无功功率补偿控制

无功功率补偿控制（通用11篇）

无功功率补偿控制 篇1

无功功率对供电系统和负载的运行都是十分重要的，电网的无功状况是衡量电网运行水平的重要指标之一。随着经济的发展，电网无功分布的不均匀性和时变性更加明显，而人们对控制电网无功状况的要求却越来越高。随着现代电力电子技术的发展，大功率变流、变频等电力电子装置在电力系统中得以广泛应用，这些装置大多数功率因数都很低，导致电网中出现大量的无功电流, 无功电流产生无功功率，给电网带来额外负担且影响供电质量。

对系统进行快速、动态的无功功率补偿是迫切需要的。电力部门大力推广无功就地补偿装置，其重要性十分明显。在当今的电力系统中，感应式异步电动机和变压器作为传统的主要负荷使电网产生感性无功电流，而电力补偿装置能对电网实施无功补偿，提高电网功率因数，让无功功率基本就地平衡，降低线损，改善电压质量和提高线路及变压器输送能力。因此，无功补偿就成为保持电网高质量运行的一种主要手段之一，这也是当今电气自动化技术及电力系统研究领域所面临发展的一个重大课题，且正在受到越来越多的关注。

1 无功功率与无功功率补偿技术

在交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种;一种是有功功率，一种是无功功率。

1)有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量 (机械能、光能、热能) 的电功率。通常所说的功率就是指有功功率，又叫平均功率。有功功率的符号用P表示：

2)无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。由于它不对外做功，才被称之为“无功”。并非“无用”或“可有可无”。无功功率的大小反映了电源参与储能交换的程度。无功功率的符号用Q表示：

单位为乏(Var)或千乏(k Var)。感性负荷从电网吸收无功功率，容性负荷向电网发出无功功率。因为当前电网大部分用电设备都为感性，即电网为感性。而容性负荷将抵消掉电网中的感性无功功率，所以看起来就是感性无功功率是从电网获得的，而容性无功功率是设备自己发出的。

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。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。从发电机和高压输电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的原因。

2 无功补偿容量的计算方案

电力系统功率因数的高低，已经成为电力系统一项重要经济指标。因此，要求在电力系统的各级都要根据分级就地平衡的原则，采取措施补偿无功功率，提高功率因数。本设计以功率因数为判据确定补偿容量的计算方案如下：

由图1可知，补偿前功率因数：

补偿后功率因数：

有功功率：

功率补偿器的无功功率：

无功功率补偿器的容量由下式确定：

式中P1, Q1, S1-补偿前负荷的有功功率、无功功率、视在功率;Q2, S2-补偿后负荷的无功功率、视在功率;Qc-补偿器的无功功率容量;φ1-补偿前的功率因数角;φ2-补偿后的功率因数角;U-电网电压有效值;I-负载电流有效值;ω-电网电压角频率;f—50Hz电网电压频率;C-补偿电容器容量。

3 系统的整体设计方案

通过无功功率补偿器的容量计算公式上看，补偿电容器容量C需要测量出瞬时电流I，瞬时电压U，及瞬时相位φ1，必须采用A/D转换器和定时器协助测量，而AVR单片机的MEGA16芯片内部含有一个10位的ADC和2路16位的定时/计数器，具有安全可靠，执行速度快等特点，因此控制器采用MEGA16单片机为核心。

整体设计方案如图2所示。控制器以AVR单片机为核心，把从取样电路检测到的电网电压、负载电流进行放大，放大后的信号同时送到电压电流有效值检测电路和相位检测电路。电压电流有效值检测电路把放大了的电网电压、负载电流经整流滤波及相应处理后，送到主控芯片进行内部A/D采样，由主控单元快速有效地计算出电压、电流有效值，为计算得到应投入或切除电容器值提供必要的数据。

相位检测电路为主控芯片计算电网电压、负载电流的相位差提供必要的输入信号。并且送到相位检测电路中放大了的电网电压、负载电流信号，在这里进行判断两者的相位关系，从电压电流的超前、滞后关系即可实时判断出此设备是呈容性还是呈感性。若呈容性说明补偿过量，应切除相应电容器;若呈感性，与标准功率因数值比较，若小于标准功率因数值应投入相应电容器。

通过电压、电流取样电路和电压电流有效值检测电路，内部A/D转换电路及相位检测电路提供的有效信号，主控芯片计算得出负载电流、电网电压有效值以及电流、电压的相位差，并进而通过计算得到功率因数、需要补偿的无功功率和具体的电容器容量，并通过判断输出控制信号，控制电容器组的投入或者切除。用状态指示电路反映电容器组投切情况和作出系统稳态等指示。数码显示电路显示当前电压、电流值及设定的功率因数值等。控制按键可查询系统的工作状态、设置系统的工作模式、设置功率因数等。隔离光耦用来控制晶闸管触发，进而控制电容器的投切。避免了电容器投切时的电流冲击，实现了无功补偿的自动跟踪和电容器的自动投切，解决了投切时的暂态电流冲击和稳态可靠运行的难题。

4 结语

本装置控制过程灵活，操作简单，成本较低, 大大提高了供电质量，节约了能源，有很好的推广应用价值。随着科技的快速发展进步，高科技企业的增加，电力企业在如何更好地满足用户不断提高的需求的同时，还要对用户电网进行更全面的管理、监控。在这个过程中，将有各种新技术、新设备发展起来，未来的无功补偿技术将会更加具有广阔的应用前景。

参考文献

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

[2]孙成宝, 刘福义著.低压电力实用技术.北京:中国水利水电出版社, 1998.

[3]刘淑敏, 李奎文, 刘辉等.无功补偿装置的选择.电气传动.2002.

无功功率补偿控制 篇2

在交流电路中，由电源供给负载率有两种：一种是有功功率，一种是无功功率。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量（机械能、光能、热能）的电功率。比如：5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒；各种照明设备将电能转换为光能，供人们生活和工作照明。有功功率的符号用P表示，单位有瓦（W）、千瓦（KW）、兆瓦（MW）。

无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率（镇流器也需消耗一部分有功功率）来发光外，还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功，才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q表示，单位为乏（Var）或千乏（kVar）。

无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机的转子磁场就是靠从电源取得无用功率建立的。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。为了形象地说明问题，现举一个例子：农村修水利需要挖土方运土，运土时用竹筐装满土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是无功功率，竹筐并不是没用，没有竹筐泥土怎么运到堤上呢？

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。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用点设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。

无功功率对供、用电产生一定的不良影响，主要表现在：

1.降低发电机有功功率的输出。

2.降低输、变压设备的供电能力。

3.造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。

4.造成底功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。

从发电机和高压电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。

2、功率因数

电网中的电力负荷如电动机、变压器等，属于既有电阻又有电感的电感性负载。电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差，通常用相位角φ的余弦cosφ来表示。Cos φ称为功率因数，又叫力率。功率因数是反映电力用户设备合理使用状况、电能利用程度和用电管理水平的一项重要指标。三相功率因数的计算公式为：

