的电力的供应紧张, 电网的功率因数及电压的降低, 电气设备得不到充分的利用。网络元件及负载消耗着电网中的大部分的无功功率, 这样电能的质量就得不到保证, 严重的影响了广大用户的用电质量。在我们的电力电子系统中, 功率因数的稳定得到了越来越多人的重视, 只有稳定的功率因数才能够保证我们的系统稳定的运行。所以, 功率因数补偿控制器的运用迫在眉睫, 本次设计可以有效的提高电力电子系统的功率因数。

一、电压电流采样模块的设计

在信号采集模块的设计中, C8051F系列的单片机所需电压电流信号分别取自10KV电网主回路中的电压互感器 (PT) 、电流互感器 (CT) 的二次侧。10KV电网电压互感器 (PT) 二次侧输出的相电压为交流100V, 电流互感器 (CT) 二次侧的电流为5A, 这满足了信号采集电路对模拟量的要求, 可以实现低压控制电路和高压上的电气隔离, 从高压侧互感器引出的电压、电流信号要再次经过传感器转换。结合中央处理模块的控制需求, 本次设计采用的是立式穿芯小型精密交流电压电流通用互感器。具体电路图如图一所示:

二、中央处理模块的设计

我们知道微控制器由微处理器发展而来, 目前单片机的发展可以称得上是百花齐放的时代, 世界上各大芯片公司都在努力的推出各种各样的单片机。本次设计所采用的是Silicon Labs公司C8051F系列单片机, C8051F系列产品具有高速流水线结构CPU、完全兼容8051, 而且大多数指令的执行时间为1-2个时钟周期, 多复位源、多向复位, 多时钟, 在系统仿真、边界扫描、在系统编程等优势。

经过和同类芯片进行比较之后, C8051F系列的单片机具有很大的优势, 在综合考虑的基础上, 本次设计采用的C8051F系列的单片机容易上手、开发周期短、集成度高, 芯片及外围电路如图二所示:

三、结论

本次设计采用C8051F系列的单片机为控制器的中央处理芯片, 同时在信号的采集模块中采用的是传统的电压电流互感器, 对电力电子系统的功率因数进行补偿。可以快速有效对系统所需的无功功率进行补偿。可以达到广大客户的电气设备的用电需求, 为大多数的设备的稳定运行提供了必要的条件。

参考文献

[1]彭丽.10k V/35k V电子式电压/电流互感器研究[D].武汉:华中科技大学, 2004.

功率因数补偿论文篇5

安科瑞电气股份有限公司

申明

本公司保留一切法律权利。

本公司保留对本手册所描述之产品规格进行修改的权利，怒不另行通知。订货前，请垂询当地代理商以获悉本产品的最新规格。

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概述.........................................................................................................................................................................1执行标准.................................................................................................................................................................1型号规格.................................................................................................................................................................1技术参数.................................................................................................................................................................1外形结构.................................................................................................................................................................2安装接线.................................................................................................................................................................3使用操作指南.........................................................................................................................................................5通讯.......................................................................................................................................................................11常见故障的分析和排除方法................................................................................................................................14应用范例...............................................................................................................................................................16订货范例...............................................................................................................................................................19

1概述

低压无功功率自动补偿控制器是用于低压配电系统进行无功功率补偿的专用控制器，可以与电压等级在

400V或660V以下的静态电容屏（柜）配套使用。输出路数有12，16两种规格。控制器具有功能完善、运行稳定可靠、控制精度高等特点。采用基波功率因数和基波无功功率作为电容器投切的依据，投切稳定无投切震荡，并提供6种混合补偿（共补+分补）方案，12种投切编码方式，并在有谐波的情况，能正确显示基波功率因数。

低压无功功率自动补偿控制器带有RS485通讯接口，将采集到的电压、电流、频率、有功功率、无功功率、电压畸变率、功率因数、温度等参数传送给其他设备。具有过电压、欠电压、欠流、断相、电压过畸变、温度保护等功能。

2执行标准

功率因数补偿论文篇6

关键词：无功功率无功补偿功率因数电容器

线损是电流在输变电设备和线路中流动产生的，因而它由线路损耗和变压器损耗两部分组成。按损耗的变化情况可划分为可变损耗和固定损耗。前者指当电流通过导体和变压器所产生的损耗，包括变压器的铜损和电力线路上的铜损，它与负荷率、电网电压等因素有关，约占电网总损耗的80%—85%。后者指只要接通电源电力网就存在的损耗，包括变压器的铁损，电缆线路、电容器及其他电器上的介质损耗及各种计量仪表、互感器线圈上的铁损，它与电网运行电压和频率有关，占总损耗15%～20%。我国与发达国家相比，线损较大。发达国家的线损约为2%—3%，而我国在2006年的线损统计为7.l%，所以线损的解决显得越来越重要。

1、无功功率

1.1无功功率的定义

电网中电力设备大多是根据电磁感应原理工作的，他们在能量转换过程中建立交变的磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等。电源能量在通过纯电感或纯电容电路时并没有能量消耗，仅在负荷与电源之间往复交换，在三相之间流动，由于这种交换功率不对外做功，因此称为无功功率。

1.2无功功率的作用

无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。

1.3无功分类

感性无功：电流矢量滞后于电压矢量90°，如电动机、变压器、晶闸管变流设备等；容性无功：电流矢量超前于电压矢量90°，如电容器、电缆输配电线路等；基波无功：与电源频率相等的无功（50HZ）；谐波无功：与电源频率不相等的无功。

2、无功补偿

在电力系统中，不但有功功率需要平衡，无功功率也需要平衡。

2.1无功补偿的作用

无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗、稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。安装并联电容器进行无功补偿，可限制无功功率在电网中的传输，相应减少了线路的电压损耗，提高了配电网的电压质量。

