低压动态无功补偿装置的设计(毕业论文).docx

毕业设计（论文）题目：低压动态无功补偿装置的设计学生姓名：;系别：电气信息工程系专业年级：指导老师：年月.日摘要依据用电设备的功率因数，可测算输电线路的电能损失通过现场技术改造，可使低于标准要求的功率因数达标，实现节电目的。本文分析了无功补偿的作用和补偿容量的选择方法，着重论述了低压电网和异步电动机无功补偿容量的配置，结合应用实例说明采纳无功补偿技术，提凹凸压电网和用电设备的功率因数，已成为节电工作的一项重要措施。关健词：节电技术：功率因数：无功补偿AbstractThepowerfactorofCq1.1.iPmen1.canbeUSCdtomeasurethe1.ossofenergyintransmission1.inesByrefiningthetechnique,wecan1.etthepowerfactorwhichisbe1.owthestandardgetstandardizedtosavee1.ectricity.ThiXartic1.eana1.ysesthefunctionofreactivecompensationandthewaystochoosecapacityofcompensation®itemphasizesindiscussingtheconfigurationof1.owvo1.tagenetworkandasynchronousmotor'scapacityinreactivecompensation。Bycombiningwithactua1.examp1.es,thisartic1.ea1.soexp1.ainsthatusingthetechniqueofreactivecompensationtoimprovethepowerfactorof1.owvo1.tagenetworkandequipmenthasbecomeani11tportantmeasureIosavee1.ectricityKeywords:Techniqueofe1.ectricitysaving；.Powerfactor；Reactivecompensation书目前言1第一章无功补偿的基本学问21. 1无功补偿的基本原理22. 2无功补偿的意义22.3 无功补偿的实现方法22.4 无功补偿的合理配置原则2其次章现有补偿装置存在的问题几解决方法5第三章提凹凸压电网功率因数的无功补偿的方法71. 1影响功率因数的因素73. 2随机补偿74. 3随器补偿75. 4跟踪补偿8第四章无功功率补偿容量的选择方法96. 1单负荷就地补偿容员的选择的几种方法4. 2多负荷补偿容量的选择10第五章无功补偿的效益H5. 1节约企业电费开支U5. 2提离设备的利用率H5. 3降低系统的能耗117. 4改善电压财量U第六章应用实例13结论14参考文献15致谢16刖三随着我国电力工业的迅猛发展，电网逐步扩张电力负荷增长很快，电压等级越来越高，电网、发电机单机容量也越来越大，电网漫靛的地理在不断扩大但是，由于地理环境、燃料运输、水资源及经济发展规模等诸多因素.的影响，致使电源（发电厂）分布不均衡，要保证系统的稳定和优良的电能历量，就必需解决远距离输电、电压谢整及无功补偿等问题。电压是电能侦量的重要指标之，电压质员对电网稳定及电力设备平安运行线路损失、工农业平安生产、产品质量、用电单耗和人民生活用电都有干脆影响。无功电力是影响电压质量的一个重要因素，电压质量与无功是密不行分的，可以说电压问题本历上就是无功问题.解决好无功补偿问题，具有特别重要的意义。目前,很多地方电力系统的无功补偿和电网调整依I口果纳传统的谢整方式，有效调压变压器、静电电容器等只能手动调整和投切，不能实现实时电压调整或无功补偿。因此，实现实时无功补偿以保证电力系统电压的连续稳定性，是本文探讨和探讨的主要方向。第一章无功补偿的基本学问1.1无功补偿的原理电网输出的功率包括两部分：一是有功功率，二是无功功率。干脆消耗电能能转变为机械能、热能、化学能或声能，利用这些能作功，这部分功率称为有功功率，是把电能转换为另种形式的能，这种能作为电气设备能好作功的必备条件,并且，这种能是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无动功率,如电磁元件建立霰场占用的电能，电容器建立电场所占的电能。