P=Q= UIcosS= UIcos =P/S

式中cosφ———功率因数；

P————有功功率，kw；

Q————无功功率，kVar；

S————视在功率，kv，A。

U————用电设备的额定电压，V。

I————用电设备的运行电流，A。

功率因数分为自然功率因数、瞬时功率因数和加权平均功率因数。

（1）自然功率因数：是指用电设备没有安装无功补偿设备时的功率因数，或者说用电设备本身所具有的功率因数。自然功率因数的高低主要取决于用电设备的负荷性质，电阻性负荷（白炽灯、电阻炉）的功率因数较高，等于1。而电感性负荷（电动机、电焊机）的功率因数比较低，都小于1。

（2）瞬时功率因数：是指在某一瞬间由功率因数表读出的功率因数。瞬时功率因数是随着用电设备的类型、负荷的大小和电压的高低而时刻在变化。

（3）加权平均功率因数：是指在一定时间段内功率因数的平均值，其计算公式为：提高功率因数的方法有两种，一种是改善自然功率因数，另一种是安装人工补偿装置。无功功率补偿的种类和特点

1.集中补偿

在高低压配电所内设置若干组电容器，电容器接在配电母线上，补偿供电范围内的无功功率，如图1所示。1.2组合就地补偿（分散就地补偿）电容器接在高压配电装置或动力箱的母线上，对附近的电动机进行无功补偿，如图2所示。

1.单独就地补偿

将电容器装于箱内，放置在电动机附近，对其单独补偿。图3为电容器直接接在电动机端子上或保护设备末端，一般不需要电容器用的操作保护设备，称为直接单独就地补偿。油井使用电容补偿器后，无功功率和视在功率下确实很明显，但是为什么有功功率和单井有功电量都上升了。这样的话，究竟是节电了还是耗电增加了？无功补偿见到效果，应该有哪些体现？单井有功电量应该有什么反应？请专家赐教！

答：一般的用电负载都有线圈，如异步电动机绕组、电器的线圈等。线圈消耗感性无功（即常称为滞后无功），电容则消耗容性无功（即常称为超前无功）。

无功功率是不消耗能量的功率，只是在交流电的半个周期内暂时将电能以磁场（感性无功）或电场（容性无功）的形式储存起来，然后再另外半个周期内将所储存的能量返还给电网。

虽然无功不消耗电能，但是要储存电功率就必须通过增加电流来实现。而电流的增加，电网传输线路的损耗将增大。所以增加无功本身不消耗功率，而是增加电流使电能传输的损耗增加。此外，由于电流的增加，供配电设备的负担加重，负载能力下降。因此，应该进行补偿。否则，电业部门将增收一定的额外收费以作线路损耗和其它因此而造成的费用。

你说：油井使用电容补偿器后，无功功率和视在功率下降确实很明显，但是为什么有功功率和单井有功电量都上升了？其实，若油井或单井设备的工作量没有增加，有功功率和单井有功电量都不会上升。

你说的情况可能是：

1、无功功率占视在功率的比重上升了，或者说功率因数上升了。或者说是由于电网电流下降，可以增加负载。

2、油井或单井的用点设备增加，因才可能使有功电量上升。

对于第一种情况，应该说是省电了，或能量损耗减少了；对于第二种情况，不能说不是节电，应该说提高了供电设备的效率。也就是说，如果不补偿，同样的供电设备和线路提供不了那么多的有功功率，现在补偿后能够提供那么多的有功功率是设备的效率或利用率增加了，也是有很高的经济效益的。

补偿电容器的主要作用是通过补偿无功来提高用电设备的功率因数，所以说从用电部门来讲不会有什么集体的不同感觉，有功电量的消耗也不会有明显增加，但无功的消耗一定是明显降低的，由于供电局向工业企业供电时无功消耗也是计费的，着也就是说用电企业会因

无功消耗的降低而节约很大一笔开支，在许多地区，如果企业能将功率因数提高到0.9以上的，供电局会返还一定比例的电费作为奖励，如果你单位的功率因数较高，建议你去当地的供电部门咨询一下。

电网中的许多点设备是根据电磁感应原理工作的。它们在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率叫无功功率。电力系统中，不但有有功功率平衡，无功功率也要平衡。

有功功率、无功功率、视在功率之间的关系如图1所示Q

S=S

式中

S————视在功率，KVAφ

P————有功功率，KWP

Q————无功功率，kvar图一

φ角为功率因数角，它的余弦（cosφ）是有功功率与视在功率之比即cosφ=P/S称为功率因数。

由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，用电企业功率因数cosφ越小，则所需的无功功率越大。如果无功功率不是由电容器提供，则必须由输电系统供给，为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量需增大。这样，不仅增加供电投资、降低设备利用律，也将增加线路损耗。为此，国家供用电规则规定：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或切除，防止无功倒送。还规定用户的功率因数应达到相应的标准，否则供电部门可以拒绝提高功率因数，防止无功倒送，从而节约电能，提高运行质量都具有非常重要的意义。

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连接在同一电路，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。

当前，国内外广泛采用并联电容器作为无功补偿装置。这种方法安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小。

采用并联电容器进行无功补偿的主要作用：

1.提高功率因数

如图2所示? 图中

P————有功功率

S1————补偿前的视在功率

S1S2 Q2S2————补偿后的视在功率

Q1————补偿前的无功功率

φ2φ1Q2————补偿后的无功功率

Pφ1————补偿前的功率因数角

图二φ2————补偿后的功率因数角

由图示中可以看出，在有功功率P一定的前提下，无功功率补偿以后（补偿量Qc=Q1-Q2），功率因数角由φ1φ减小到φ2，则cosφ2＞cosφ1提高了功率因数。

1.降低输电线路及变压器的损耗

三相电路中，功率损耗△P的计算公式为

1.P=3

式中P——有功功率，KW

U————额定电压，KV；

R————线路总电阻，?。

由此可见，当功率因数cosφ提高以后，线路中功率损耗大大下降。

1.改善电压质量

线路中电压损失△U的计算公式

U=3

Q1

S1式中P————有功功率，KW；

S2Q————无功功率，Kvar；

Q2U————额定电压，KV；

φ2 φ1R————线路总电阻，；

P图三X ————线路感抗，?。

由上式可见，当线路中，无功功率Q减小以后，电压损失△U也就减小了。

1.提高设备出力

如图3所示，由于有功功率P=S•cosφ，当供电设备的视在功率S一定时，如果功率因数cosφ提高，即功率因数角由φ1到φ2，则设备可以提供的有功功率P也随之增大到P+△P，可见，设备的有功出力提高了。

电容器容量的选者：

电容器安装容量的选者，可根据使用目的的不同，按改善功率因数，提高运行电压和降低线路损失等因素来确定。

按改善功率因数确定补偿容量的方法简便、明确，为国内外所通用。根据功率补偿图（如图

2）中功率之间的向量关系，可以求出无功补偿容量 Qc,(kvar)

或(kvar)