（1）提高变压器的利用率，减少投资；功率因数由cosΦ1提高到cosΦ2提高变压器利用率为：

（2）减少用户电费支出；可避免因功率因数低于规定值而受罚。可减少用户内部因传输和分配无功功率造成的有功功率损耗，电费可相应降低。

（3）提高电力网传输能力；有功功率与视在功率的关系式为：

P=ScosΦ

2.2功率因数

实际供用电系统中的电力负荷并不是纯感性或纯容性的，是既有电感或电容、又有电阻的负载。这种负载的电压和电流的相量之间存在着一定的相位差，相位角的余弦cosΦ称为功率因数，又称力率。它是有功功率与视在功率之比。

2.3无功补偿的基本原理是

把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。

2.4无功补偿的常用装置

（1）同步调相机；早期的无功功率补偿装置主要为同步调相机，多为高压侧集中补偿。同步调相机目前在现场仍有少量使用。

（2）静止补偿装置；静止补偿器的基本作用是连续而迅速地控制无功功率，即以快速的响应，通过发出或吸收无功功率来控制它所连接的输电系统的节点电压。静止补偿器由于其价格较低、维护简单、工作可靠，在国内仍是主流补偿装置。

2.5无功补偿的主要方式

配电网无功补偿的主要方式有五种：变电站补偿、配电线路补偿、随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。

变电站补偿：针对电网的无功平衡，在变电站进行集中补偿，补偿装置包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等，主要目的是平衡电网的无功功率，改善电网的功率因数，提高系统终端变电所的母线电压，补偿变电站主变压器和高压输电线路的无功损耗。

配电线路补偿：线路无功补偿即通过在线路杆塔上安装电容器实现无功补偿。线路补偿点不宜过多；控制方式应从简，一般不采用分组投切控制；补偿容量也不宜过大，避免出现过补偿现象；保护也要从简，可采用熔断器和避雷器作为过流和过压保护。

随机补偿：随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电动机同时投切的一种无功补偿方式。县级配电网中有很大一部分的无功功率消耗在电动机上，因此，搞好电动机的无功补偿，使其无功就地平衡，既能减少配电线路的损耗，同时还可以提高电动机的出力。

2.6电容器直接补偿的危害

电网谐波与并联电容器的运行有较大的关系，因为电容器可能使电网中的谐波电流放大，有时甚至在电网中产生谐振，使电器设备受到严重损坏，破坏电网的正常运行。在供电系统中作为无功补偿用的并联电容器，对于某次谐波若与呈感性的系统电抗发生并联谐振，则可能出现过电压而造成危害。过大的谐波电流可能使电容器寿命缩短、鼓肚、熔丝群爆甚至烧损。

3、无功补偿容量的确定

电容器的补偿容量与采用的补偿方式、未补偿时的负载情况、电容器的接法有关。

4、结语

电力系统中线路损耗和变压器损耗对电网电压及电能质量形成了很大影响，无功功率补偿在电力系统中所承担的作用是提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。通过合理的选择无功补偿装置，不但可以最大限度的减少电网的损耗，而且可以电提高网质量。本文对无功功率、无功补偿等各方面的基本定义及工作原理进行了详细的的介绍，提出了电容器直接补偿的危害，深入探讨了无功补偿容量的计算方法。

参考文献：

[1]王正风.无功功率与电力系统运行[M].中国电力出版社.

[2]王兆安，杨君，刘进军，谐波抑制和无功功率补偿[M].机械工业出版社.2002.

论低压无功功率补偿篇7

1无功功率简介

在电网中无功功率的作用是相当大, 首先, 电动机要从电源获取无功功率来维持旋转的磁场所需要的最低电功率。其次, 就是变压器要通过绕组的方法使得变化的磁场产生感应电压。也因此, 那些电感类的设备不仅仅需要无电电功率, 而且还必须从电源获得无功功率, 这样一来才能够正常地运行。无功功率对电网的影响也有很多, 比如:①会使得电线线路有很大的损耗。②使得电力系统内很多电气设备都得不到充分的利用。③同时还会增加输电配电线路当中电能的损耗。

2低压无功补偿的目的

现代电力企业当中, 节能降耗是首要, 所以一切的运行方案都要围绕这一原则进行。而在这当中功率是其首要的影响因素。因此, 很多电力企业都将功率因素作为电网运行的考核指标。为了能够达到指标, 就必须结合当地的环境, 进行无偿功率的规划设计, 其目的就是:①最大可能地提高功率因数, 改变当地的供电质量, 使电力企业的经济效益达到最大。②精确地制定无功补偿的实施方法。选择无功补偿装置的安装地点, 使其效果达到最大化。③提高当地的电压质量, 优化当地的电网, 使电压优化运行, 电网无功化, 同时, 也使电力企业的经济得到保障。④确保被规划的地区电力运行平衡, 保证其当地的无功平衡。⑤为了防止无功补偿方式所引起的电机自励磁。

3补偿电容器的投切条件分析

1) 电容器的投切条件补偿装置是以功率因数、电流、电压为投切条件的。

这类装置是用一相电流和三相电压经过计算得到功率因数, 再作比较。如果所测量的因数比设定的投人门限低, 则控制三相电容器组一起投;如果比设定的大, 则应该控制三相电容器组一起切除。但是, 当电路的电压比设定的上限值高时, 或者是设定的电流较大时, 三相电容器组就不能够投入。