电流在电容元件中作功时，电流超前于电压90C。而电流在电感元件中作功时，电流滞后电压90C。在同一电路中，电感电流与电容电流方向相反，互差180C。假如在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,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实力,这就是无功补偿的道理。12无功补偿的意义(1)削减电力损失，一般工厂动力配线依据不同的线路及负荷状况，其电力损耗约2%3%左右，运用电容提高功率因数后，总电流降低，可降低供电端与用电端的电力损失。(2)改善供电品质，提高功率因数，削减负栽总电潦及电压降。于变压器二次侧加装电容可改善功率因数提高二次侧电压。(3)延长设备寿命.改善功率因数后线路总电流削减，使接近或已经饱和的变压涔、开关等机渊设备和线路容量负荷降低，因此可以降低温升增加寿命(温度每降低10C,寿命可延长1倍)(4)最终湎意电力系统对无功补偿的监测要求，消退因为功率因数过低而产生的罚款1.3无功补偿的实现方法一种是在电网上并联电容器，通过提高电网的功率因数达到削减线路电压损耗，提高供电设备利用率的目的：另外种是在电网上并入同步电动机，通过变更同步电动机励磁电流的方法来变更电路负我特性。其中前一种方法适用于居民、商业及小型工厂的低压供电系统，而后一种方法适用于大型工厂中的无功功率补偿。1.4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肯定数疥的无功功率，尤以低压配电网所占比重最大.为r的大限度地削减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，应依据“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，以同部为主。(2)电力部门补偿与用户补偿相结合。在配电网络中，用户消耗的无功功率约占5060%其余的无功功率消耗在配电网中。因此，为了削减无功功率在网络中的输送，要尽可能地实现就地补偿，就地平衡，所以必需由电力部门和用户共同进行补偿。(3)分散补偿与桀中补偿相结合，以分散为主.集中补偿，是在变电所集中装设较大容量的补偿电容器。分散补偿，指在配电网络中分散的负荷区，如配电线路.配电变压器和用户的用电设备等进行的无功补偿集中补偿，主要是补偿主变压器本身的无功损耗，以及削减变电所以上输电线路的无功电力，从而降低供电网络的无功损耗。但不能降低配电网络的无功损耗因为用户须要的无功通过变电所以下的配电线路向负荷湍输送。所以为了有效地降低线损，必需做到无功功率在哪帽发生，就应在哪里补偿。所以，中、低压配电网应以分散补偿为主。(4)降损与调压相结合，以降损为主.在实际应用中，由于电路特性是随时变更的，为了达到较好的补偿效果，就必需动态跟踪电路特性的变更，实时监测电路中U与I的相位差角，依据用的大小确定并联电容器的值。基本的功率因数cos补偿电路如图1所示。图1.功率因数补偿电路电路中的K1.-Kn在自动动态补偿装置中可采纳双向可控硅，在电路工作时，一般保证cos<0.95,避开电路出现谐振现象,损坏电网供电设备和用电器.详细的方法是通过对电压U和电流I的相位检测来推断是否并入补偿电容器，并入几个这些都是通过限制装置自动完成的，这就是动态无功功率补偿装置的工作原理。低压无功补偿一般要用到的元件：无功功率自动补偿限制器（依据电网无动功率是否达到无功设定值来限制电力电容器的投入和切除，并且有过,欠电压爱护功能）无触点可控硅模块或智能及合开大电容器（内带放电电阻）熔断器电流互感器避窗器开关电抗器（对无触点开关起到过电流爱护作用，容涔过电流也起到抑制作用）另外,还装配监视用的电压表，电流表,功因数表和信号指示灯等.其次章现有补偿装置存在的问题及解决方法1. 1存在的问题上面所述的方法只局限于某一段电路，并没有从整个电为了弥补这一缺陷，就有必要时整个供电系统中的各段电路功率因数补偿装理进行集中调控，使整个系统处于协调工作状态。由于现有的动态功率因数补偿装置还没有实现整网连调，所以，有必要增加动态功率因数补偿装置的数据通讯功能，将其工作状态及相关的电潦、电压功率因数、工作温度、环境状态等参数发送到总调室，总调室中的主控微机则依据前端工作状态实时调整限制参数达到整网均衡运行的目的。