式中P————最大负荷月的平均有功功率，KW；

tgφ

1、tgφ2————补偿前后功率因数角的正切值；

cosφ

1、cosφ2————补偿前后功率因数值。

可利用查表法，查出每1KW有功功率、功率因数，改善前后所需补偿的容量。再乘以最大负荷的月平均有功功率，即可计算出所需要的无功补偿容量。

感性负载：即和电源相比当负载电流滞后负载电压一个相位差时负载为感性（如负载为电动机、变压器）

容性负载：即和电源相比当负载电流超前负载电压一个相位差时负载为容性（如负载为补偿电容）

电容器无功功率补偿的应用 篇3

关键词：电容器 无功功率 补偿

0 引言

连接到电网中的大多数电器不仅需要有功功率，还需要一定的无功功率，电机和变压器中的磁场靠无功电流维持，输电线中的电感也消耗无功，电抗器、荧光灯等所有感性电路全部需要一定的无功功率。为减少电力输送中的损耗，提高电力输送的容量和质量，必须进行无功功率的补偿。

1 电力电容器的补偿功能

经电业部门调查，农网和城网输送功率潮流的功率因数大都在0.65-0.8左右，企业内部的配电网潮流的功率因数在0.65-0.7左右。低压用电设备由于动力设备实际作功比额定功率小及家用电器的作功特性，所以其自然功率因数大都偏低。供电系统除供给有功功率外，还供给大量无功功率，以至发电设备输送电能至配电设备不能有效利用。供电系统除供给有功功率外，还供给大量无功功率，以至发电设备输送电能至配电设备不能有效利用。

当功率因数偏低时，将造成下列不良影响：降低了发电设备的有功功率及发电设备效率，提高了发电成本。电容器在原理上相当于产生容性无功电流的发电机。将它连接到需要无功的补偿装置或设备上，变压器和输出线的负荷降低，从而输出有功能力增加。降低了输变配电设备的供电能力。在输出一定有功功率的情况下，供电系统的损耗降低。比较起来电容器是减轻变压器、供电系统和工业配电负荷的最简便、最经济的方法。使电网损耗增加(电网线路中的电能损失与功率因数值的平方成反比)功率因数愈低，线路中的电压损失也愈大，使用电设备的运行条件恶化。由此可见，提高功率因数对整个电力系统的经济运行有着重大意义，电容器作为电力系统的无功补偿势在必行。

2 自愈式低压并联电力电容器的结构特点

多年来，低压侧的无功补偿，大量采用油浸纸介电容器。这种电容器体积大、损耗高、成本高，而且爆炸、鼓肚、漏油现象严重，已远远不能适应电网发展的要求。

近年来发展起来的自愈式低压并联电力电容器，是以电工级的聚丙烯膜为介质，单面蒸镀一层金属膜为极板，采用无感卷绕法形成元件，在其两端面喷涂金属，将极板引出作为电极。电容器应当有放电器件，当电容器从电源脱开后，它能在规定的时间内把电容器上剩余电压降低到零，以保证维护人员的人身安全和防止重复投切时电压叠加造成电容器过电压。自愈式低压并联电力电容器尽管有自愈功能，比较安全可靠，但仍存在自愈失败的情况，造成元件绝缘水平降低，甚至短接，产生鼓肚、爆裂等个别情况。

2.1 压差防爆装置 当电容器的某一元件绝缘程度下降时，必然产生超常热量，内压增大，使电容器外壳变形，膨胀，机械位移把防爆片（线）拉断。由于电源通过防爆片与电容器元件相接，防爆片断开等于电源脱开，防爆效果决定于防爆片的设计、安装位置和电容器的密封性等。线路电压损失与线路电流成正比，提高功率因数减少线路无功电流，也就减少了线路电量损失，对于波动大和冲击性负荷无功动补装置做自动跟踪投切可以显著抑制电压闪变，对于谐波源负荷，选用抗谐波动态装置，可使公用母线电压正弦波形崎变率达到国家标准；对于不平衡负荷选用分相补偿的动补装置，则可使负序电压改善到达到电网负序电压国家标准。

2.2 安全膜 把金属化薄膜蒸镀成网状结构，即把电容器元件的容量划分成相当数量的小电容的并联。每个小电容蒸镀成具有电流保险的结构，在电容器元件的某一个小电容电弱处自愈失败时，该小电容电流保险熔断，推出运行，而整个元件容量下降甚微。

2.3 温度电流型保险 电容器由多个电容器元件组合而成，如果每个元件设置温度电流保险器件，当某一个元件由于自愈失败时绝缘下降，甚至短接时，会产生过热电流，促成温度电流保险动作，该元件即刻退出运行，而整台电容器仍可继续正常运行，只是电容量有少量下降而已。防爆预防措施是必要的，最重要的是提高电容器元件的可靠性。一般厂家都非常重视材料的选择和工艺条件的控制。缺乏优良的原材料和严格的工艺控制，是生产不出优良的成品电容器的。

金属化膜是电容器生产的关键原材料。目前一般生产自愈式低压并联电力电容器使用Al金属化聚丙烯膜、Zn-Al（或Ag-Zn）聚丙烯金属化膜。

3 铝金属化膜和锌铝金属化膜的区别

在镀膜技术中，因铝膜生产成本低，对环境的适应性强，常温常湿自然条件下，可以存放较长时间而保持导电性不变，自愈性能较好，便于保管和操作，因而得到广泛应用。

金属化电容器最突出的一个特点是具有良好的自愈性，就是说当其介质的电弱处被击穿后，由于短路产生的高能量使击穿附近的金属镀层迅速逸散形成空白区，重新恢复绝缘。这一特性要求金属化膜具有较薄的镀层。但在金属化的电容器中，金属镀层是作为极板使用的，从金属导电原理出发，又要求金属镀层越厚越好，这样电容器才能承受大电流的冲击。其喷金材料只能是Al、Zn或其合金，不同种类的金属在电场的作用下，接触面的电化学腐蚀是存在的，加上镀层，喷金面接触不良，造成耐电流冲击能力差。同时铝膜电容器在运行中由于热电效应，镀层极易腐蚀脱落，导致容量下降，损耗增大、发热等。

蒸镀采用边缘加厚技术，极板部分方阻比较大，喷金接触部分方阻小，这就解决了自愈性和抗大电流冲击的矛盾。而喷金材料采用和极板相同的Zn，不存在电化学腐蚀现象。真空镀膜的损伤程度也小。因而Zn-Al金属化膜电容器的性能稳定，具有容量下降率小，耐冲击能力强，使用寿命长等特性。但是Zn-Al膜允许在空气中暴露的时间短，镀层容易氧化，工艺要求比较严格，处理不当，会在电热的作用下，损耗增大，影响其使用寿命。

4 电容器的质量

合格的自愈式低压并联电力电容器应当符合GB12747-91标准，出厂前对电容器元件都经过检验、筛选，合格的元件才允许组装电容器。整台电容器的容量、损耗、耐压和绝缘等主要指标都经过测试，外观经过检查合格后才允许出厂。

5 使用注意事项

无功补偿装置安装后，试运行过程中，要对系统进行检测，发现过电压、过电流、振荡、谐波等要及时采取措施，这对于电容器的正常运行是非常必要的。值得一提的是，一般用户往往忽视使用说明书，使用注意事项安装时要仔细领会、照办。大家知道，电容器的阻抗是和频率成反比。随着频率的增高，损耗也增大。对于电路中的谐波和涌流要采取措施加以限制。电容器总是要产生热量的，要特别注意通风冷却。无功补偿装置安装后，试运行过程中，要对系统进行检测，发现过电压、过电流、振荡、谐波等要及时采取措施，这对于电容器的正常运行是非常必要的。

6 推广应用

无功功率自动补偿的先进性和实用性，通过实践证明，该装置能频繁快速投切、消除无功反送、提高配电设备的利用率、大幅度改善用户的功率因数、节省用户的扩容投资和电费的支出、显著改善配电质量，达到高效节能的效果；符合国家的节能政策，创造良好的社会效益和经济效益。

参考文献：

[1]ZKP电机专用节电器使用手册[Z].北京中矿节能技术有限公司.2004.