2) 实际操作当中的问题。

这类装置完全没有考虑到在低压负荷中存在的三相不平衡问题。当交流信号是一相电流时, 其不能精确地显示出实际上三相电压的无功缺憾, 然而, 在三相电压的负荷处于不平衡状态时是不能够投入的。门限与电容器不相符, 则会造成装置补偿发生投切振荡, 从而造成极大的人力、物力损失。因此, 这套装置就只适合功率因数较低的供电区域。

4低压无功补偿的节能效益

在负荷运行时会需要很多的无功功率和电源来进行互换。采用低压无功补偿装置后, 为用电负荷提供了几乎100% 的无功功率, 10 kV 电网输入的功率主要是有功功率, 所以功率因数得到了大幅度的提升, 也因此在节能效益上带来了一些福利。主要表现为:①大幅度地降低了线路及其变压器方面的损耗。根据上述分析我们不难得出:对于那些确定的用电负荷, 因为线路及其变压器方面的电流极大地减小, 而供电线路及其变压器上所消耗能量与电流是成二次方的关系的, 也就是说, 损耗会比先前大幅度地减少。②在某种程度上来说是提高了配电设备的能力。线路的输送能力大小以及变压器容量大小决定了配电设备的供电能力。对于用量一定的负荷来说, 在确定有用功的功率的情况下, 功率因数越低, 则就要提供更大的电流。但是当进行了无功补偿后, 补偿电容器就会提供无功补偿所需要的负荷, 而线路及其变压器方面则由有用功率来承担, 从而极大地减少了线路和变压器上的电流, 这时就可以接纳更多的负荷, 因此, 提高了设备的能力。③这套装置极大地减少了其电费方面的支出。再添加了低压无功补偿这套装置后, 不但降低了消耗, 而且还提高了功率因数, 还实行了一定的奖励方案, 减少了电费方面的支出。④这套装置还在提高电压质量方面作出了很大的贡献。前面说了线耗和电流成二次方的关系, 而补偿线路上的电流流量明显地减少, 也因此减小了损耗, 从而提高了供电电压, 也就是说提高了电压的质量。

5结语

低压无功补偿装置极大地提高了功率因数, 减少了损耗, 而且其装置再投入使用后产生了相当好的效果, 使当初改造电线路的目的得以实现。在另一方面, 无功补偿对于企业的经济有很大的帮助, 因为国家的相关制度明确表明:不同的单位所规定的功率因数不同, 所达到的要求自然也不相同, 但是有一点是大致相同的, 即比规定的值低的可以多收取电费来补偿, 而多于规定数值的就应该减少电费的收取。世界在不断地变化, 所有的事物都在日新月异, 所以探索合适的方法是一条漫长的道路, 我们必须不断地创新, 探索更好的方法来使电力事业得以发展、壮大。

参考文献

[1]苑舜, 韩水.配电网无功优化及无功补偿装置[M].北京:中国电力出版社, 2003.

[2]孟祥忠.现代供电技术[M].北京:清华大学出版社, 2006.

功率因数补偿论文篇8

《全国供用电规则》关于功率因数的规定如下:“无功电力应就地平衡。用户应在提高用电自然功率因数的基础上, 设计和装置无功补偿设备, 并做到随其负荷和电压变动及时投入和切除, 防止无功电力倒送”。用户在当地供电局规定的电网高峰负荷时的功率因数, 应达到下列规定:

高压供电的工业用户和高压供电装有负荷调整电压装置的电力用户, 功率因数为0.90以上。凡功率因数不能达到上述规定的新用户, 供电局可拒绝接电。未达到上述规定的现有用户, 应在二三年内增添无功补偿设备, 达到上述规定。

功率因数调整电费按国家批准的《功率因数调整电费办法》的规定执行。

按电业部门要求, 电气化铁道牵引负荷在牵引变电所牵引变压器高压侧的月平均功率因数达到0.90以上。高者获奖, 低者受罚。即以功率因数等于0.90为标准值进行考核, 根据计算的月平均功率因数, 高于或低于规定标准, 在按规定的电价计算出其当月电费后, 再按照“功率因数调整电费表”所规定的百分数增加或减少电费。由此可见, 提高功率因数, 不但对电力系统的经济运行有很大意义, 而且对降低电气化铁道运营业成本也有实际的经济意义。

1 无功补偿现状

武 (昌) -衡 (阳) 线武昌南牵引变电所自2001年8月开通运行以来, 功率因数始终达不到0.90以上。

下面就武昌南牵引变电所功率因数偏低的实际情况进行分析并提出相应的解决方案。

武昌南牵引变电所牵引变压器接线为斯柯特接线, 安装容量为31.5MVA, 在牵引侧采用两相固定并联电容补偿装置, 这些均是不可调的固定补偿设备, 它具有功率损耗小, 安装简单维护方便等特点, 但由于其均由不可调的电容和电感组成, 其发出的无功是一常量。主变压器运行方式, 将110KV三相交流电变换为两个单相的27.5KV交流电, 然后向铁路上、下行两个方向的接触网供电。正常运行时, 一台主变压器运行, 另一台主变压器采用固定备用方式, 用以提高供电的可靠性。电度计量为110KV侧计量, 采用电子式电度表。并联电容补偿装置的接线如图1所示, 电容器组额定容量为2800 kvar。在电力机车取流时, 并联电容补偿装置能补偿电力机车的无功功率。但在电力机车不取流时, 并联电容补偿装置产生的容性无功功率向电力系统侧倒送, 形成反向容性无功功率。

针对功率因数偏低的情况, 武汉供电段技术人员多次按并补装置投入一组、并补装置投入二组二种方式进行试验, 得出以下结果:

