PLC控制的动态无功补偿.docx

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1、PLC控制的动态无功补偿摘要有效的无功补偿对电力系统的安全、经济、优质运行非常重要。文章对几种主要的 无功补偿技术的原理和特点进行了分析、比较，并展望了采用静止无功发生器进行无功 补偿的前景。介绍无功功率补偿的目的及原理和其在电网中的应用。介绍了无功功率补偿节能降 耗、提高电能质量的重要意义，提出自动无功功率补偿的方法，指出在配电网改造过程 中，应大力应用无功补偿技术及自动无功补偿装置。介绍了一种应用在梅山炼钢变电所 用来治理交流电炉引起的电压闪变、电压波动及电压畸变等问题的先进动态无功补偿装 置，并以功能考核结果对投运这种装置后的效果作了诠释。【关键词】：无功功率；无功补偿技术；动态无功补偿

2、；静止无功发生器AbstractIt is very important to have the effective reactive compensation for the safe, economic and high quality operation of the power system. This paper analyzes and compares the principle and peculiarities of several leading reactive compensation techniques. And prospects of reactive comp

3、ensation built with static VAR generator are predicted.The paper introduces the purpose and the principle of reactive power compensation which applied in the electrical network. It states the important meaning of reactive power compensating the energy saving , improving the quality of electrical pow

4、er, and proposing the automatic reactive compensation method. Indicating in the process of rebuilding the distribution electrical network, we should apply reactive compensation technology and automatic reactive compensation equipment. This paper introduces an advanced static-type dynamic reactive co

5、mpensation device, which applies in meishan steeling-making substation to harness voltage flicker, fluctuation, and dis-tortion caused by LF furnace. Through the function assess results it also exp lains the effects after putting this device into practice.【Key words 】:reactive power; reactive compen

6、sation technology; dynamic reactive power; staticVAR generator目录摘要.IAbstractIII目录IV第一章弓1言11.1系统设计背景11.2 无功补偿的方式11.2.1各种无功补偿方式的比较21.3无功功率补偿的目的21.4无功补偿的意义31.5本章小结3第二章配电电网中的无功补偿52.1无功补偿的优化选择52.2无功补偿的原则52.3无功功率补偿的原理62.4无功功率补偿的工作情况72.4.1动态补偿技术特点82.4.2低压无功补偿方法92.4.3低压无功补偿的实际应用92.4.4实用中配电变压器无功补偿效益分析102.5谐波

7、条件下的低压无功补偿技术112.5.1低压无功补偿面临的问题112.5.2谐波的抑制和治理122.6本章小结12第三章静态无功补偿装置143.1装设静态无功补偿装置的必要性143.2 SVC装置介绍143.3 SVC的使用效果153.4 SVC对变压器输出功率的影响153.5应对策略163.6其他动态无功补偿装置介绍163.6.1 TCT型动态无功补偿装置的控制原理及应用163.6.2智能型动态无功补偿的主要原理173.7本章小结18第四章硬件设计194.1主电路194.1.1主回路组成194.1.2各组成部件功能及作用194.2控制回路194.2.1万能转换开关194.2.2 EM235 介

8、绍194.2.3功率因数表204.2.4 CPU226214.3电路流程图214.4控制策略22第五章软件设计235.1程序梯形图235.2流程图245.3输入输出接口表25第六章参数确定266.1无功功率的计算266.2电容值的计算266.3补偿电容量的确定266.4检测点的设置方案276.5无功电源容量的分配27结束语31参考文献32附录梯形图33致谢错误！未定义书签。第一章引言1.1系统设计背景在交流电路，需要由电源供给负载两部分功率：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， 如机械能、热能或光能。符号用E表示，单位为

9、瓦、千瓦和兆瓦。无功功率较为抽象，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。符号用Q表示，单位为乏和千乏。无功功率 不是无用功率。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

10、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。随着电力网的不断发展，对无功功率进行补偿、控制的作用变得越来越重要，突 出表现在以下几个方面：提高输电、配电和变电网络的运行效率，充分利用输变电设备 的容量；电源点远离负荷中心，远距离输电时，需要灵活调控无功以支撑解决稳定性及 电压控制问题；配电网中存在大量的感性负载，使得配电系统损耗大大增加；直流输电 系统要求在换流器的交流侧进行无功控制；用户对于供电电能质量的要求日益提高。为 了解决这些问题，合理有效