另外，在分析补偿过程中所提到的电容器，是按志向电容器来分析计算的，实际的电容器可等效为电阻R与电容器C并联电路，如图2所示，电路的矢量图如图3所示。图2电容器等效电路图3等效电容福矢量图由矢属图可列城-3%好ywcts式中：Ig6-为介质损耗系数：为介质损耗角由式可见：电阻R减小，电容器介质损耗增加，电容器发热，电解液易枯竭使电容量减小，补偿不足.同时，电容器在密闭较严时易出现爆炸现以。为刚好发觉并解决这一问题，也应对电容器的工作温度、电容量等参数进行检测，并将检测结果刚好发送给限制终端，便于刚好修理更换，避开事故的发生。2. 2解决的方法时于功率因数补偿问题，多年来，人们始终在变压器输出端或工厂电力入口等前端上进行无功功率补偿，补偿方案如图4所示。220KV66KV66KV400KV-Tmp47输电网输电网输电网输电网PGDGD-GD发电机组I补U装射图4前蜻无功功率补傕方案由图可见,前端补偿只补偿了10kV以上供电网的无功电流，40OY低压输电网下端的无功电流并没有得到补偿，而现今居民和商业用电户，多采纳节能型日光灯照明，电路功率因数低，且得不到补偿图5为了解决这一问题，有必要开发研制种造价低、性能好的小型动态无功功率补偿装置（MTS。将此装置安装于居民（或商业）用户的集中供电箱中，这样就构成了新的动态补偿限制方案。第三章提凹凸压电网功率因数的无功补偿的方法3.1影响功率因数的因素由于无功的存在，将会对电网的功率因数产生较大的影响。当有功功率P肯定时，如削减无功功率Q，则功率因数便能够提高。在极端状况下，当30时，则其力率=1影响功率因数的主要因素(1)大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉、沟通电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。据行关的统计，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教率。(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"3。因而，为了改善电力系统和企业的功率囚数，变压器不应空载运行或长期处丁低负载运行状态。(3)供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。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，据有关资料统计，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，无功功率也相应削减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，应当实行措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。3. 2随机补偿随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接，通过限制、爱护装置与电机,同时投切。随机补偿适用于补偿电动机的无功消耗，以补励磁无动为主，此种方式可较好地限制用电单位无功负荷。随机补偿的优点是：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，而且不需频繁调整补偿容量。具有投资少、占位小、安装简洁、配置便利敏捷,维护简洁、事故率低等。3. 3随器补偿随器补偿是指将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧，以补偿配电变压器空毂无功的补偿方式。配变在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功，配变空载无功是用电单位无功负荷的主要部分.对于轻负教的配变而言，这部分损耗占供电量的比例很大，从而导致电费单价的增加。随器补偿的优点：接线简洁、维护管理便利、能有效地补偿配变空载无功,限制农网无功基荷，使该部分无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低无功网损，具有较高的经济性，是目前补偿无功最有效的手段之一。4. 4跟踪补偿跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为限制爱护装置，将低压电容器组补偿在大用户O.4kv母线上的补偿方式。