(1) 两组并补装置同时投入时, 平均功率因数为0.60左右。

(2) 并补装置投入一组时, 平均功率因数为0.78左右。

以上两种投入方式没有一种能够使功率因数达到0.9以上, 最高只有0.88。

2 原因分析

根据现场运行情况得知, 武昌南变电所共有六条供电臂 (211、212、213、214、215、216) , 乌龙泉上、下行 (213、214) 接触网由武昌南变电所M座供电, 武昌东上、下行 (215、216) 接触网由武昌南变电所T座供电, 尽管此区段接触网设备处于带电状态, 但一直未开通电力机车, 处于无牵引负荷状态。武南至汉阳上、下行供电臂 (211、212武昌南变电所T座供电) 因供电方案上的争议也处于无负荷状态, 因而造成并补装置处于过补偿状态。如果二组电容补偿装置全部投上, 过补偿状态更严重。

3 解决方案

在电网安全、电能质量、节能损耗的需求推动下, 无功补偿技术得到迅速发展和应用。根据武昌南变电所并联电容补偿装置过补偿情况, 可在武昌南变电所增加动态无功功率补偿装置, 所谓动态无功功率补偿, 就是根据牵引负荷的特点, 能快速适应无功冲击引起的电压波动、自动调节无功功率, 并能消除高次谐波对设备的危害的一种无功静止补偿装置。它的基本原理是利用固定容量的电容器, 将出现无功功率峰值的全部或大部补偿掉, 而在峰值以外的时间, 则利用可控电抗器组成人为的感性负荷, 将电容器供给的过剩容性无功功率抵消, 从而使功率因数保持在要求的水平上。

2003年11月武昌南变电所在27.5k VM座母线上投入了一套动态无功补偿装置, 即磁控式动态无功补偿装置 (MSVC) , 该补偿装置为保证良好的供电质量提供了一种可行的方法。

4 系统构成、工作原理

磁控式动态无功补偿装置是基于磁控电抗器 (MCR) 的静止式动态无功补偿装置 (简称MSVC) , 主要由FC滤波支路、磁控电抗器MCR、控制柜与后台监控系统四部分组成。MSVC的基本原理如图2所示, 当负荷变化时, 系统所需无功容量Q也在变化, 通过调节控制柜中晶闸管的导通角, 来适时调节磁控式电抗器的输出容量QL, 保证系统无功为0或理想水平 (Q=QC-QF-QL) , 即从理论上使平均功率因数达到1, 实现动态无功补偿效果。

磁控式动态无功补偿装置各组成部分的作用如下:

FC滤波支路:为系统提供容性无功, 同时具有滤波功能。主要由滤波电容器、滤波电抗器、放电线圈、避雷器、隔离开关及一二次设备等组成。

磁控式电抗器 (MCR) :磁控式电抗器采用优质硅钢片和漆包线加工而成。其原理是采用小截面铁心和极限磁饱和技术, 利用自身感应生成的直流电来附加磁化铁心, 改变铁心磁导率, 从而实现电抗值可调, 其内部为全静态结构, 无运动部件, 工作可靠性高。调节范围0~100%, 响应速度30ms。

单相可控电抗器采用四柱铁心结构, 在中间两工作铁心柱上分布着多个小截面段, 在电抗器的整个容量调节范围内, 仅有小截面段铁心磁路工作在饱和区, 而大截面段始终工作于未饱和线性区, 其上套有线圈。可控电抗器原理接线图如图3所示。

在可控电抗器的工作铁心柱上分别对称地绕有匝数为N/2的两个线圈, 其上有抽头比为δ=N2/N的抽头, 它们之间接有可控硅T1、T2, 不同铁心的上下两个主绕组交叉连接后并联至电源, 续流二极管接在两个线圈的中间。

当电抗器绕组接至电源电压时, 在可控硅T1、T2两端感应出1%左右电源电压的电压。电源电压正半周触发导通可控硅T1, 形成图4 (a) 所示的等效电路, 其中N1=N-N2, 在回路中产生直流控制电流ik'和ik";电源电压负半周期触发导通可控硅T2, 形成图4 (b) 所示的等效电路, 在回路中形成直流控制电流ik'和ik"。一个工频周期轮流导通T1和T2, 产生的直流控制电流ik'和ik", 使电抗器工作铁心饱和, 输出电流增加。可控电抗器输出电流大小取决于晶闸管控制角α, α越小, 产生的控制电流越强, 从而电抗器工作铁心磁饱和程度越高, 输出电流越大。因此, 改变晶闸管控制角, 可平滑调节电抗器容量。

控制柜:主要有控制器和晶闸管阀。控制器采用大屏幕液晶显示屏, 图形界面, 中文显示, 用户可设置和修改参数。晶闸管阀为高度成孰的低压元件, 无须器件串并联, 其触发系统采用光电触发方式, 抗干扰性好。控制柜通过RS485通讯接口与后台机通讯, 实现对SVC装置远程操作。

后台监控系统:通过RS485通讯总线与控制系统以及保护系统相连。该系统可以提供系统接线图状态实时显示, 开关量与模拟量监控, 提供完整保护信息监控。同时, 后台监控系统还是一个功能强大的电能质量分析工具, 可以对整个系统的电能质量进行实时, 连续的监测, 可连续保护六个月甚至更长时间的系统状态信息以及电能质量信息。

武昌南牵引变电所自投入磁控式动态无功补偿装置运行十年以来, 月平均功率因数达到了0.95~0.99。使功率因数罚款由罚变为奖。

5 结束语

目前, 磁控式动态无功补偿装置已在电气化铁路、冶金、冶炼、风电、电力系统、得到了成功的应用, 国外 (俄罗斯) 500KV及以下等级已大量采用该技术。随着电力电子技术的迅速发展, 应用有源滤波器 (APF) 和静止式无功发生器 (SVG) 将成为供电补偿的发展方向。

摘要：武昌南牵引变电所采用固定补偿时功率因数大幅下降, 本文分析了其主要原因, 并根据武昌南牵引变电所的特点, 提出了一种牵引变电所无功动态综合补偿装置方案。

关键词：牵引变电所,无功并联补偿,无功动态补偿

参考文献

[1]谭秀炳, 李向阳.交流电气化铁道供电系统.西南交通大学出版社, 2002.