[2]赵希正.中国电力负荷特性分析与预测[M].北京:中国电力出版社.2002.

无功功率补偿控制 篇4

1 设备异常现象及常见故障检修示例

在工作实践中, 设备有以下几种常见的异常现象及故障需要设备运行人员及维修人员加以了解掌握。

1.1 智能控制器不能正常工作

(1) 控制器不工作。通常是接线错误或连接导线开路造成的。接线错误一般发生在设备安装阶段, 能够在电容柜投入试运行时发现并及时排除。连接导线开路故障通常是在设备运行一段时间后, 紧固导线的接线端子松动引起导线接触不良或开路。所以在对故障排查时要仔细检查导线连接回路中每一个接线端子, 对松动的接线端子加以紧固并更换损坏的接线端子。

(2) 欠补偿或过补偿。此种现象通常是参数设置不恰当造成的。智能无功功率补偿控制器的投入门限在0.80~0.99范围内可调, 切除门限在滞后0.91~超前-0.90之间可调。如是欠补偿可检查投入门限设定值是否偏低, 将设定值适当调高后检验补偿效果。如是过补偿可将切除门限设定值向低调, 减小电容器切除门限。如果在过补偿状态下, 电容器还继续投入, 直至全部投入并保持下去, 则需考虑是智能控制器本身过于灵敏原因造成的。当投入多组电容器后, 电网负荷突然停运, 无功迅速变化, 如控制器来不及反应, 电容器则会在电网中继续运行, 形成过补偿。控制器自动相序判断功能会把过补误判为欠补偿运行而继续投入电容器组, 直到电容器组全部投入。

1.2 交流接触器故障

(1) 限流电阻烧坏。切换电容器交流接触器加装有一组限流装置, 限流装置主要由限流触点和限流电阻构成, 其功能是抑制合闸涌流。在电容器投入时, 如果浪涌电流过大, 超过了接触器本身的抑制能力, 则会出现限流电阻烧坏的情况。针对这种故障, 维修人员可采用更换限流电阻的方法进行修复。

(2) 接触器噪声大。交流接触器在运行过程中, 如果电磁铁振动严重、噪声过大, 则需考虑下列因素。

(1) 接触器铁芯极面磨损过度或异物侵入铁芯极面导致极面接触不平产生较大噪声。可拆下线圈检查铁芯动、静端面的平整度, 用什锦锉将端面锉平, 清理侵入铁芯极面的异物。如果铁芯极面磨损严重, 则需更换铁芯。 (2) 机械部分卡涩或磁系统歪斜使铁芯不能吸平原因致使噪声过大。主要检查机械部分运动是否顺畅, 修复机械损伤部分。检查衔铁与机械部分的连接销是否松动, 对夹紧螺丝进行紧固。 (3) 接触器线圈电气回路路部分故障导致线圈电压不稳定, 电磁铁振动噪声过大。主要原因是紧固导线的螺丝松动, 在接触器线圈工作时形成断续供电打火现象, 造成线圈两端电压不稳。可通过检查接触器线圈与导线连接端子以及导线回路中各连接端子紧固螺丝是否松动, 对松动的接线端子进行紧固处理即可排除故障。 (4) 触头超行程或触头弹簧压力过大造成噪声大。可通过调整减小超行程和触头弹簧压力的方法, 降低或消除其产生的噪声。

(3) 主触头过热、熔焊。

主要有下列因素。

(1) 接触器限流装置损坏引起主触头过热、熔焊。电容器合闸涌流较大, 如限流装置损坏, 则浪涌电流全部由主触头承受, 造成触头过热, 甚至熔焊。通过对接触器限流装置进行维修更换, 即可消除该故障。

(2) 触头弹簧压力过小。采用经验测量方法, 在动、静触头间放一厚度约0.1 mm, 宽度比动、静触头接触面稍宽的纸条, 在接触器通吸合电状态下抽拉纸条。如果是100 A以上的接触器, 在纸条抽出时有撕裂现象, 则可判定弹簧压力为合适压力。 (3) 触头容量减小。接触器在投、切电容器组过程中, 触头表面会产生电弧形成烧灼麻点, 随着麻点的逐渐增多, 触头容量逐渐减小。如果接触器工作环境灰尘较大, 则触头的烧损速度会更快。当触头容量不能满足工作需求时, 则会产生过热现象。

1.3 自愈式电容器故障

(1) 外壳温度过高。电容器外壳温度超过铭牌标注额定温度常见有以下原因。

(1) 变电所内环境温度过高。测量所内日平均温度超过30℃或时平均温度达到40℃, 需采用强排风或空调制冷方法降低工作环境温度使电容器外壳温度降至允许温度范围内。 (2) 电容器接线柱连接松动。如果螺丝没有拧紧, 接线柱与导线连接松动, 则连接点会发热, 引起外壳温度也升高。连接点发热严重时, 还会烧断导线, 引发事故。

(2) 电容器发出异常声响。

(1) 电容器发出放电声响, 时间比较短、声音比较闷。这是电容器内部绝缘介质击穿短路发出的声音。自愈式低电压电容器有自愈功能, 在介质击穿后会自动恢复绝缘, 通常无需采取措施。 (2) 电容器在运行中如发出电磁力振动声, 时有时无, 则有谐波电流流过电容器。一般谐波电流在允许范围内不需理会。如谐波电流过大, 则必须采取在电容器回路串电抗器或装滤波器措施抑制谐波。

2 注意事项

(1) 维修人员在修复接触器铁芯极面和触头时, 不得使用砂纸进行打磨, 以免金刚砂嵌入影响其接触。 (2) 因熔断器熔丝熔断通常是电容器内部故障引起的, 所以在熔丝熔断后应先对电容器进行仔细检查, 然后再作出相应处理。 (3) 因电容器在故障情况下存在燃烧、爆破的危险, 所以值班人员应熟知电容器的工作特性。通过听其声音、观察各指示仪表的方法, 对电容器的运行状态进行分析判断。当发现三相电流明显不平衡或运行参数超出电容器的工作条件等异常情况时, 应及时退出电容器组进行检查。

3 结语

低压智能无功功率补偿是当前用电单位提高功率因数, 采取节能措施的首选方案。设备运行及维修人员了解、掌握其工作特性, 及时发现、排除各类不安全因素, 确保电容器的安全运行, 使之在节能管理中发挥最大作用。