11、的无功补偿与无功平衡是十分必要的。1.2无功补偿的方式并联电容器为无功补偿的主要方式。根据系统负载情况的不同和需要达到的补偿效 果的不同，按照安装位置的不同，无功补偿方式分为集中补偿、分组补偿和就地补偿三 种。集中补偿方式所用电容器组的容量较分散补偿和就地补偿的总容量和小，利用率更 高，但未对变配电所各馈线补偿，仅减轻了电网的无功负荷。分散补偿方式中的电容器 组的利用率较就地补偿高，因此总的需要量较就地补偿小，是一种相对就地补偿而言比 较经济合理的补偿方式。选择无功补偿方式的原则是“全面规划，合理布局，分级补偿， 就地平衡，集中补偿与分散补偿相结合，低压补偿为主，调压与降损相结合，降损为主”。

12、 1.2.1各种无功补偿方式的比较并联电容器和并联电抗器适合于负载变化慢、补偿性能要求不高的场合。只有当系 统无功发生变化时，控制器根据变化量来控制电容器或者电抗器的投切。其投切开关一 般用接触器或者接触器和可控硅并联，由于受所用元器件固有特性的限制，当控制器检 测到无功变化需要投切一定容量的无功补偿容量时，要延时一定的时间才进行投切。 采用并联电容器进行无功补偿，其补偿是有级的、定时的，因此补偿精度差；不能做到 无涌流投入电容器，这不但影响电容器的使用寿命，而且增加了系统谐波电流。并联电 抗器可以采用可控电抗器，它借助控制回路直流的励磁改变铁心的饱和度（工作点）， 达到平滑调节无功输出。SV

13、C和SVG都是动态无功补偿装置，一方面，补偿的跟随性能好，可以实现在一个 正弦波周期内作出响应。另一方面，不但可以补偿感性无功，而且可以补偿容性无功。 但两者有所不同，在大多数SVC装置中，SVC本身产生一定量的谐波，如TCR型的5、 7次特征次谐波比较大，占基波有效值的6%左右，所以SVC系统输出必须增加滤波器。 而在SVG中，可以采用PWM技术、多电平技术或多重化技术，可以消除次低次谐波，并 能减小较高次谐波，如7、11次等；SVG经过电抗器接入电网，其作用是滤除产生的高 次谐波，并连接变流器和电网，所以需要的电感值比较小，如果采用串联变压器将SVG 接入高压电网中，还可以利用变压器的漏抗

14、，进一步减小电抗器的电感值。而SVC装置 的补偿容量直接和电抗器的容量相关，所以与相同容量的SVG相比，SVC需要的电抗器 大的多；由于SVG的基本拓扑结构采用6对开关管，采用PWM控制技术，适合于数字信 号处理器（DSP）控制，其运算速度快，处理能力强，使得复杂的控制算法在一个开关 周期内可以实现，因此SVG跟随性比SVC强，快速调节的典型值为几个ms，具有优良 的静态性能和动态性能。由于SVG采用较多的全控型开关管，其价格比采用普通品闸管 作为开关管的SVC高，特别是高压全控型开关管。当然，在高压系统中无功补偿可以采 用前面提到的串联变压器，但是由于变压器损耗的存在，会降低整个装置的效率。

15、1.3无功功率补偿的目的在现代电力企业中，功率因数是考核配电网运行的重要指标，为达到考核指标，必 须结合本地区的实际情况。具体情况，进行无功补偿的规划，其规划的目的是：(1) 保证规划地区的无功平衡，维持电力系统的无功稳定。(2) 提高地区电网电压质量，使地区电网无功、电压优化运行。(3) 提高功率因数，改善地区电网的电能质量和提高电力企业的经济效益。(4) 合理的确定无功补偿方式、无功补偿容量、无功补偿的安装地点使补偿效果最 佳。(5) 防止过补偿引起发电机自励磁。1.4无功补偿的意义无功功率补偿装置在电力供电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