[2]李群湛.牵引变电所供电分析及综合补偿技术[M].北京:中国铁道出版社, 2006.

[3]银湖电气设备有限公司.磁控式动态无功补偿装置说明书.

功率因数补偿论文篇9

随着近年来电力负荷的迅速增长, 电网的功率因数和电压降低, 使得电器设备得不到充分的利用。在电网中, 无功补偿要保持平衡, 否则将导致系统的电压下降, 电能质量得不到保证, 严重损坏了设备。为了改善用户的用电质量, 发挥供电设备的效益, 大大降低用电成本。陕西高科电力电子有限公司特试制了以下这种功率因数补偿控制器。

本控制器是以C8051F系列的单片机为核心, 可以自动检测出电网的功率因数值cosφ, 和电气设备所需要的功率因数cosφ0进行比较, 在允许的误差∆cosφ范围内自动控制投切电容器进行功率因数的补偿, 使得电网的功率因数保持在最佳状态。除此之外, 其满足脉冲或周期性负荷动态功率因数补偿的需要, 不但系统运行参数可通过面板自带按钮来设定, 而且保护功能完善, 达到使用方便、现场调试工作量小、运行效果好的目的, 从而提高电网电能质量和输电能力。

2. 功率因数补偿控制器的技术要求

本控制器的工作电源电压:220V 50Hz, 对应电网线电压输入交流电压:100V 50Hz, 对应电网相电流输入交流电流:0---5A。可根据输入电压与电流计算有功、无功功率和功率因数, 实时显示有功、无功功率和功率因数, 根据计算结果与电容容量配备情况决定投入哪路补偿电容。按电容实际分组数通过面板触摸开关输入电容参数、功率因数上、下限、保护参数;可对电容的运行状况进行监控和报警, 实时显示电容的投切情况。输出可直接带动继电器控制高压接触器对电容进行合分控制。面板仪表式结构, 便于安装;输入与输出线统一置于表后盖, 带与计算机的通信接口, 可通过上位机进行设定与控制。有保护时一次切除所有支路电容的开关量输入口, 可控制最多8路电容, 分为两段控制。

3. 硬件电路的工作原理

本控制器由中央处理模块、数据处理模块、逻辑控制单元、电源模块、信号采集模块、投切控制单元以及开关量输出和显示等部分组成。系统的基本框图如图1所示。

首先将电网的电压及电流信号通过霍尔传感器进行采集, 通过数据处理模块进行数模转换及功率因数的测定, 再将信号送人中央处理模块将测定功率因数和系统设定的功率因数进行比较, 进行电容器组的自动投切, 使得功率因数达到最大值。

在信号的采集部分则用霍尔传感器代替了常用的电压、电流互感器, 霍尔传感器在精度、线性度及动态性能上都远远的优于电压、电流互感器。而且其还有体积小、重量轻、灵敏度高、抗电磁干扰能力强等优点。在市场上有各种品牌可供选择。

由于单片机采用的是TTL电平, 而接RS-232通信的典型工作电平是+3V~+12V与—3V~—12V, 是不能够和单片机进行连接的, 否则有可能损坏单片机, 因此, 要实现单片机和计算机之间的RS—232通信, 就必须采用相应的接口芯片[1]。MAX232产品是由美国Maxim公司推出的一款兼容RS—232标准的芯片。该器件包含两个驱动器, 两个接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA—232—F电平, 该器件符合TIA/EIA—232—F标准。一片MAX232支持两路RS—232串口同时全双工通信。单片机的信号从11、12引脚输入, 转换为RS—232电平后从14、7引脚输出;RS—232电平信号从13、8引脚输入, 转换后的TTL电平从12、9引脚输出。MAX232有商业级到工业级的不同信号芯片, 商业级芯片工作温度范围为0~70℃, 工业级芯片的工作温度范围为40~85℃。MAX232具有2000V的ESD保护, 是一款低成本的RS—232转换芯片。同样的, MAX485接口芯片是Maxim公司的一种RS—485芯片。而RS—485协议正是针对远距离、高灵敏度、多点通讯制定的标准。RS—485的数据最高传输速率为100Mbps。而且其接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合, 大大增强了抗共模干扰能力。两芯片及外围电路如图2所示:

现中央处理模块选用的是C8051F系列的单片机[2], 由于其具有与8051兼容的CIP-51微处理器内核, 采用流水线结构, 单周期指令运行速度是8051的12倍, 全指令集运行速度是原来的9.5倍。所以其与传统的单片机相比具有一定的优势。但是由于C8051F系列的单片机是3.3V低功耗、高速单片机, 与传统的5V供电低速单片机在引脚处理以及PCB布板方面会有一定的区别, 所以在实际的运用中要特别注意这一点。