摘要：低压智能无功功率补偿是当前低压用户广泛采用的一种无功补偿方式。本文对设备运行中出现的异常现象及故障进行了列举分析, 为相关人员运行管理和维修提供了参考。

无功功率补偿控制 篇5

关键词：无功补偿；晶闸管投切电容器(TSC)；复杂可编程逻辑器件(CPLD)；零电压触发

1.引言

在工业和生活用电负载中，阻感负载占有很大的比例。对于较普遍的阻感性负载，电阻消耗有功功率，而电感则在一周期的一部分时间把从电网吸收的能量存储起来，另一部分时间再把储存的能量向电源和负载释放，其本身并不消耗能量[1]。

电力系统网络元件的阻抗主要是电感性的，负荷也以阻感性负荷为主，因而补偿以并联电容器为主要手段，通常将电容器分为若干组投切。固定并联电容器补偿方式的优点在于不产生谐波、运行维护简单、可靠性高，但无法解决过补偿和欠补偿的问题。

自动投切电容器装置根据控制开关的不同，可分为断路器、接触器投切电容器装置和晶闸管投切电容器装置。断路器、接触器投切电容器装置的结构简单、控制方便、性能稳定等优点，但其响应速度慢、不能频繁投切，主要应用于性能要求不高的场合。晶闸管是无触点开关，其使用寿命可以很长，而且晶闸管的投入时刻可以精确控制，能做到快速无冲击的将补偿电容器接入电网，大大降低了对电网的冲击，保护了电容器，可以频繁投切。

2.TSC装置基本原理

无功功率补偿控制 篇6

前言

许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，因此，所谓的“无功”并不是“无用”的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已；因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。

一、功率因数分析

在功率三角形中，有功功率P与视在功率S的比值，称为功率因数cosφ，其计算公式：cosφ=P/S=P/（P2+Q2）1/2，在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，我们希望的是功率因数越大越好。这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。但是，功率因素过高，势必导致电力系统无功功率下降，电动机转子和定子之间的磁性减弱。当系统无功缺额时，根据系统无功功率负荷的静态电压特性曲线，在正常情况下，系统无功功率电源所提供的无功功率Qgcn，由无功功率平衡的条件Qgcn-Qld-Ql=0（即系统所提供的无功功率等于系统设备所需的无功功率与系统损耗的无功功率之和）决定的电压为Un，设此电压对应于系统正常的电压水平。但假如系统无功功率电源提供的无功功率仅为Qgc（Qgc

二、电压与无功功率

电压与无功功率是同频率与有功功率一样，是一对对立的统一体。当无功负荷与无功出力相平衡时，电压就正常，达到额定值，而当无功负荷大于无功出力时，电压就下降，反之，电压就会上升。

在一个并列运行的电力系统中，任何一点的频率都是一样的，而电压与无功电力却不是这样的。当无功功率平衡时，整个电力系统的电压从整体上看是会正常的，是可以达到额定值的，即便是如此，也是指整体上而已，实际上有些节点处的电压并不一定合格，如果无功不是处于平衡状态时，那么情况就更复杂了，当无功出力大于无功负荷时，电压普遍会高一些，但也会有个别地方可能低一些，反之，也是如此。提高功率因素cosφ可以减轻发电机绝缘压力，降低电能在输电线上的损耗，更加合理的利用电动机。

由以上分析可知，功率因素过低或者过高而无加控制手段，都会给电网运行带来问题和困难，甚至造成设备损坏和导致系统发生电压崩溃事故。

三、影响功率因素变化的原因

电网中影响功率因素变化原因很多，下面简要分析下：

1）大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。据有关的统计，在工矿企业所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了60%～70%；而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60%～70%。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。

2）变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10%～15%，它的空载无功功率约为满载时的1/3。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。

3）当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据统计，当供电电压为额定值的110%时，一般无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。

四、无功补偿方式

在电网中影响功率因素变化的因素如此之多，所以要想维持电网中功率因素的稳定绝非易事，这就需要在电网中无功消耗多的用电设备加上无功补偿装置，无功补偿通常采用的以下3种方法：

1）低压个别补偿，低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行的无功消耗，以补励磁无功为主。低压个别补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，因此不会造成无功倒送。

2）低压集中补偿，低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。低压集中补偿的优点：接线简单、运行维护工作量小，使无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低网损，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。

3）高压集中补偿，高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的6～10kV高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身又有一定的高压负荷时，可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用；补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高了用户的功率因数，避免功率因数降低导致电费的增加，同时便于运行维护，补偿效益高。

4）提高系统自然功率因数

提高自然功率因数是不需要任何补偿设备投资，仅采取各种管理上或技术上的手段来减少各种用电设备所消耗的无功功率，合理使用电动机，提高异步电动机的检修质量，合理选择配变容量，改善配变的运行方式等都可以提高自然功率因数。

小结

电力系统中功率因素是衡量电能质量的重要指标，功率因素过低或过高都会对电力系统造成影响，因此对功率因素作深入的分析是一项非常必要的工作。

参考文献

[1]李明；浅析工厂供配电系统的无功功率补偿问题[J]；四川建材；2011年04期.

[2]王雨；工厂供电系统无功补偿问题研究[J]；技术与市场；2011年06期.

无功功率补偿控制 篇7

感性负载在生产中的大量使用, 导致大量的无功功率在电网中流动, 从而导致电压不稳定以及电能浪费, 严重时还会造成设备损坏。无功功率对整个电力系统的稳定运行有着重要的影响, 对单片机无功功率的补偿装置进行合理的设置, 从而可以提高电力系统的运行稳定性。

1 无功功率

1.1 无功功率产生原因

交流电功率可分为无功功率和有功功率两种, 在电力系统当中, 有大量感性负荷, 例如:相控交流电力调节装置以及相控整流器等电子装置中都有大量的感性负载, 在有电流出现时就会形成交变磁场, 投入到运行过程中时, 基波电流的滞后电网电压, 都需要耗损大量的无功功率。

1.2 无功功率补偿原理

在电力系统当中, 把容性功率负荷设备和感性功率的负荷进行并联之后接入一个电路当中, 让能量能在不同负荷之间进行交换, 该情况下, 感性负荷需要无功功率就能从容性负荷的输出无功功率补偿中得到, 无功功率补偿的基本原理就是如此, 对其进行设计的同时一定要以此原理为依据。

1.3 无功功率造成的影响

在电力系统当中, 无功功率是有功功率的1.5倍左右, 对无功功率进行传输会使有功功率产生损耗, 功率因数由此降低, 传输的途径也会有很大压降产生, 该系统会出现诸多负面的影响:首先, 系统的无功功率不足, 线路末端的电压不断降低, 工作设备无法进行正常运行;其次, 电动机工作时的效率会相对的降低;最后, 系统总电流的增加导致电力系统中诸多元件的容量也随之增加, 与之同时增加的还有设备尺寸和设备规格, 投资的费用也跟着增加。