16、效率、改善供电质量，所以无功功率补偿装置在 电力配电系统中处在一个不可或缺的非常重要的位置。无功功率对电网有以下影响：(1) 降低有功功率使电力系统内的电器设备容量不能得到充分利用。(2) 增加输、配电线路中的无功功率和电能损耗。(3) 使线路的电压损失增加。1.5本章小结在现代用电企业中，有数量众多、容量大小不等的感性设备连接在电力系统中，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%，如果把功率因数提高 到0.95左右，则无功消耗只占有功消耗功率的30%左右。由于减少了电网无功功率的 输

17、入，会给用电企业带来效益。无功补偿可以节省企业电费开支。提高功率因数对企业 的直接经济效益是明显的，因为国家电价制度中，从合理利用有限电能出发，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，需要多收电费，高于规定 数值，可相应地减少电费。无功补偿可以提高设备的利用率。对于原有供电设备来讲， 在同样有功功率下，由于功率因数的提高，负荷电流将减少，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，从而满足了负荷增长的需 要；如果原网络已趋于过载，由于功率因数的提高，输送无功电流的减少，使系统不全 于过载运行，从而发挥原有设备的潜力；对尚处于设计阶段的新

18、建企业来说则能降低设 备容量，减少投资费用，在一定条件下，改善后的功率因数可以使所选变压器容量降低。 因此，使用无功补偿不但减少初次投资费用，而且减少了运行后的基本电费。所以提高 功率因数是一个重要的课题。第二章 配电电网中的无功补偿2.1无功补偿的优化选择近年来，随着电网的进一步完善，工农业生产用电规模不断扩大，用电量的日益增 长和用电结构的变化，使得电力供需矛盾越来越突出。电力的供不应求迫使人们在降损 节能上多做文章，因此，人们根据电力网的运行特点，从无功传输过程消耗有功的角度， 推行了无功补偿.众所周知，电力网在运行时，电源供给的无功功率是电能转换为其他 形式能的前提，它为电能的输送、转

19、换创造了条件。没有它，变压器就不能变压与输送 电能。没有它，电动机的旋转磁场就建立不起来，电动机就无法转动。但是，长距离输 送无功电力，又会造成有功功率的损耗和电压质量的降低，这不仅影响电力网的安全经 济运行，而且也影响产品的质量。因此，如何减少无功电力的长距离输送，已成为电力 部门和用电企业必不可少的研究课题。为此，我们根据用电设备消耗无功的多少，在负 荷较集中、无功消耗较多的地点增设了无功电源点，使无功的需求量就地得到解决，这 样不但减少了无功传输过程中造成的能量损耗和电压降落，而且提高了供用电双方和社 会的经济效益，可谓一举两得。不过，虽然无功补偿能给企业和社会带来一定的效益， 但补偿过

20、程中还需要考虑很多问题，也就是说怎样进行补偿才能收到最佳的效益呢这？ 就要求我们在补偿过程中必须遵守一定的原则、方法，做到科学合理的补偿，才能收到 事半功倍的效果。2.2无功补偿的原则全面规划，合理布局，分级补偿，就地平衡，具体内容如下：总体平衡与局部平衡相结合，既要满足全网的总无功平衡。又要满足分线、分站的 无功平衡。集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主，这就要求在负荷集中的地方 进行补偿，既要在变电站进行大容量集中补偿，又要在配电线路、配电变压器和用电设 备处进行分散补偿。目的是做到无功就地平衡，减少其长距离输送。高压补偿与低压补 偿相结合，以低压补偿为主，这和分散补偿相辅相成。降损与

21、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。这种线路最显著 的特点是负荷率低，线路损失大，若对此线路补偿，可明显提高线路的供电能力。供电 部门的无功补偿与用户补偿相结合，因为无功消耗大约60%在配电变压器中，其余的消 耗在用户的用电设备中。若两者不能很好地配合，可能造成轻载或空载时过补偿，满负 荷时欠补偿，使补偿失去了它的实际意义，得不到理想的效果。低压电网的线损主要是线路铜损，低压电网线损率与负荷大小有密切的关系。降低 低压电网线损的途径有两种：一是缩小供电半径，放大导线截面，其目的是减少线路电 阻；二是降低导线中的电流，由于无功电流是电流组成的一