适用于100kVA以上的专用配变用户，可以替代随机、随器两种补偿方式，补偿效果好。跟踪补偿的优点是运行方式敏捷，运行维护工作量小，比前两种补偿方式寿命相对延长、运行更牢笠。但缺点是限制爱护装置困难、首期投资相对较大。但当这三种补偿方式的经济性接近时，应优先选用跟踪补偿方式.第四章无功功率补偿容量的选择方法无功补偿容量以提高功率因数为主要目的时，补偿容量的选择分两大类探时，即单负荷就地补偿容量的选择(主要指电动机)和多负荷补偿容量的选择(指集中和局部分组补偿)。4.1 单负荷就地补偿容量的选择的几种方法(1)美国资料举荐：Q=3)P,额定容量的"3(2)日本方法:从电气计算日文杂志中查到：1412容量计算考虑负敕率及极对数等因素，按式(5)选取的补偿容量，在任何负载状况下都不会出现过补偿，而且功率因数可以补偿到090以上此法在节能技术上广泛应用，时一般状况都可行，特殊适用于IJ1.比值较高的电动机和负效率较低的电动机。但是对于I/1.较低的电动机额定负载运行状态下，其补偿效果较差。(3)阅历系数法：由于电机极数不同，按极数大小确定阅历系数选择容fi比较接近实际须要的电容器，采纳这种方法一般在70%负荷时，补后功率因数可在0.950.97之间阅历系数表:电机类型一般电机起重电机冶金电机极数246810810补偿容量0.20.20.250.25-0.30.350.40.50.60.75电机容量大时选下限，小时选上限：电压高时选下限，小时选上限Q=P(1.C0S2,),s-(1.C0S2,1)1.,s实际测试比较精确方法此法适用于任何一般感性负荷须要粘确补偿的就地补偿容量的计算。(4)假如测试比较麻烦，可以按下式Q3tro×1.O3(vir)空载电流-21.(1YOS<!>.)瑞典电气公司举荐公式Q,若电动机带额定负载运行，即负载率B=1.则：Q.-O依据电机学学问可知，对于1./1.较低的电动机(少极、大功率电动机)，在较高的负载率B时汲取的无功功率Q.与激励容域Q.的比值较荏，即两者相差较大，在考虑导线较长，无功经济当量较高的大功率电动机以较高的负载率运行方式下，此式来选取是合理的.(5)按电动机额定数据计算：Q=k(1.-cos2.)3UJ.×10-3(kvar)K为与电动机极数有关的一个系数极敷246810Kfft0.70.750.80.850.95. 2多负荷补偿容量的选择多负荷补偿容量的选择是依据补偿前后的功率因数来确定。对已生产企业欲提高功率因数，其补偿容量Qc按下式选择：Qe=K.Kj(tg,-tgJ/T.式中：Km为最大负荷月时有功功率消耗量，由有功电能表读得；K,为补偿容量计算系数,可取080.9:Tm为企业的月工作小时数：tg1.tg,意义同前,1.gI由有功和无功电能表读数求得.对处于设计阶段的企业，无功补偿容量QC按卜式选择：Qc=K,P,(tg>-tg2)式中K,为年平均有功负荷系数，一般取0.70.75；Pr1.为企业有功功率之和:tg.CgM意义同前。tgI可依据企业负荷性质查手册近似取值,也可用加权平均功率因数求得COS多负荷的集中补偿电容蹲安装简洁，运行牢猫、利用率较高。但电气设备不连续运转或轻负荷运行时，会造成过补偿，使运行电压抬高，电压质量变坏。因此这种方法选择的容量，对于低压来说最好采纳电容器组自动限制补偿，即依据负荷大小自动投入无功补偿容量的多少，对高压来说应考虑实行防过补偿措施.第五章无功补偿的效益在现代用电企业中，在数量众多、容量大小不等的感性设备连接于电力系统中，以致电网传输功率除有功功率外，还需无功功率。如自然平均功率因数在0.70-0.85之间。企业消耗电网的无功功率约占消耗有功功率的60%-90%,假如把功率因数提高到0.95左右，则无功消耗只占有功消耗的30%左右。由于削减J'电网无功功率的输入，会给用电企业带来效益.5.1节约企业电费开支提高功率因数对企业的干脆经济效益是明显的，因为国家电价制度中，从合理利用有限电能动身，对不同企业的功率因数规定了要求达到的不同数值，低于规定的数值，须要多收电妆，高于规定数值，可相应地削减电况。可见，提高功率因数对企业有着重要的经济意义。5. 