在数据处理部分则采用的是一种精度高且功能强的多功能防窃电三相电能专业芯片ATT7022EU[3], 它集成了7路二阶sigma-delta ADC, 其中三路用于三相电压采样, 三路用于三相电流采样, 还有一路可用于零线电流或其它防窃电参数的采样, 输出采用数据和有效值, 使用十分方便。并且其内部集成了7路19位A/D转换器, 可方便地用于其转换。ATT7022EU芯片内包含一套电源监控电路, 可以连续地对模拟电源 (AVCC) 进行监控, 当电源电压低于2.5V±5%时, 芯片将被复位。这有利于电路上通电和掉电时芯片的正确启动和正常工作。电源监控电路被安排在延时和滤波环节中, 这在很大程度上防止了由电源噪声引发的错误。该芯片还集成了参考电压电路以及所有包括基波和全波的各项电参数测量的数字信号处理电路, 可进行有功功率、无功功率和功率因数的计量, 它集合了多种功能, 但是价格低廉。ATT7022EU封装为44脚LQFP形式, 外围硬件电路主要包括电源、电压及电流模拟输入、脉冲输出及SPI通讯接口等电路。其芯片及外围电路如图3所示:

隔离输入输出模块主要采用的是光电耦合器, 其中一个重要特性是其输入端连接的电路可以和其输出端的电路完全隔开, 并且在这两个电路之间可以安全地存在成百上千伏的电位差而不会对光电耦合器的工作产生不利影响, 这种光电耦合器主要用于低压到高压 (或反过来) 信号的耦合。还可替代低功率的继电器和脉冲变压器。光电耦合器的另外一个重要的特性就是其信号的传递是单向的, 输出端即使有很强的干扰和噪声, 也不会影响反馈到输入端。

光电耦合器的应用主要有:电平的转换、隔离作用、运用于逻辑门电路。

4. 结论

采用C8051F系列的单片机为控制中心的智能型功率因数自动补偿控制器, 实现对电力系统的电气参数的测量、运算、判断以及功率因数的自动补偿功能。用户可以通过面板上的按钮对功率因数值进行设定, 而系统通过周期性地测量功率因数, 有针对性地对系统的功率因数进行补偿, 达到用户所需的功率因数, 满足功率因数的动态需要, 使系统稳定地运行。

摘要：为了减小电网中感性负载造成的电量损耗, 在分析了现有功率因数补偿控制器的补偿效果后, 设计了一种通过单片机控制四组电容器组, 自动控制投切进行补偿的功率因数补偿控制器。

关键词：功率因数,单片机,功率补偿

参考文献

[1]翁献进.RS232、RS422/RS485串行通信标准及其在火力发电厂热工自动化系统中的应用实践[J].科技信息, 2010, (10) .

[2]魏敏.基于C8051F040及FPGA的总线隔离器测试台[J].计算机测量与控制, 2013, (12) .

功率因数补偿论文篇10

在高纯硅、电石、铁合金等行业, 矿热炉存在着功率因素低, 耗电量大等问题, 主要原因是:电炉变压器在运行时要吸收大量的无功, 这样就要消耗能量, 变压器是感性负载, 因此要提高功率因数, 就需要容性负荷进行无功补偿, 而电炉变压器又存在无功补偿的困难问题, 这是因为电炉变压器矿热炉作为工业冶炼电炉, 冶炼过程产生的谐波较多, 谐波对电网供电质量影响较大, 对补偿电容危害更大, 容易造成电容器发热或爆胀, 同时造成电炉变压器铁损的增加耗电量增大等问题, 对降低成本, 节约能源十分不利。还有8000KVA电炉变压器二次电压较低, 加之市场标准电容器, 标准的低压三相并联电容器电压电压一般为400V, 根据Qn=2πfnCnU2×10-9 (kvar) , 需要补偿量太大, 不能满足矿热炉电炉变压器二次补偿之技术要求, 普通并联电容器在这里不能使用。治理谐波及电炉变压器搞二次补偿存在一定的困难。

为了解决矿热炉能耗较高的瓶颈, 治理电炉变压器造成的谐波污染。甘肃山丹腾达西铁冶金有限责任公司生产技术部有关工程技术人员经过查阅大量有关资料, 对电炉变压器结构以及电网的谐波分量进行调查研究分析和测算。找出了解决上述问题的可行办法, 就是根据电网谐波分量和电炉变压器的技术参数委托电容器制造厂商生产出专门的抗谐波超低压的电容器产品及专门抗谐波的电抗器。使之应用于矿热炉电炉变压器的二次补偿得以实现。

采用超低压补偿能进一步提高电炉的功率因数和设备的利用率。经过能将功率因数由0.79提高到0.95左右, 增加电炉的入炉功率的同时也降低了线路上的由于无功电流流动造成的有功损耗, 从而达到节能目的。

2 项目工艺技术方案的确定及实施

2.1 方案确定

矿热炉作为工业冶炼电炉, 使用的电炉变压器一直存在着功率因素低, 冶炼过程产生的谐波较多, 对电网供电质量影响较大, 耗电量大等因素。由于8000KVA电炉变压器二次电压较低, 加之市场标准电容器不能满足矿热炉电炉变压器二次补偿之技术要求, 普通并联电容器在这里不能使用。治理谐波及电炉变压器搞二次补偿存在一定的困难。

工程技术人员经过查阅大量有关资料, 对电炉变压器结构以及电网的谐波分量进行调查研究分析和测算。电炉变产生谐波主要是以3次、5次、7次、11次分量为主, 找出了解决上述问题的可行办法:就是根据电网谐波分量和电炉变压器的技术参数委托电容器制造厂商生产出专门的抗谐波超低压的电容器产品及专门抗谐波的电抗器。使之应用于矿热炉电炉变压器的二次补偿得以实现。

在电炉变压器二次侧并联电容器组进行无功功率的补偿, 从理论上讲补偿点越是靠近负荷侧则补偿的效果越佳, 水电缆二次出线的变压器, 采用管对管的补偿方案, 使变压器二次各线圈无功容量分配均衡, 有利于提高功率因数, 增加电能利用率, 提高经济效益。同时降低了谐波污染, 改善了系统电气参数, 提高了电能质量。