22、部分，因而在有功负荷不变 的情况下降低导线中的电流最有效的途径是加装电容器。在变压器低压侧加装电容器可 以降低低压台区线损，通过对上海城网和农网典型台区高峰负荷和平均负荷计算表明： 如将低压补偿电容器安装在配电线路的2/ 3处，无功补偿容量为无功负荷2/ 3时， 降损效果最理想。由于低压配电网三相负荷大多为三相负荷不对称运行，在投入电容器 时应考虑分相补偿，使三相线路无功平衡。为了降低电能损耗并保证供电质量，建议采用以下的低压无功补偿配置原则：（1）应能保证低压电网在高峰负荷和平均负荷运行方式下无功平衡。（2）应有利于减少低压线路有功损耗和低压电网电压调整。（3）宜采用自动投切和分相补偿方式。

23、（4）宜补偿到配电变压器低压侧功率因数约达0.95，但不允许向10 kV系统倒送 无功。（5）低压大用户应根据负荷变化及时投切无功。2.3无功功率补偿的原理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上，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来补偿。 实质上就是把原来是由电网或者变压器提供的无功功率，改为由交流电力电容器来提 供。设补偿后无功功率为Qc，使电源输送的无功功率减少为Q=Q - Qc，功率因数由 cos中1提高到cos中2，视在功率S减少到S，视在功率的减小可相应减小供电线路 的截面和变压器的容量，降低供用电设备的投资。可知

24、，采用无功补偿措施后，因为通 过电力网无功功率的减少，降低了电力网中的电压损耗，提高了用户的电压质量。可根据补偿前后功率因数的变化而确定补偿容量Qc的计算公式，为Qc = P（tan中 1 - tan中 2） = Pqc （千乏）负荷（P + JQ）电压损失 U简化计算如下：(2.1)(PR + QX) / U安装补偿设备容量Qc后，线路电压降为AU1 ,计算如下： U1 = PR + ( Q - Qc) X / U(2.2)很明显， U1A U，即安装补偿电容后电压损失减小了。由式(2.1)、(2.2)可 得出接入无功补偿容量Qc后电压升高计算如下： U - U1 = Qc X/ U(2.3

25、)由于越靠近线路末端，线路的电抗X越大，因此从(2.3)式可以看出，越靠近线路 末端装设无功补偿装置效果越好。2.4无功功率补偿的工作情况目前大多数负荷为感性负荷，因此为了补偿电感的无功功率，可以为电网增加并联 电容，这样既不会影响负载的有功功率而且减少了电源的无功功率。所以在配网中，往 往采用电容器补偿的方式。我国城乡电网多采用10 kV及以下配电线路。在220 kV及 以上、110 kV及35 kV和10 kV及以下三个电压等级的电网中，其网损量的比例大致 为1. 5 :1. 1 :2. 5因此可以看出，10 kV及以下配电网的网损相比而言是非常厉害 的，其降损节能的潜力很大。10kV及以

26、下配电网网损大的突出原因在于配电网建设严 重落后、网架薄弱、设施老化、线路长、线径小、没有无功补偿，另外配电变压器的损 耗大也是一个重要的原因。现阶段的城农网改造是解决配电网网损的有力契机，通过改 造配电网网架结构，增加变电所，合理分配有功和无功，更换掉高耗能的配电变压器， 加大导线截面，缩短供电半径，进行无功功率的补偿等措施，将有力地改变配电网网损 大的状况。配电网中的无功功率补偿如图2.1所示：控制舞蒿压嘲柳电容肆堀111111 T T T T T T图2.1配电网中的无功功率补偿控制器是整个补偿装置的核心，它是半导体电力器件与数字技术综合的技术结品， 实际就是一套快速随动系统，其主控制器

