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设备人须知应懂:供配电无功补偿

日期: 2020-05-15
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引言 

  

现代电网中,占比重较大的是电动机等感性负荷,它们在消耗有功率和吸收大量无功功率。无功功率的出现导致了发电机出力下降,同时使输配电设备效率减少,而且还增大了网损,使供电质量受到严重影响。无功功率对电力系统运行的经济性和电能质量有关键性的作用。无功功率是电力系统一种必须的功率,电网中的无功功率的大量损耗,系统需要提供足够的无功功率,不然电网电压将下降,也就不能保证电能质量。同时,不合理分配的无功功率,也将引起线损的增加,使电力系统运行的经济性得不到保证。 

  

一、无功功率和功率因素介绍 

  

1、无功功率是由电路中电场与磁场的交换从而在电气设备中建立和维持磁场而产生的电功率。它不对外作功,只是将电能转换成其他形式的能量。但凡有电磁线圈的电气设备需要建立磁场,无功功率的消耗就必不可少。从电源处获取无功功率建立电动机转子磁场,与此同时变压器也需要无功功率,这样才能使变压器的一次、二次线圈中产生磁场或感应出电压。所以,在没有无功功率的情况下,电动机将不能转动,变压器同样不会变压,交流接触器也就不会吸合。通常情况下,用电设备不仅要从电源吸收有功功率,于此同时还要从电源吸收无功功率。如果电网中的无功功率得不到供应,用电设备建立正常的电磁场就得不到足够的无功功率,所以,就不能维持这些用电设备在正常情况下的工作,用电设备的端电压就一定会下降,因此会影响电气设备的正常运行。无功交换损失的感性无功功率得到容性无功功率的补偿变得有效平衡。无功功率因何而来?显然,发电机提供的无功功率相对负荷和网络对无功功率的大量需求来说会供不应求,只是依靠发电机来提供无功功率的话也是非常不经济的。无功功率最关键的来源是利用各种无功补偿设备从而在电力系统的各个环节来进行无功补偿。所以,无功补偿是电力系统的非常重要的组成部分,它是保证电能质量和实现电力系统运行经济化的比较基础的手段。 

  

2、电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差,一般用相位角的余弦来表示,称之为功率因数。功率因数是用来体现用户用电设备合理使用状况、电能利用状况的一项重要指标。功率因数有自然功率因数、瞬时功率因数和加权平均功率因数三种。其中自然功率因数指的是用电设备在没有安装无功补偿设备时而出现的功率因数,换句话来说的就是用电设备本身所拥有的功率因数。自然功率因数的高低是用电设备的负荷性质的关键,电阻性负荷如白炽灯、电阻炉等的功率因数较高,而电感性负荷如电动机、电焊机等的功率因数比较低。瞬时功率因数指的是在某一瞬间由功率因数表显示的功率因数。瞬时功率因数是伴着用电设备的种类、负荷的大小和电压的高低从而时刻变化的。加权平均功率因数指的是在一定时间段内功率因数取得的平均值。 


设备人须知应懂:供配电无功补偿


二、无功功率补偿的方式   


在电力系统中,无功功率的补偿方法有很多,其中包括采用同步发电机、同步电动机和SVC等。在许大多数工程的供电系统中,因为阻感性负载居多,总等效的负载都成感性,通常采用的是并联电容器组来补偿无功功率和提高功率因数。在用自备的发电机组供电时,都会配有自动励磁调压装置来对无功和电压进行自动调节。 

  

依照安装位置的不同,并联电容器有以下三种补偿方式:一是将电容器组集中安装在母线上集中补偿,用来提高整个变电所的功率因素,降低馈出线路的无功损耗;二是将电容器组分别装在功率因素比较小的区域母线上进行分区补偿,这样的补偿效果更佳,而缺点是补偿范围比集中补偿范围要小;三是在负载设备附近安装电容器组,就近进行无功补偿,对于感性设备如异步电动机和以荧光灯为主的照明电路等,这种方式的优点是既能够使供电回路的功率因素得到提高,也能改善用电设备本身的电压质量,而缺点是电容器布置比较分散,维护工作量较大,国产自愈式电容器技术与生产水平的提高,给就地补偿方式的推广创造了机会。 

  

三、提高功率因素的计算 

  

功率因数指的是电力网中线路的视在有功功率供给的消耗所占百分数。在电力网的运行中,我们所希望看到的是功率因数越大越好,如果能够做到这一点,那么电路中的视在功率将会把大部分用来供给有功功率,用来减少无功功率的消耗。用户功率因数的多少对电力系统发、供、用电设备的充分利用有着重要的影响。适当的提高用户的功率因数,不仅能够充分地发挥发电和供电设备的生产能力、降低线路损失、电压质量得到改善,还可以提高用电用户对用电设备的工作效率和为用户本身来节约电能。 

  

在感性负载上用并联电容器来提高功率因数。感性负载电路中的电流比电压小,并联电容器后将会产生超前电压900的电容支路电流,这会抵减落后于电压的电流,让电路的总电流得到减小,因此减小阻抗角,从而提高功率因数。用串联电容器的方法也可提高电路的功率因数,但串联电容器使电路的总阻抗减小,总电流增大,从而加重电源的负担,因而不采用串联电容器的方法来提高功率因数。 

  

四、功率因素提高的实际应用 


设备人须知应懂:供配电无功补偿


提高功率因数是在不添置任何补偿设备的情况下,通过降低各用电设备所需的无功功率来减少负载取用无功从而达到提高工矿企业功率因数的目的,它既不需要增加投资,同时也能最经济的提高功率因数。下面我将会对提高功率因数的一般措施作进行一些简要的介绍。 

  

1、合理使用电动机 

  

合理的使用电动机的型号、规格和容量,让它接近满载运行。在选择电动机的时候,不仅要注意它们的机械性能,还要考虑它们的电器指标。如果电动机长时间处于低负载下运行,这样既能够增大功率的损耗,也将会使功率因数和效率都显著的恶化。所以从节约电能和提高功率因数的情况出发的话,一定要正确地合理地选择电动机的容量。 

  

2、提高异步电动机的检修质量 

  

从实验可以得出,异步电动机定子绕和转子间的气隙变动将会对异步电动机无功功率的大小有重大的影响。 

  

3、采用同步电动机或异步电动机进行同步运行来提高功率因数 

  

通过电机原理,电动机上所携带的机械负荷的大小决定了同步电动机消耗的有功功率多少,但是无功取决于转子中的励磁电流大小。而在欠激状态时,定子绕组不能从电网“吸取”,在过激状态情况下,定子绕组不能向电网“送出”。所以,只需要调节电机的励磁电流,让其处于过激状态,就会使同步电机向电网“送出”无功功率,来减少电网传给工矿企业的无功功率,从而使工矿企业的功率因数得到提高。异步电动机同步化是将异步电动机三相转子绕组恰当地连接并且连通直流励磁电流,让其呈现同步电动机运行。所以只要调节电机的直流励磁电流,让其呈现过激状态,这样才能使电网输出无功,以此来达到提高低压网功率因数的目标。 

  

4、合理选择配变容量,改善配变的运行方式 

  

对于负载率比较低的配变来说,通常采取“撤、换、并、停”等方法,让它的负载率提高到最佳值,随即改善电网的自然功率因数。 

  

结束语 

  

实际情况中工厂供配电系统需要消耗大量无功功率,来进行无功补偿,功率因素的提高一方面能够为工厂企业本身节省成本,提高经济效益,另一方面也能够对厂外电力系统的安全运行提供比较可靠的保障。


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