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谐波治理和无功补偿的必要性

一、能源危机

  能源的开发和控制是一个世界性的课题,它直接关系到人类的生存和发展,没有哪一个国家不在奋力寻求解决能源问题的有效方案。能源的储量是有限的,解决能源问题的重点自然就落到了能源控制和节能上。无功补偿谐波治理可以有效地节约能源,减少用电单位的用电支出。

  二、国情需要

  在中国,对节能降耗控制的需求显得尤为迫切,因为中国正面临着长期性的电力短缺和紧张。日本能源研究所报告指明:中国目前的电力缺口是9.93%,到2010年将剧增至15%。并且,中国的电力来源的结构也对未来的电力市场造成了巨大的潜在的威胁,安装无功补偿谐波治理装置,提高电力线路设施的免维护率,为中国企业节约电能,提高设备出力显得尤为重要。

  三、政策支撑

  全国供电规则规定: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,设计和安装无功补偿设备,并做到随其负荷和电压的变动及时投入或切除,防止无功电力倒送。改善企业用电的功率因数(即进行无功功率补偿),消除企业力率电费是企业节约电能的重要环节。

  四、 企业需求

  许多企业对无功补偿谐波治理的节能意义认识不足,不知道为什么要装,仅仅是因为供电部门力调罚款,才不得不装。客观地讲,无功补偿谐波治理确实对供电部门有诸多好处,但对企业自身也有许多益处:

  1、电力部门对各企业的功率因数有规定的标准,如果达不到标准,要对其进行罚款,收取力率电费,功率因数提高后可以消除力率罚款电费。(电费的构成:①.基本电费②.动力电费③.附加电费④.三峡集资电费⑤.力率调整电费)

  2、安装无功补偿装置后电网传输的无功功率减少,这样就增加了电网的传输有功功率的能力,提高了设备利用率。

  3、功率因数提高后,线路的总电流下降,线路损失和变压器有功损失会降低,可以减少一部分动力电费。

  4、功率因数提高后,线路的总电流下降,线路的电压降减小,从而改善了电压质量。

  5、在变压器出力不够时,安装无功补偿装置,提高功率因数可使变压器的带载能力增强。

  1、无功补偿的主要作用

  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耗损、稳定电压和提高供电质量,在长距离输电中提高系统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,可限制无功补偿在电网中传输,相应减小了线路的电压损耗,提高了配电网的电压质量。无功补偿应根据分级就地和便于调整电压的原则进行配置。集中补偿与分散补偿相结合,以分撒补偿为主;高压补偿与低压补偿相结合,以低压补偿为主;调压与降压相结合;并且与配电网建设改造工程同步规划、设计、施工、同步投运。 无功补偿的主要作用具体体现在:①提高电压质量;②降低电能损耗;③提高发供电设备运行效率;④较少用户电费支出。

  2、无功补偿电容器的特点

  ①无功补偿电容器是在工频交流电压下长时间运行的容性无功功率供应源。

  ②无功补偿电容器本身的有功功率损耗较小,一般约占无功容量的0.3%~0.5%。

  ③电力电容器安装简单、使用方便,维护工作量小,一次投资较少。

  ④由于结构上的特点,过高的环境温度和运行电压都会影响它的实用性能和寿命,甚至造成事故。

  ⑤电容器的无功出力与电压平方成正比。

  当系统电压降低而需要更多的无功补偿时,电力电容器的无功出力恰恰在此时降低,显示出其性能不足的一面。电力电容器是电力系统无功补偿的手段,运行中并联电容器的容性电流抵消感性电流,使传输元件如变压器、线路中的无功功率响应减少,因而,不仅降低了由于无功的流向而引起的有功损耗,还减少了电压损耗,提高了功率因数。所以采用并联电容器进行各级电网的无功补偿是电力系统最广泛的应用方法。

  3、合理选择和应用无功补偿电容器

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  ①电容器额定容量的选择应注意与变压器容量相匹配。电容器额定容量过大或过小都难以取得合理的补充效果。

  ②防止电容器开关频繁投切。电容器开关频繁投切会产生极高的尖峰电流,尖峰电流对开关电气的正常操作危害很大,常造成开关电气的使用寿命缩短或损坏故障的突然发生。

  ③防止电容器受到谐波谐振的影响。在电容器接通回路中串联一个感性电抗器,既可以防止产生谐振,亦可吸取高次谐波电流。

  ④选择新型号产品。目前国内开发生产的新型电容器,无论是技术指标还是结果性能都有了很大提高。

  4、确定无功补偿容量

  无功补偿计算的目的是为了合理选择并联电容器的容量。电容器安装容量的选择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数来确定。

  ①从提高功率因数角度决定补偿容量,这是最常用的方法。除公式计算外,实践中亦可以利用查表发获得每1kW的有功功率、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。

  ②从提高线路端电压角度决定补偿容量。按无功电压规定,以送端潮流功率因数在0.95~0.98为宜,一般可达到末端电压降不大的目的。

  ③从提高变电站供电能力角度决定补偿容量。

  5、用电企业无功补偿方法

  用电企业普遍利用并联电容器进行无功补偿,以提高功率因数,降低供电线路得电流和降低线损,但在实际应用中,不同的补偿方式补偿效果有所差异。

  ①高压电容无功补偿。对提高总回路功率因数的效果最为显著,但对企业的节电效果而言,不如低压电网和用电设备的直接补偿理想。

  ②低压电容集中无功补偿。集中补偿分为固定容量补偿和自动补偿,可最大幅度挖掘变压器额定容量的潜力,增大负载能力。低压集中补偿的缺点是不能解决低压网络内部无功电流的流动;补偿容量大时投入资金较高,在低负荷时还易出现过补,造成效率降低;在投切过程中往往由于冲击涌流较大而易造成设备损坏。

  ③无功功率就地补偿。无功功率就地补偿的方式可以最大限度地降低线路的电流,但对于频繁操作的设备,由于瞬间大电流的频繁冲击,也易造成电容器损坏。另一方面,由于电容是随即运行投切,其有效利用率也较低。

  ④低压分散无功补偿。其优点是投切较为经济,在低负荷时可以相应停运部分补偿电容器,以防过补。其缺点是需要人工频繁投切操作。在投切不及时或投切容量不对应时,也易造成过补偿或欠补偿。

  6、电容器安装容量倒置的原因

  电网无功补偿布局不合理,长期存在电容器安装容量倒置现象。110kV变电站理应多装电容器,但普遍存在的实际情况却是110kV变电站安装的电容器容量小,不能满足需要。220kV及以上电压等级变电站理应少装电容器,而目前的实际情况却是安装的电容器容量往往大于需求。这就是所谓城乡电网与区域电网电容器安装容量倒置现象。造成这种现象的主要原因有:

  ①变电站电容器的设计安装容量为变压器容量的10%~30%。长期沿用的设计思想是区域变电站按变压器容量的25%左右配置,而城乡变电站仅按10%~30%配置。这种设计思想没有考虑到用户功率因数较低的实际情况,也没有经过电网无功功率优化配置计算,与实际应用效果不符。

  ②区域变电站无功补偿投资远大于城乡变电站的无功补偿投资,造成客观上的电容器安装容量倒置。

  ③目前对变电站的无功容量配置,缺乏统一的技术标准和统一的协调与管理。

 


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