27、以工业控制计算机和超大规模集成电路元件为 基础构成，内含LCD显示，模拟和数字线路，精确触发算法和可选的通信功能。控制器 有6个输入通道:3个电压，3个主系统电流，采用同步采集技术，高保真的保持了各 模拟量之间的相位信息。控制器一般能在半个周波至一个周波内完成采样、计算，在第 2个周期到来时，控制器已经发出控制信号了。通过脉冲信号使品闸管导通，投切电容 器组大约2030 ms内就完成了一个全部动作，这种控制方式是机械动作的接触器类无 法实现的。补偿电容器组采用三角形接线方式，它具有分相补偿功能，既可用于补偿三 相平衡无功，又可补偿三相不平衡无功。动态补偿方式作为新一代的补偿装置，具有改 善电能

28、质量的理想功能，广泛应用于提高功率因数，节约能源，提供电压支撑，抑制闪 变，消除涌流，谐波治理以及其他各类型动态负载的场合。2.4.1动态补偿技术特点(1) 电容器组投切低压动态无功补偿使用最新电子开关投切电容器组。投入和切除电容器组都严格发 生在电流过零点。平滑的投切避免了用接触器投切的系统带来的瞬时冲击，极大地提高 了低压动态无功补偿装置的使用寿命。(2) 循环投切模式低压动态无功补偿具有独特的循环投切特性，可以有效降低电容器过电流并降低电 容器温升，从而避免爆炸，延长了电容器的使用寿命。电力电子投切单元（投切寿命无 限长）可以在同时完成投入一组电容和切除另外一组电容，使得所有电容器按顺序

29、投入 运行，同时保证总补偿容量不变，这样做的结果是使每一组电容器的平均电流更加均匀 了，也降低了。（3）保持电容容量长期的一致性在传统的接触器投切电容器组的方式里，电容器需要长期承受投切时造成的瞬时冲 击，这种冲击的不断积累，会导致电容器的容量的改变。在需要滤波或需要回避谐波的 场合，电容器容量的改变会导致非常不利的后果，因为这种改变会影响滤波效果，甚至 可能会导致谐振，产生毁坏电力设备的严重后果。低压动态无功补偿可以有效防止这种 现象的出现，延长设备寿命，降低维护成本，更好地滤除系统谐波。低压动态无功补偿 的效果还要看控制器是否有较高的性能及参数，很重要的一项就是要求控制器要有良好 的动态响

30、应时间，准确的投切功率，还要有较高的自识别能力，这样才能达到最佳的补 偿效果。2.4.2低压无功补偿方法配电网中使用的配电变压器为10 kV /0.4 kV双绕组三相变压器，在绝大多数情况 下是单台运行，在配电变压器低压侧进行补偿，能有效降低配变电的损耗，也能降低线 路损耗，这也是目前最普遍的补偿方法。一般按照以提高功率因数为目的选择补偿容量Qc = P （ tg中 1 - tg中 2） kVar（2.4）式中P已知的负荷功率，kW；中1 补偿前的阻抗角，；中2 补偿后的阻抗角，2.4.3低压无功补偿的实际应用配电变压器低压补偿其目的是提高专用变压器等用户功率因数，实现无功的就地平 衡，降低配

31、电网损耗和改善用户电压质量。由于用户的日负荷变化大，通常采用微机控 制、跟踪负荷波动分组投切电容器补偿。在实际应用中，一种装置是采用接触器投切电 容器，其冲击电流大，影响电容器和接触器的寿命；另一种是用品闸管等电子开关投切 电容器，能解决接触器投切电容器存在的问题，但缺点是品闸管等电子开关存在功率损 耗，需要安装风扇和散热器来通风和散热，而散热器会增大装置的体积，风扇则影响装 置的可靠性。在实际应用中，补偿装置的选择和使用要考虑以下问题：装置实现自动投切、容 量分级，快速响应，动态补偿。为防止三相不平衡系统的无功倒送，应要求控制器检测、 计算三相无功投切控制。固定补偿部分容量过大，容易出现无功