2 单片机无功功率装置的设计

2.1 控制方式选择

在控制方面, 一般都是通过多变量综合控制、无功功率控制、基于瞬时无功功率理论以及功率因数控制这样四种, 其中最为合理的补偿方法就是将补偿设备进行最大程度的利用, 从而将电网功率因数进行提高, 且避免过补偿的发生以及无投切振荡等现象。对多个方面的因素以及系统设计方面的需求进行综合性的考虑, 对功率因数控制方式采取措施, 通过电流过零时间差以及电网电压的测量, 与此同时, 过零时间差还能够对欠补偿以及过补偿进行准确的判断。

2.2 系统总设计和参数要求

在本次研究中, 设计出的无功功率补偿控制系统装置有低发热量、安全可靠、冲击小、无触点、不用维护以及过零投切等诸多特点, 能实现实时补偿、自动补偿等多项功能。系统将单片机作为主要控制核心, 设计为大功率的晶闸管电路, 从而使无功功率的自动补偿得以实现。核心的参数内容中包括了补偿之后的功率因数不小于0.95, 与此同时, 系统可以在20ms为一周期的交流电中, 对三相电流和三相电压进行≥100次的采样。

2.3 投切方式选择

在投切的方法方面, 主要的方式有这样几种:晶闸管反并联、二极管和晶闸管的反并联以及双向晶闸管这样三种。在上述提到的三种投切方式中, 双向晶闸管的投切方式, 它将其他两种投切方式的优点进行了有效的结合, 不仅能够对系统可以获得良好的安全稳定性以及可靠程度提供了有效的保障, 而且投入的设备数量少, 对其进行控制的难度也适中, 因此, 本次的研究中, 采用的投切方式就是双向晶闸管。

2.4 补偿方式选择

补偿的方式一般有三种, 分别为:单相补偿、三相共补、共补和分补进行有效的结合这样三种, 在设计之前, 对系统在设计方面的需求进行详细的分析和探讨。在本次的设计当中, 拟采用的补偿方式是三相共补的补偿方案, 该补偿方案与其他两种相比较, 显得较为简单, 并且控制较为容易, 同时, 还可以将硬件资源需要投入的成本进行有效的减少从而避免了欠补偿和过补偿现象的发生, 电容的容量可以得到节省补偿, 让整个电力系统具有十分良好的经济性。

2.5 软件系统设计

软件系统是单片机自动控制补偿装置中最为主要的灵魂部分和核心部分。设计出来的软件系统效果, 对整个电力系统的可控性以及稳定性都起到决定性的作用, 因此, 在设计方面, 还需要对软件系统中存在的功能进一步进行分析和探讨, 对软件系统在控制方面的策略以及系统设计方案进行详细的说明。首先, 软件系统要具有十分良好的实时性, 这也是软件系统在控制能力方面的判断标准;其次, 软件系统要具有十分良好的可靠性, 在该方面, 主要包括了运行过程中故障避免发生能力和故障发生后排除和解决的能力;最后软件系统要具有十分良好的可读性, 控制系统的程序采用模块化的形式进行设计。软件主程序设计图, 如图一所示。

2.6 硬件电路设计

根据电力系统在功能方面的要求以及核心技术方面的参数要求, 另外还有补偿方式、控制方式以及投切方式的有效选择方法, 这些都需要对系统的电路设计等诸多方面进行整体上的规划, 从而达到采用最优电路和最少部件来实现最经济、功能最好的电路设计目的。在相关方面, 需要进行解决的就是对软件设备和硬件设备的耦合度以及相关方面的关联性进行考虑, 同时, 对单元电路进行设计时力求合理简单, 选用先进的技术等。硬件系统结构设计图, 如图二所示。

3 结束语

对于整个电网的稳定运行以及安全性来说, 无功功率的补偿问题有着不言而喻的重要意义。传统中使用的相关装置设备在可靠性和安全性方面较差, 并且自动化的程度较低, 没有办法实现自动化的投切, 因此, 有效的设计出安全稳定的无功功率补偿装置是十分重要的一项工作研究。

参考文献

[1]陈玉燕, 范国伟, 刘一帆, 曹治敏.基于单片机控制的智能动态无功补偿装置设计[J].安徽工业大学学报 (自然科学版) .2011, (01) ;19-21.

无功功率补偿控制 篇8

近年来,我国电力装机容量以每年10 G W的速度递增,大大缓解了供电紧张的局面,有些地区还出现供电过饱和的现象,然而配电网的建设速度明显滞后,网架薄弱、设施老化、线路长、无功缺额大、功率因数低、电压质量差及网络损耗等问题日益严重,无功补偿自动化程度低,国家电力公司和各省市电业局都开始重视这一问题。降低网损是供电部门减少供电成本的重要突破口,也是今后增加供电量的重要手段。另外配电网的投资运行费用在整个电力系统费用中占了相当可观的一部分,故对配电网进行优化规划可以有效地降低系统总费用。而无功分布影响着配电网的电压质量和系统的经济运行,无功优化作为规划设计的重要环节,通过调节无功补偿设备的投入量,对保证电网的电压水平、降低网损、提高系统的稳定性有重大意义[1,2,3],是实现电网经济调度的重要手段之一。

1无功补偿控制系统的硬件构成

控制装置的主体是可编程控制器PLC,考虑到控制装置的尺寸和可扩展性,选择小型的、模块化的西门子S7-200系列PLC,这样在设计过程中,可以根据现场运行实际的不同控制要求,来选择需要的模块。PLC的CPU单元本身带有两个RS-485通信接口,可以不配备专用通信模块,用通信线直接与上位机计算机相连,进行通信。

如图1所示,采用计算机作为上位机,对变电站无功进行综合监控,按照电力系统规约与下位机进行通信,在数据采集的基础之上建立数据库和画出负荷运行曲线,并且根据数据库的内容建立起智能故障分析与预测系统,以便于运行人员能及时地发现并排除故障,能够实现定时/召唤打印和越限报警、事故追忆的功能,充分实现控制的自动化和智能化;利用可编程序控制器(PLC)作为下位机,充分利用PLC可靠性高、实时性好、性能价格比高的特点,实现P L C与上位计算机的通信,将模拟信号经相应的WB智能变送器3M004R4通信接口送入PLC,由PLC的CPU处理后,通过电力系统的通信规约输出到上位计算机。下位机PLC主要完成实时数据的采集、状态的判别和输出控制等,上位计算机则是主要实现采集数据的信息的存储处理分类、状态显示、智能数据分析等的功能,充分发挥计算机与PLC各自的特点,实现上位机与下位机的优势互补,提高了整个系统的稳定性,达到在保证电能质量的基础之上,能够最大限度的提高电器设备的使用寿命,降低其运行费用。

下面分别介绍无功补偿控制器所用的各模块。

1)电源模块。为S7-200正常工作提供电源。

2)CPU 226模块是S7-200 PLC的核心部件。它有24入/16出共40个I/O点,完全满足设计要求并留有一定的扩展裕量;其两个RS-485通信口,一个用来和上位机及WB智能变送器3M004R4进行通信,另一个用以连接中文TD 200显示器件以实现现场显示、参数设置等功能。

3)TD200文本显示器的基本功能是文本信息显示和实施操作,在控制系统中可以设定和修改参数。它连接简单,只需要将连接电缆接到CPU22X系列PPI接口上即可,无需外加电源。