2.2 实施过程

(1) 采用PLC可编程控制器, 通过检测电炉的功率因数来投切电容器组, 低压电容器无功补偿的特点实行动态补偿。当电炉的功率因数较低时, 投入电容器组较多;当电炉的功率因数较高时, 投入电容器组较少。

(2) 采用晶闸管复合开关投切电容器组, 为减小投切入时的冲击防止合闸涌流, 同时防止电网会形成较高的谐波成份。

(3) 为了在无功补偿的同时消除变压器二次回路的高次谐波和降低电容器的运行温度, 要在电容器回路串联采用14%电抗率电抗器每台电抗器均经过严酷检测, 绕组分层结构可以使铁芯及绕组得以良好冷却, 保证元件长期在60℃环境下稳定运行。降低分、合闸时的冲击电流如电抗率为14%, 则分、合闸时的冲击电流约为额定电流的3.67倍抑制及吸收3、5次谐波保护电容器长效运行。同时由于加大了电抗率 (国内标准为12%) , 更加适应矿热炉冶炼经常调档的需要。采用自愈式锌、银镀膜的电容器, 自愈率更低于0.5%, 质量更好。内置放电电阻, 三分钟将电容器残留电压放电至30V以下。

安装更注重工艺改进电抗器和补偿柜分开布置, 降低因电抗器发热对补偿柜的影响每个功能室均设置有独立风道, 温度检测, 风机降温、备用等功能。为利于长期运行及防止震动, 所有大电流线路采用镀锡铜排螺栓连接方式, 并且将:

所有金属结构如补偿柜、电抗器柜、控制柜等均做了隔磁处理, 即所有金属结构在必要的地方均采用了隔磁材料。

(4) 对电容器组的过压保护。由于变压器二次回路直流电阻较小, 当电容器组投切时, 会产生较高的反电动势, 为防止电容器的击穿, 在接触器的进口并联压敏电阻。

3 试验情况和数据对比

采用超低压补偿1台8000KVA经过测试同样的用电量, 冶炼时变压器采用同样的用电档位, 二次电压提高8~10V, 电炉自然功率因数由原来的0.79提高到约0.92, 高压电流降低5~6A, 电炉做功能力明显增强。生产硅铁合金冶炼75#硅。改造前后指标对比见表1。

设备提升改造后一台8000KVA电炉年产量:

那么就有增产:6592t-5661.t=931t

4 项目关键技术与创新点

采用超低压电容的自动补偿提高电炉功率因数节能工程的技术创新点有以下几点: (1) 采用市场没有的非标电容超低压电容器, 常规普通自愈式电容器, 一般电压都在400V, 而且全部是三相并联电容器, 而矿热炉电炉变压器二次工作电压一般在95V-135V之间, 加之线路上存在着大量谐波, 电炉工作电极供电形式, 无法采用三相电容器补偿。尽管大家都知道二次补偿、就地补偿可以达到好的节电的效果, 但是, 市场上没有适合矿热炉二次补偿的专门电容器, 本项目是采用:现场检测线路谐波分量, 都存在什么谐波, 根据谐波含量的构成, 在专业电容器厂家订作单相并联超低压电容器, 再根据谐波分类订做专门的电抗器。从而解决了电容器问题。 (2) 根据电炉变压器的线圈特点, 为了使低压补偿的无功容量, 均匀的分布在低压线路中, 最大限度的提高补偿的效率, 进行分段投入电容补偿。特别是针对采用水电缆结构的二次出线的变压器补偿效果非常显著。

5 项目推广应用情况及效益

1台8000KVA电炉低压无功补偿年节电量通过低压无功补偿改造后, 经过测试同样的用电量可以:电炉自然功率因数由原来的0.79提高到约0.95, 硅铁合金冶炼75#硅单耗按8400KWh/t, 电炉综合运行系数取0.95, 运行天数按330d计算, 这样一台8000KVA电炉年产量:

设备提升改造后一台8000KVA电炉年产量:

那么, 电炉年增加产量:6807-5661=1146t

节约用电量=1146×8400kwh/t=9.63×106kwh

经济效益:节约电费:9.63×106KWh×0.42=404.5万元。同时还节约了电力部门对用户无功力率调整的部分费用。

6 结束语

二次补偿技术在实际应用上还存在很多问题, 主要是二次补偿投入运行后, 由于电炉无功消耗少了, 电炉用电能力大大增加, 如果控制不好或不加限制, 有功用电会大大增加, 这样二次补偿的成果将被多用电, 增加的变压器铁损、铜损消耗尽, 反而不利节能。电流成分里面由无功电流和有功电流共同组成, 真正做功的电流是有功电流, 所以电炉安装二次补偿后, 如果使用原来冶炼的供电电流进行冶炼, 就存在严重的超负荷运行了。在冶炼过程中的用电就要加以限制, 如降低电压档位, 增加炉料的比电阻等方法, 扩大极心圆等措施在同样的电压等级下, 一定要把电流控制在减少5%供电, 这样才能使二次补偿运行后, 起到节能降耗的作用。今后应努力应对补偿设备加装控制, 自动选择适应当前炉况。以适应各种冶炼条件。

摘要：矿热炉低电压、大电流的冲击负荷, 功率因数低, 电网的谐波大, 电能浪费大, 实现电炉变压器二次补偿比较困难, 制造低电压大容量的电容器质量难以控制, 需要特制的电抗器, 还要投切电容时的合闸涌流进行限制, 为确保电容器运行时的温度条件, 电抗器不能同电容器安装在一室 (电容器远离热源) , 才能使矿热炉电炉变压器的二次补偿成功应用。

关键词：解决补偿难题,电抗器和电容器,节电增效

参考文献

[1]陆安定.功率因数与无功补偿[M].上海:上海科学普及出版社, 2008.