32、倒送，动态补偿能有效 避免无功倒送。系统三相不平衡同样会增大线路和变压器损耗。对三相不平衡较大的负 荷，如单相负荷多的用户，应考虑采用分相无功补偿；运行可靠性问题。装置的可靠 性在开关和电容器，电容器寿命与工作条件有关，因此装置的投切开关是关键。实践表 明，户外配变无功补偿因工作条件差，品闸管或接触器补偿装置难满足可靠性要求，机 电一体开关（复合型开关）是最佳选择；多种采样方式，实现智能控制。控制器的采样 物理量可以采用电流、电压、无功功率和功率因数等，具体视实际情况而定，做到合理、 方便。从电网降低网损角度，取无功功率为控制量是最佳控制方式。对三相不平衡较大 的负荷，采用分相无功补偿装置。在

33、实现自动投切和电容器组显示的基础上，还可以做 到装置某些故障的监测、控制；装置有一定的保护措施。装置设计缺相、相序检查等 方面的检测功能，以便在系统出现缺相等故障时能切除电容器，保护设备。另外，在具 有较大谐波干扰的情况下，装置控制环节考虑抗谐波干扰。2.4.4实用中配电变压器无功补偿效益分析以实际观测的一台专用315 kVA变压器和一台公用315 kVA变压器为例，通过简单 计算和实测比较，说明无功补偿具有直接和间接效益。（1）在315 kVA专用变压器上的应用设补偿前变压器满载运行，视在功率S = 315kVA，功率因数cos中=0.85，年用 电时间为T = 3000h，若将cos中提高

34、到0.95，计算需要的补偿电容器容量；补偿装置 单位投资为150元/kV，投资回收率为10%/a，计算补偿后的年效益。求需要安装的补 偿电容器容量x:因装置本身有功损耗为3%，补偿后的电网无功Q2 = 166-x，要求cos 中为 0.95，可求 tg中 2 = 0.3287，于是有 tg中 2 =Q2 /P2 = （166-x ） / （ 268 + 0.03x ） =013287m，可求补偿容量x = 77.8 80 kVar补偿前需要支付的年费用：基本电费一 般按最大负荷收取。设每kVA收取的费用为288元/ a，故有FJ1 = 288 X315 X 1 = 90720 （元）设电量电费

35、每kWh为0.5元，故有FD1 = 0.5 X268 X3000 = 402000 （元）补偿前年费用FZ1 = FJ1 + FD1 = 492720 （元）补偿后需要支付的年费用和获得的年效益补偿后的视在功率和基本电费：SB = P2 / cos? 2 = （268 + 0.03 X 80） /0.95= 284 kVAFJ2 = 288 X284 X1 = 81792 （元）电量电费 FD2 = 0.5 X （268+0.03X80） X3000= 405600（元）补偿装置折旧费Ff=150X80X10%=1200（元）补偿后年费用 FZ2 = FJ2 + FD2 + Ff= 48859

36、2 （元）安装无功补偿可获得的年效益 F = FZ1 - FZ2 = 4128 （元）（2）在315 kVA公用变压器上的应用对公网一台315 kVA变压器使用补偿装置，在一个阶段内低压补偿装置投入和退出 两种情况下，对各种数据参量进行测量、统计，实际值如表1。表1：配电变低压补偿阶段性投入与退出的比较II3 - 1 ：， 1 - 2()1 : 退出数E . 1 * -。 3 I 1 ：，气八2 - In-； ?|1 1总表计量/ kW r h17 676 619 I9Z 616 82 & 219 100. 4分表计量厂kW ” h1.4 20114 42913 31414 519W AP k

37、W - h3 47S 6463 514 24 58 L 4统,率19. 62520. 924T-均 3 , /?.0. 97Q 739S0. 72一kv：101. 2297 8SO. 391. 94通过表1,可以清楚的比较出进行配电变压器低压补偿与不补偿的明显区别，补偿 前线损率平均为24.4%，补偿后线损率为20.3%，线损率下降16.8%，平均力率也显著提 高。2.5谐波条件下的低压无功补偿技术2.5.1低压无功补偿面临的问题（1）可靠性对于无功补偿设备来说，可靠性就是衡量其无故障运行时间长短的一个指标，或者 是指设备在运行过程中出现故障的概率。影响可靠性的因素有：设计、材料及元器件质 量

