低压无功补偿技术交流(CL)课件.ppt

1、l基本概念l无功补偿的基础知识l无功补偿的目的l无功补偿的作用l无功补偿的补偿原则l无功补偿装置及核心元件l无功补偿地点的选择l静态与动态无功补偿的区别l动态无功补偿的结构特点和投切开关的比较l实现动态无功补偿的核心元件和装置l动态无功补偿与涌流和滤波l工程安装应注意的问题l使用和维护应注意的问题l有功功率有功功率 交流电力系统需要电源供给两部分能量，一部交流电力系统需要电源供给两部分能量，一部分用于作功而被消耗掉，这部分能量将转换成机械分用于作功而被消耗掉，这部分能量将转换成机械能、光能、热能和化学能，这部分能量我们称之为能、光能、热能和化学能，这部分能量我们称之为有功功率。有功功率。l无功

2、功率无功功率 另一部分能量是用来建立磁场，用于交换能量使用，另一部分能量是用来建立磁场，用于交换能量使用，对于外部电路它并没有作功，而是由电能转换为磁能，对于外部电路它并没有作功，而是由电能转换为磁能，再由磁能转换为电能，周而复始，并没有消耗，这部再由磁能转换为电能，周而复始，并没有消耗，这部分能量我们称之为无功功率。分能量我们称之为无功功率。l1负载的性质与特征l 根据电工理论分析：负载可以分为：电阻性、电感性、电容性。 要记住：纯电阻、电感、l电容性的负荷几乎没有（除非实验室）。 一般工程上，都是充满着 R-L-C 的综合性负载。l电路分析方法：l 就是确定电路中的电压 U 与电流 I 之

3、间的关系（大小和相位）以及能量的转换和功率问题。l（1 ）电阻型负载la. 电压与电流的关系符合欧姆定律：lu = iRli = I m sintlu = iR = I m R sint = U m sintlb. 电压和电流的相位关系（相位差 j 0）lc. 瞬时功率 Pl ui 同相 p 0 表示电路从电源取用能量在电阻元件上将电能转换为热能这是一种不可逆的转l电阻型负载l电感性负载l电感电路中电流 i 与电压 u 在相位上l滞后 90l 相位差 j = 90o 即电压 u 比电流 i 超前 90l即U= I L sin(t + 90o ) l电容型负载l在 C 元件电路中l电流比电压超前

4、 90 lU= I L sin(t + 90）l小结l 电路所具有的参数 (R、L、C ) 不同则电压与电流间的相位差 就不同。 l 在同样的电压 U 和电流 I 之下，这时的 P 和 Q 也不同。 cos P /S，我们就把这 cos 称为功率因数l 交流电气设备按照规定的U n和 I n来计算和使用：l变压器容量用U n额定电压和 I n 额定电流的乘积来表示额定视在功率lSn = U n I n (KVA)l无功功率的定义无功功率的定义 国际电工委员会给出的无功功率的定义为：电压与无功电国际电工委员会给出的无功功率的定义为：电压与无功电流的乘积。流的乘积。 QC=UQC=UICIC 其物

5、理意义为：电路中电感元件与电容元件活动所需的功其物理意义为：电路中电感元件与电容元件活动所需的功率交换称为无功功率。率交换称为无功功率。l无功功率是否为无用功率无功功率是否为无用功率 无功是相对于有功而言的，不能说无功是无用之功，没有无功是相对于有功而言的，不能说无功是无用之功，没有这部分功率，就不能建立感应磁场，电动机、变压器等设备就不这部分功率，就不能建立感应磁场，电动机、变压器等设备就不能运转。在电力系统中，除了负荷无功功率外，变压器和线路上能运转。在电力系统中，除了负荷无功功率外，变压器和线路上的电抗器也需要大量的无功功率。的电抗器也需要大量的无功功率。无功补偿无功补偿原理原理 电磁元

6、件建立磁场占用的电能电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所电容器建立电场所占的电能占的电能.电流在电感元件中作功时电流在电感元件中作功时,电流超前于电压电流超前于电压90.而电流在电容元件中作功时而电流在电容元件中作功时,电流滞后电压电流滞后电压90.在同一电路中在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反电感电流与电容电流方向相反,互差互差180.如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件如果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两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小的夹角缩小,从而提高电能作功的能力从而提高电能作功的能力,这

7、就是无功补偿这就是无功补偿的原理。的原理。无功补偿无功补偿原理原理无功补偿无功补偿原理原理 电容和电感并联接在同一电路时，当电感吸收能电容和电感并联接在同一电路时，当电感吸收能量时，正好电容释放能量；电感放出能量时，电容正量时，正好电容释放能量；电感放出能量时，电容正好吸收能量。能量就在它们中间互相交换。即电感性好吸收能量。能量就在它们中间互相交换。即电感性负载所需的无功功率，可以有电容器的无功输出得到负载所需的无功功率，可以有电容器的无功输出得到补偿，因此我们把具有电容性的装置称为：补偿，因此我们把具有电容性的装置称为：“无功补无功补偿装置偿装置”。无功补偿无功补偿基础知识基础知识无功补偿无