4)WB智能变送器3M004R4,由通信口直接将U、I、P、Q、cosφ等电参数发送给PLC。

2无功补偿控制系统的软件

2.1控制器软件

系统以11区判断作为无功控制的依据,控制器采用的控制策略可用图2来表示。

0区:电压无功都在规定的范围之内,则电容器组保持不动;

1、2、3区:电压越下极限Umin,则切除全部电容器组而不论无功的大小;

4区:电压越下限UL,为了防止切除电容器而使得电压进一步降低,则闭锁电容器组的切除;

5区:电压合格,系统无功偏低,切除电容器组;

6区:电压合格,系统无功偏高,投入电容器组;

7区:电压越上限UH,为了防止电容器投入时使得电压越上限Umax,则闭锁电容器组的投入;

8、9、10区:电压越上极限,则逐级切除电容器组而不论无功是否满足条件。

PLC作为无功补偿的控制器实现的主要功能是通过用STEP7编程而实现的,下面主要介绍控制器设计要点。一个控制系统能够保证安全、无误、可靠的良好运行,如何做好保护和闭锁起着非常关键的作用。为了防止电容器因为干扰而频繁动作,控制器没有立即根据所采集到的电压、功率因数而作出判断,而是延时一段时间(比如几秒钟),等到系统电压和功率因数变化趋于稳定后再发出动作与否的信号。

既要根据电压、无功选择电容器投入或切除的组数,又要兼顾电容器动作的次数,防止有的电容器组已经动作多次,有的还没有动作。这样会缩短频繁动作的断路器的使用寿命,降低设备的利用效率。所以,用了顺序控制继电器指令SCR。通过顺序置位和复位的操作,使每组电容器在一个循环操作中都只有一次动作的机会。例如有六组电容器,因为功率因数偏低,系统所需无功较多,所以投入了第一、二、三组电容器。后来系统经过一个时间段以后,系统所需无功变少,功率因数偏高,则切除了第一、二组电容器。后又因为感性负载增多,无功损耗加大,需要投入一组电容器,考虑到第一、二、三组电容器已经动作,而第四、五、六组电容器尚未动作一次,故应投入第四组而不是第一组电容器。在切除一组电容器后,为了防止电容器的电压过高时重新投入,则应经过一个时间段,以保证电容器上的剩余压降降至50 V以下。

电容器组采取过电压和过电流保护,防止电容器的损坏。

当电压越上限或越下限时,都应闭锁电容器组的投切,防止电压进一步的恶化。而当电压越上极限时,则不论无功的大小,都应将电容器组逐级切除,当电压越下极限时,无论无功的大小,则切除全部的电容器组。

控制器主程序包括手动和自动两部分。第一部分为自动程序,主要是根据模拟量采集模块所测数据和控制策略进行自动的投切电容器或闭锁,简化人为操作,提高自动化程度,克服一些因人为因素所带来的误操作,有利于无人值班变电站的运行和管理。而手动部分则配备了相应的手动操作开关,根据运行情况,确定投切与否,然后手动操作开关,以实现调节的要求。手动和自动相互配合,任何一方出现了问题,则以另一方来取代进行相应的操作,尽可能的提高无功补偿设备的使用率。

2.2 PLC通信程序

无功补偿控制系统中的控制器PLC通过通信网络将信息传递到上位机进行集中处理,并在上位机显示屏上显示实时电压、电流等的运行情况、控制器的运行状态以及各类参数的数值。在变电站运行的不同时段还应根据要求由上位机实时修改PLC设定的参数。另外,操作人员还可经TD 200对PLC的工作进行现场监控,通过功能按钮修改参数或下达指令,因此整个系统运行的正常与否与通信程序设计的好坏关系极大。

系统采用PLC的自由口通信方式[4]。通信协议完全由用户程序来控制。下位PLC通过使用接收中断、发送中断、发送指令和接收指令,使用户程序控制通信口的运作。S7-200 PLC的通信接口是9针RS-485信号接口,通过PC/PPI电缆与计算机连接。通过对SMB30(口0)的设置允许自由口通信模式,并可以设置P L C自由端口0发送信息的波特率、起始位和校验方式等。通过对特殊存储器字节SMB86～SMB94的设置,可以设定接收信息的起始字符、结束字符等通信规约。

通过使用接收中断、发送中断、发送指令和接收指令编制用户程序,可以控制通信口的运作,以下对中断和通信指令加以介绍。

中断连接、中断分离指令的梯形图符号如图3所示。

中断连接指令(ATCH)把一个中断事件(EVNT)和一个中断程序(INT)联系起来,并允许这个中断事件。

中断分离指令(DTCH)截断一个中断事件(EVNT)和所有中断程序的联系,并禁止该中断事件。

其中,EVNT:表示中断指令指定的中断事件号(事件号8、9、23是与端口0通信有关的事件号)。

INT:表示与中断事件相关联的中断服务程序标号。

在激活一个中断程序前,必须在中断事件和该事件发生时希望执行的那段程序间建立一种联系,中断连接指令指定一个中断事件所要调动的程序段。在开中断情况下,某个中断事件发生时,就执行最后一次为该事件指定的中断所调用的程序段。用ATCH指令为某中断事件调用相关的程序段时,自动的将此中断事件打开。用DTCH可以解除中断事件和中断程序段之间的联系,同时将该中断事件关闭。

发送、接收指令的梯形图符号如图4所示。

发送指令(XMT)激活发送数据缓冲区(TBL)中的数据,并由通信端口发送该数据。数据缓冲区的第一个数据指明了要发送的字节数,PORT指定了用于发送的端口。

接收指令(RCV)激活初始化或结束接收信息的服务。将指定端口(PORT)接收的信息存储于数据的缓冲区(TBL)。数据缓冲区的第一个数据指明了接收的字节数。

其中,T B L用于指定接收或发送数据的缓冲区,其第一个字节用来设定应接收或发送的字节数(最大255个字节)。

2.3上位机通信程序

在编制上位机通信程序时,为了编程方便,选用基于ActiveX串行口通信控件即Microsoft公司提供的MSComm控件实现上位机与S7-200 PLC的串行通信。MSComm控件是VB软件中的OCX控件。VB的MSComm通信控件具有丰富的与串口通信密切相关的属性及事件,提供了一系列标准通信命令接口,可以用它创建全双工的、事件驱动的、高效实用的通信程序。

在Delphi6.0中选择菜单“Component”中的“Import ActiveX Control”命令,在“Import Active X”选项卡内选择“Microsoft Comm Control6.0”项,然后单击“install”按钮安装MSComm控件,安装后在“ActiveX”组件板中出现MSComm图标,即可以被使用。编程时应注意其I n p u t和Output属性的数据类型为OleVariant,这与VB,VC不同。

上位机通信子程序的流程图如图5所示。

2.4上位机软件

在设计中使用Delphi语言来实现系统上位机监控功能。Delphi语言是一种面向对象的编程语言,采用了高度模块化的程序设计方法,使得编制大型程序较为容易,而且具有一定的灵活性,如果系统需要扩充或修改,只需对相应模块进行独立调试即可。同时Delphi还具有数据库功能强大、绘图简单、界面友好等特点,十分适合编制本系统上位机软件。