38、、制造及安装质量、运行环境等。（2）现状有调查资料显示，北京地区的无功补偿装置有90%在保质期内出现过质量问题，有 30%出现过停运。曾经有业内专家评价湖北某些地区低压无功补偿现状时，用到了“处 于瘫痪状态”这样的字眼。可见目前低压无功补偿设备的可靠性不但没有随着技术进步 而提高，反而有不断恶化的趋势。（3）原因出现上述状况的原因，主要是近几年低压电网受到谐波污染的现象越来越普遍、越 来越严重，如表1所示。由于大多数用户及设备制造厂没有针对这种变化采取措施，在 设计及元器件选取方面仍采用以前的技术方案，使得低压无功补偿设备的可靠性和安全 性大大降低。补偿设备的故障主要表现为电容器因过载失效，严

39、重的甚至发生燃烧、爆 炸等恶性事故。2.5.2谐波的抑制和治理谐波对电气设备的影响和危害：谐波对电气设备的影响可以归纳为以下几方面：（1）电容器、变压器、电动机的发热和故障；（2）保护系统和控制电路的误动作；（3）测量仪表的不精确工作，如计量电费的电度表读数偏差；（4）损坏电子设备；（5）缩短白炽灯寿命。其中谐波导致电容器失效，使无功补偿设备瘫痪是最为常见的。因此在有谐波的情 况下，设计无功补偿装置时必须采取专门的抑制谐波措施。2.6本章小结在配电网中利用无功功率补偿的办法，可使系统中的用电设备所需的无功功率就地 平衡，使配电网的功率因数得以调节，对改善配电网电能质量，降损节能具有重要意义。

40、在配电变压器低压侧进行补偿，能有效降低配变的损耗和降低线路损耗，也可减少用户 电费开支，降低生产成本，经济效益明显。用户中的绝大多数用电设备，如感应电动机、电力变压器、电焊机、电弧炉及气体 放电灯等，它们都要从电网吸收大量无功电流来产生交变磁场，其功率因数均小于1。 而功率因数是衡量供配电系统是否经济运行的一个重要指标。采用无功补偿设备提高功 率因数，是节约电能的重要方法。电网中的无功功率的作用很大，电动机需要从电源吸 取无功功率来建立和维持旋转磁场以使其正常运转，变压器需要无功功率通过一次绕组 建立和维持交变磁场才能在二次绕组感应出电压。因此，电感性用电设备不但需要从电 源取得有功功率，还必

41、须从电源取得无功功率满足运行要求。第三章静态无功补偿装置3.1装设静态无功补偿装置的必要性(1) 梅山公司热轧厂、炼钢厂、热电厂及普莱克斯制氧厂均由220 kV板桥变电所 供电，通过2台主变压器(220 /110 /10 kV)将各厂连成一个系统，电气联系较为紧密。 炼钢厂交流电炉接于炼钢变30 kV母线上，通过110 /30 kV的一台变压器与系统相连。 交流电炉系交流电弧炉运行特性，在冶炼过程中负荷变化十分剧烈，产生大量高次谐波 电流并引起电网电压波动、电压闪变，对接入电网的电力、电子设备的运行影响很大， 甚至不能正常工作。(2) 炼钢工程自一九九九年投产后，由于交流电炉的生产，频繁引起制

42、氧厂制氧 机组喘振停产事故，喘振不仅对机组造成损坏外，而且机组停机后再起动至少要8 h 10 h，才能恢复正常供气，严重影响了炼钢生产，为此制氧厂不得不将电源由双电源改 为单电源供电方式，一旦供电电源失电，后果十分严重。(3) 公司热电厂上网双回线与炼钢变同接板桥变110 kV正、副母线，电气距离很 近，经计算，交流电炉无功冲击负荷将有30%由50 MW机组承担，对发电机组稳定运行 很不利。(4) 江苏电力中试所对梅山电网进行了测试，测试结果表明交流电炉冶炼时，炼 钢变电所110kV母线和制氧厂10 kV母线电压闪变均大大超过国家标准，对制氧机组、 发电机组影响是不言而喻的。(5) 目前，抑制