[2]李本宁.供用电管理中的节能措施[J].冶金动力期刊, 2008 (9) .

关于无功功率补偿问题的研究篇11

1 无功功率平衡

欲维持电力系统电压的稳定性, 应使电力系统中的无功功率保持平衡, 即系统中的无功电源可发出的无功功率应大于或等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗。系统中无功功率的平衡关系式如下:

Qgc-Qld-Ql=Qr

式中, Qgc为电源发出的无功功率之和;Qld为无功负荷之和;Ql为网络中的无功损耗之和;Qr为系统可提供的备用无功功率。

Qr>0, 表示系统中无功功率可以平衡且有适当的备用;Qr<0, 表示系统中无功功率不足, 此时为保证系统的运行电压水平, 就应考虑加设无功补偿装置。

Qgc包括全部发电机发出的无功功率Qg和各种无功补偿装置提供的无功功率Qc, 即:

2 无功补偿原理

电流在电感元件中作功时, 电流滞后于电压;而电流在电容元件中作功时, 电流超前于电压。在同一电路中, 电感电流与电容电流方向相反, 互差。若在电磁元件电路中安装一定的电容元件, 使两者的电流相互抵消, 使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小, 从而提高电能作功的能力, 这就是无功补偿的道理。

3 无功补偿的合理配置原则

从电力网无功功率消耗的基本状况可以看出, 各级网络和输配电设备都要消耗一定数量的无功功率, 尤以低压配电网所占比重最大。为了最大限度地减少无功功率的传输损耗, 提高输配电设备的效率, 无功补偿设备的配置, 应按照“分级补偿, 就地平衡”的原则, 合理布局。 (1) 总体平衡与局部平衡相结合, 以局部为主。 (2) 电力部门补偿与用户补偿相结合。 (3) 分散补偿与集中补偿相结合, 以分散为主。 (4) 降损与调压相结合, 以降损为主, 兼顾调压。这是针对线路长, 分支多, 负荷分散, 功率因数低的线路, 该线路最显著的特点:负荷率低, 线路损失大, 若对此线路补偿, 可明显提高线路的供电能力。

4 配电系统无功补偿方案

4.1 变电站集中补偿方式

针对输电网的无功平衡, 在变电站进行集中补偿, 补偿装置包括并联电容器、电抗器等, 主要目的是改善输电网的功率因数、提高终端变电站的电压和补偿主变的无功损耗。这些补偿装置一般连接在变电站的10 k V母线上, 通常无功补偿装置结合有载调压抽头来调节, 通过两者的协调进行电压/无功控制。

4.2 杆上补偿方式

目前10 k V配网上很大的无功缺口需要由变电站来填补, 大量的无功沿线传输使得配电网网损仍然居高难下。因此可以采用10 k V户外并联电容器安装在架空线路的杆塔上进行无功补偿, 以提高配电网功率因数, 达到降损升压的目的。由于杆上安装的并联电容器远离变电站, 容易出现保护不易配置、控制成本高、维护工作量大、受安装环境和空间等客观条件限制等工程问题。因此, 杆上无功优化补偿必须结合以下实际工程要求来进行:补偿点宜少, 一条配电线路上宜采用单点补偿, 不宜采用多点补偿;控制方式从简, 杆上补偿不设分组投切;补偿容量不宜过大, 补偿容量太大将会导致配电线路在轻载时的过电压和过补偿现象;接线宜简单。最好是每相只采用一台电容器装置, 以降低整套补偿设备的故障率;保护方式也要简化。主要采用熔断器和氧化锌避雷器分别作为过流和过电压保护。

4.3 用户终端分散补偿方式

《供电系统设计规范》指出, 容量较大, 负荷平稳且经常使用的用电设备无功负荷宜单独就地补偿。故对于企业和厂矿中的电动机, 应进行就地无功补偿, 即随机补偿;针对小区用户终端, 由于用户负荷小, 波动大, 地点分散, 无人管理, 因此应开发一种新型低压终端无功补偿装置, 并满足以下要求: (1) 智能型控制, 免维护; (2) 体积小, 易安装; (3) 功能完善, 造价较低。与前面3种补偿方式相比, 本补偿方式将更能体现以下优点: (1) 线损率可减少20%; (2) 减小电压损失, 改善电压质量, 进而改善用电设备启动和运行条件; (3) 释放系统能量, 提高线路供电能力。缺点是由于低压无功补偿通常按配电变压器低压侧最大无功需求来确定安装容量, 而各配电变压器低压负荷波动的不同时性造成大量电容器在较轻载时的闲置, 设备利用率不高。

5 无功补偿的效果及现实意义

在工业园区, 由于数量众多、容量大小不等的感性设备连接于电力系统中, 以致电网中除需消耗有功功率外, 还需消耗大量的无功功率。未安装无功补偿设备前, 设备的自然平均功率因数在0.70～0.85之间, 无功消耗约占有功消耗的60%～90%, 浪费很大;无功补偿后, 功率因数提高到0.95左右, 无功消耗只占有功消耗的30%左右, 给用电单位带来了可观的效益。

6 结语

综上所述, 无功补偿是当前乃至今后相当长时期内, 缓解电力供需矛盾, 改善供电质量的一种行之有效的手段, 能为国家和企业带来巨大的经济效益和良好的社会效益。

参考文献

[1]李仁波.关于配电网无功补偿问题的探讨.工业技术, 2009

[2]郭芳, 郭立新.配电线路的无功补偿.西北职教, 2009

[3]罗德平.配电线路的无功补偿.研究与探讨, 2009

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