相关数据的管理采用Delphi6.0自带的Paradox数据库,用SQL语句实现,主要用到的SQL语句有查找、插入、修改及删除等。打印功能用Delphi6.0内嵌的第三方报表设计软件QuickReport。若需要将生成的报表转换成PDF、EXCEL、WORD或WEB格式,可采用Quick Report Export。权限设有系统管理员、高级用户及一般用户三种。数据备份与恢复利用API函数ShFileOperation实现。为了最大限度保证数据通信的实时性,同时又能及时响应用户的操作或进行数据处理,使设计的软件可靠实用。采用多线程技术无功补偿控制系统上位机控制软件。多线程的实现是利用Delphi提供的TThread类,采用面向对象的设计方法。从TThread类派生一个类TComm,TComm可使用TThread基类的特性。在TComm类中定义私有变量,重载TThread类的Execute方法,定义数据显示刷新的过程Display。类定义如下。

3结语

系统具有以下特点:

(1)采用智能电参数变送器3M004R4,由RS485通信口直接获得U、I、P、Q、cosφ等作为无功补偿控制的辅助判据和闭锁条件,具有可靠性高、性价比优等优点。

(2)PLC作为变电站等电磁干扰严重环境下的现场控制器表现出可靠性高、抗干扰能力强、控制灵活方便等一系列优点,具有广泛的应用前景。

(3)设计的监控系统利用PLC作为下位机进行现场控制,利用其内部定义好的各类“软继电器”代替实际的继电器连接,既减少了复杂的连线又使得各类闭锁功能通过简单编程就可以在内部实现,其闭锁速度也完全符合要求。

(4)利用RS485总线技术进行现场信息的传输,提高了通信的抗干扰能力和通信速率,并具有软件纠错能力,通过通信网络将上位计算机与下位PLC相结合,可以取长补短,充分发挥两者的优势,形成一个具有数据采集、显示、判别、通信、控制、执行的无功补偿控制系统。

参考文献

[1]王兆安,杨军,刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社,1998.

[2]靳龙章,丁毓山.电网无功补偿实用技术[M].北京:中国水利水电出版社,1997.

[3]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.

功率因数与无功补偿 篇9

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.

关于无功功率补偿问题的研究 篇10

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

风电场无功功率补偿研究 篇11

1 风电场无功补偿的国内外研究现状

风力发电是将风能转化为电能的发电技术, 是分布式发电技术中较成熟的一种, 不仅能减少环境污染, 还能减小电力系统的燃料成本, 有着可观的经济效益。但考虑风电场的特殊性, 风电场风速随机性和间歇性及其通常接入到电网结构薄弱地段, 给系统电网安全可靠性带来影响, 尤其无功不足引起电压变化, 严重时甚至可能导致电压崩溃。因而国内外专家学者已对风电场无功-电压关系的影响及其无功优化补偿开展了广泛而深入的研究。风电场中风力机并不发无功功率, 而变压器和线路等需要无功功率, 在此只考虑并网风电场, 如不进行无功补偿, 会造成地方系统向风电场倒送无功, 既会造成有功网损的增加又会影响系统的电压稳定;而且风速的间歇性和随机性, 会给风电场的电压带来巨大的波动, 严重时会影响地方电力系统电压稳定。因此, 针对风电场的电压稳定而进行的无功补偿问题近些年一直学者关心的热点。

风力发电场对电网电压的影响主要表现为:a.启动时对电网的冲击;b.运行中对电网电压的影响。目前, 风力发电机组一般都采用异步发电机, 如不加以限制, 其并网冲击电流可达到额定电流的5~8倍, 需采用特殊的技术措施加以限制。一般风电机组可运行的有效风速范围为3~24m/s。由于风力的随机性和间歇性难以预测, 当出现阵性风或虽然连续但脱离了有效风速范围, 都将造成风力发电功率大幅度的变化, 对系统的频率和电压造成影响。考虑对电网频率的影响, 电网对风电的吸纳能力约为电网总容量的10%;对电网电压的影响以风电接入点最为严重, 其影响更为显著。

2 风电场无功优化补偿算法研究现状

目前国内外学者在无功优化补偿算法方面做了大量的工作, 提出了不少算法, 主要有经典数学优化算法和新型智能优化算法。

经典数学优化算法:a.非线性优化算法。无功优化补偿的数学模型是非线性的, 如果直接用非线性优化方法对原问题进行求解, 就可能避免线性优化过程带来的误差。b.线性优化算法。线性优化方法的原理就是把目标函数和约束条件全部采用泰勒公式展开, 略去高次项后, 使非线性规划问题在初值点处转化为线性规划问题, 用逐次线性逼近的方法来进行解空间的寻优, 而通常是采用单纯形法和内点法来求解。

智能优化算法:a.禁忌搜索算法。在Tabu搜索中首先按照随机方法产生一个初始可行解作为当前解, 然后搜索当前解的邻域中的所有可行解, 取其最好的可行解作为新的当前解。b.遗传算法。遗传算法是近年来兴起的一种自适应搜索算法, 尽管目前还没有数学严格证明其良好的收敛机理, 但它来源于生物进化的算法规则运用于各种优化计算取得了很好的效果。

结束语

基于遗传算法, 根据“适者生存”的原则, 指导在不断改进的解区域中进行搜索, 采用多路径搜索, 在整个解空间里寻优, 不受函数约束条件的限制, 可以方便地引入各种约束条件, 容易求解带有多参数、多变量、多目标和在多区域但连通性较差的优化问题, 故可以准确获得最佳无功补偿方案及补偿容量, 从而对风电场无功进行补偿, 不仅改善了风电场电压情况, 亦提高了系统的有功功率, 增强系统稳定性, 有利于提高输电能力。

摘要：随着风能的大力开发, 风电场无功补偿已成国内外研究的热点。由于风电场的特殊性, 风电场一般处于电网末端比较薄弱的地方, 输出有功随风速波动变化, 输电电缆和输变电设备消耗的无功功率也随之变化, 影响风电场和地方电网的电压稳定和无功潮流, 目前还没有很成熟的补偿无功功率方法。在之前研究的基础上, 从而进行深入研究, 比较多种无功补偿方案, 并进行对比无功补偿优化措施。

关键词：无功补偿,风电场,遗传算法

参考文献

[1]迟永宁, 刘燕华, 王伟胜.风电接入对电力系统的影响[J].电网技术, 2007, 31 (3) :77-81.

[2]陈树勇, 申洪, 张洋等.基于遗传算法的风电场无功补偿及控制方法的研究[J].中国电机工程学报, 2005, 25 (8) :1-6.

[3]王秀云, 杨亮, 王彬, 杨冬梅, 刘立伟.模拟渔夫捕鱼寻优算法的无功优化[J].东北电力大学学报, 2011, 32 (2) :62-66.

[4]陈树勇, 戴慧珠, 白晓民, 周孝信.风电场的发电可靠性模型及其应用[J].中国电机工程学报, 2000, 3:27-30.