43、交流电炉对电能质量影响最有效办法就是安装适量动态无功补偿 装置(SVC)。由于梅山电网结构紧凑，交流电炉生产时必须同时投运SVC。为确保梅山 钢铁生产稳产、高产，在炼钢变电所增设先进、可靠的SVC装置是十分必要的。3.2 SVC装置介绍这套SVC装置属TCR型式，其品闸管和控制系统的性能可靠性高，响应速度快，精 密调节控制能力强，噪音低、体积小，维护工作量少。装置额定容量为22Mvar，由TCR 支路、3次滤波支路、5次滤波支路组成，如图1所示。其中TCR支路容量22Mvar，3 次滤波支路容量9Mvar，5次滤波支路13Mvar。静态无功补偿装置简称SVC ( Static VarCompe

44、nsator)是由固定电容器和品闸管控制电抗器为主要组成的大型功率补偿设备，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，也大量用于输配电系统和工业系统的无功补偿。SVC的重要特性 是它能连续调节补偿装置的无功功率。SVC在冶金行业应用比较多的场合是电弧炉和轧 钢供电系统，因其有效地抑制了负载的冲击对电网的影响，改善了电网质量，降低能耗。3.3 SVC的使用效果南钢100 t电炉是一台高阻抗超高功率交流电弧炉，变压器额定容量为60 + 20%MVA， 一次侧额定电压为33kV，二次侧连接通过星型连接和三角形连接转换实现021档电压 调节。南钢100 t超高功率电孤炉总降变压器在2004

45、年安装SVC并投入使用，在对电 炉电气参数的跟踪测试中发现，SVC对电炉运行电气参数有着明显的影响。(1)降低一次侧电压衰减在SVC未投用之前，电炉变压器一次侧电压的衰减较大，工作电压正常维持在27kV； SVC投用后，一次侧工作电压稳定在30kV。一次侧工作电压提高后，二次侧电压也明显得到提高。未使用SVC之前，二次侧21 级平均工作电压为380V，SVC投用后，增加至435V。二次侧电压增加，孤长也随之变长， 电孤功率和电效率增加，电极穿井的速度也会变快。3.4 SVC对变压器输出功率的影响提高变压器输出功率：随着一次侧电压衰减的降低，变压器的输出功率明显增加， 在有SVC情况下，即使使用

46、较低的电压级数19级，变压器的输出功率比无SVC的最高 电压级数21级的输出功率要高，同时功率因数(cos )也有明显的提高。对于电炉冶炼 而言，变压器输出功率和功率因数的提高意味着电弧炉输入功率的提高和供电时间的减 少。而冶炼周期为供电时间与加料、出钢等辅助时间之和，故此SVC的投用也带来了冶 炼周期的缩短和生产节奏的加快，电弧炉的产能也得到进一步的提高。3.5应对策略由于受炉料和设备条件的限制，泡沫渣条件无法得到进一步的改善，因此，在当时 的条件下，只能通过改变供电曲线来控制入炉功率，来达到降低冶炼电耗的目的。原有 的供电曲线为:起弧阶段电压级数为15级，穿井阶段逐步调节到21级，并一直保

47、证全 出钢。更改为：起弧阶段电压级数13级，穿井阶段仍逐步调节到21级，充分利用穿井 阶段电炉热效率最大的特点，电极穿井回升后到熔清出钢阶段使用19级供电。通过调 整供电曲线控制平均输入功率达到SVC投用前相当的水平，即4548MW。供电曲线调整 后，冶炼电耗很快恢复到正常的水平。但是，这种对策等于将SVC带给电炉的益处弃之 不用，因此最终解决方法应该是提高电炉操作水平，改善泡沫渣状况，提高电炉热效率。 近一两年来，电炉厂通过优化炉料结构，增加炉料配碳量，优化氧枪布置等一系列手段 不断提高操作技能，改善供电环境和泡沫渣状况，提高电炉热效率。目前供电曲线已逐 步恢复到SVC投用之前的操作，但电耗并没有出现大幅度的增加。3.6其他动态无功补偿装置介绍3.6.1 TCT型动态无功补偿装置的控制原理及应用(1)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，各级输配电设备都要消耗一定数量的 无功功率，尤以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。在配电网络中，用户消耗的无功功率约占50%60%，其余的无功功率消耗在配 电网中。因此，为了减少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。利用并联电容