2提高设备的利用率对于原有供电设备来讲，在同样有功功率下，因功率因数的提高，负荷电流削减，因此向负荷传送功率所经过的变压器、开关和导线等供配电设备都增加了功率储备，从而满意了负荷增长的须要；假如原网络已趋于过载，由于功率因数的提高，输送无功电流的削减，使系统不致丁过载运行,从而发挥原有设备的潜力；对尚处于设件阶段的新建企业来说则能降低设备容量，削减投资翁用，在肯定条件下，改善后的功率因数可以使所选变压器容量降低。因此，运用无功补偿不但削减初次投资费用，而且削减了运行后的基本电费.5. 3降低系统的能耗补偿前后线路传送的有功功率不变，P=IUCOS,由TCOS巾提高，补偿后的电压也稍大于补偿前电压U”为分析问超便利，可认为U2-W从而导出I1COS,=I2COSs即：1.h=COS2COS,这样绷员P削减的百分数为：APV(1.-II12)×100%=(1-C0S2,(C0S2.),2)×100%当功率因数从0.70-0.85提高到0.95时，由(2)式可求得有功损耗将降低20%-45%6. 4改善电压质量以线路末端只有一个集中负荷为例，假设线路电阻和电抗为R、X,有功和无功为P、Q,则电压损失AU为：U=(PR+QX)/UX10-3(KV)两部分损失：PR/U1.输送有功负荷P产生的：QX/U,.一输送无功负荷Q产生的：配电线路：X=(2-4)R,大部分为输送无功负荷Q产生的变压器：X=(510)RQXZ1.=(5-10)PR/U.变乐器ZXU儿平全为输送无功负荷Q产生的可以看出，若削减无功功率Q,则有利于线路末端电压的桎定，有利于大电动机的起动“因此，无功补偿能改善电压质量(一般电压稳定不宜超过但是假如只追求改善电压质量来装设电容器是很不经济的，对于无功补偿应用的主要目的是改善功率因数，削减线损，调压只是一个协助作用。一相异步电动机通过就地补偿后，由丁电潦的下降，功率因数的提高，从而增加了变压潺的容量，计算公式如FS=PCOS,×(COSCOS,)-1如一台额定功率为155KW水泵的电机，补前功率因数为0.857,补偿后功率因数为0.967,依据上面公式计卯其增容量为：(155÷0.857)×(0.967÷0.857)-1=24KVA第六章应用实例烟台市能源监测中心于2003年4月24、29、30日对烟台级纶股份有限公司B区制冷机、空压机电机进行了电机补偿装置的安装调试，从安装后测试结果看,平均降低电潦22-51（八）,电机功率因数提高到0.98,（见测试结果对比表），削减了公司内部低压电网的消耗，从而达到了节电的目的，压缩机类型型号安装前安装后电流降低值制冷压缩机1.M1.-250MAI0.860.9851制冷压缩机2D1.GS-K20.890.98649制冷压缩机2D1.GS-K20.890.9848空气压缩机20S-200A0.870.9838空气压缩机20S-200A0.860.97836空气压缩机20S-200A0.870.98240空气压缩机60-1600.880.9846（1）由于电流削减,变压器的钢损及公司内部的低压损耗都降低.配电系统电流下降率1%=<1-0.87/0.98）×100=1.1.%;配电系统损耗下降率P%=（I-0.872/0.982）X100%=21%（2）该公司B区制冷机、空压机电动机补偿的总容量为780千乏，电流平均总卜降518（八）依据GB/T12497T997中计算公式，安装电动机补偿装置后，年可节电量=补偿容量X无功经济当量X年运行时间=780×0.O1.×24X300=22464Okwh,节约价值11.2万元，补倍投资费用（包括设备的购置、安装及现场调试）为：6.24万元（80元/千乏）o结论文中集中探讨r无功补偿技术对用电单位的低压配电网的影响以及提高功率因数所带来的经济效益和社会效益，介绍了影响功率因数的主要因素和提高功率因数的方法,探讨了如何确定无功功率的补偿容量,确保补偿技术经济、合理、平安牢靠，达到节约.参考文献：1王兆安&谐波抑制与无功功率补偿3北京：机械工业出版社其次版2诸俊伟电力系统分析北京:水利电力出版社，1995。马忠梅单片机的C语言应用程序设计北京：北京航空航天高校出社,1999.杨振江智能仪器与数据采集系统中的新器件及应用西安：西安电子科技高校出版社，2(XX)o5刘介才工厂供电北京：机械工业出版社6陈研6电力系统稳态分析武汉：中国电力高校出版社致谢在该论文的撰写过程中得到/电气工程系老加和同学们的帮助.我特别感谢帮助过我的同学和老师，你们为我供应一些参考资料和进行指导，尤其是指导老师朱老师，多次对我的论文进行修改，提出了很多珍出的见解，我在这里表示由史的感谢！