8、功补偿基础知识基础知识l1、功率因数、功率因数l有功功率与视在功率的比值，叫网络的功率因数。有功功率与视在功率的比值，叫网络的功率因数。l COS=P/Sl2、补偿容量的计算、补偿容量的计算lQc=P( ) l在不知具体参数时，对于一般用电单位，电容器安在不知具体参数时，对于一般用电单位，电容器安装容量可按变压器容量的装容量可按变压器容量的1030确定。确定。12cos121cos112无功补偿无功补偿目的目的l1、改善设备的利用率、改善设备的利用率l因为功率因数还可以表示成因为功率因数还可以表示成如下形式：如下形式：lCOS= P/S UIP3其中其中U线电压，线电压，kV I线电流，线电流

9、，A可见，在一定的电压和电流下，提高可见，在一定的电压和电流下，提高COS，其输出的有功功率越大。，其输出的有功功率越大。因此，改善功率因数是充分发挥设备潜因此，改善功率因数是充分发挥设备潜力，提高设备利用率的有效办法力，提高设备利用率的有效办法无功补偿无功补偿目的目的l2、提高功率因数可以减少电压损失、提高功率因数可以减少电压损失l电力网电压损失的公式可以求出：电力网电压损失的公式可以求出：lUUR+jUX=l 以上公式可以看出，影响以上公式可以看出，影响U的因素有四个：线路的有功功率的因素有四个：线路的有功功率P、无功、无功 功率功率Q、电阻、电阻R和电抗和电抗X。如果采用容抗为。如果采用

10、容抗为XC的电容来补偿，则的电容来补偿，则 电压损电压损失为：失为：U=故采用补偿电容提高功率因数后，电压损失故采用补偿电容提高功率因数后，电压损失U减少，改善了电压质量减少，改善了电压质量。UQXPRUXXQPRC)(无功补偿无功补偿目的目的l3、提高功率因数可以减少线路损失、提高功率因数可以减少线路损失l 据有关资料，目前全国有近据有关资料，目前全国有近20GA的高耗能变压器在运行，一些城的高耗能变压器在运行，一些城网高耗能配变变压器占配变变压器总数的网高耗能配变变压器占配变变压器总数的50。许多城网无功功率不足，。许多城网无功功率不足，调节手段落后，造成电压偏低，损耗增大。调节手段落后，

11、造成电压偏低，损耗增大。1995年全国线损率高达年全国线损率高达7.8。通过多方面的努力，通过多方面的努力，1997年全国线损率才达到年全国线损率才达到8.2。与一些发达国家相。与一些发达国家相比，我国线损率约高出比，我国线损率约高出23个百分点。据统计，电力网中个百分点。据统计，电力网中65以上的电以上的电能损耗在能损耗在10kV以下的配电网中损耗的，因此配电网中的减少线路损失非以下的配电网中损耗的，因此配电网中的减少线路损失非常重要。常重要。l当线路通过电流当线路通过电流I时，其有功损耗为：时，其有功损耗为：lP=3I2R103（kW) 由以上公式可见，线路有功损失由以上公式可见，线路有功

12、损失P与与cos2成反比，成反比，cos越高，越高，P越越小。小。 无功补偿无功补偿目的目的 4、提高电力网能力的传输、提高电力网能力的传输视在功率与有功功率成下述关系：视在功率与有功功率成下述关系：l P=Scos可见，在传送一定功率可见，在传送一定功率P的条件下，的条件下，cos越高，所需视在功率越小。越高，所需视在功率越小。无功补偿无功补偿补偿原则补偿原则 发电厂发电厂 配用电配用电 输变电输变电 无功电源：无功电源：发电机、调相机、电容器发电机、调相机、电容器 Qmax=QF+ QS + QB + QC+ QT 无功补偿作用：无功补偿作用：降低线损、稳定电压、降低线损、稳定电压、提高供

13、电质量提高供电质量无功补偿无功补偿补偿原则补偿原则l无功补偿原则无功补偿原则l 全面规划、合理布局、全面规划、合理布局、l 分级补偿、就地平衡分级补偿、就地平衡无功补偿无功补偿补偿方法补偿方法l集中补偿与分散补偿相结合集中补偿与分散补偿相结合l高压补偿与低压补偿相结合高压补偿与低压补偿相结合l调压与降损相结合调压与降损相结合无功补偿成套装置无功补偿成套装置环境条件环境条件l安装运行地点海拔高度不超过安装运行地点海拔高度不超过1000米米 （对于安装运行（对于安装运行l地点的海拔高度超过地点的海拔高度超过1000米时装置，在订货时应特别米时装置，在订货时应特别加以说明）；加以说明）；l 装置分为

14、户内型和户外型，周围环境空气温度类装置分为户内型和户外型，周围环境空气温度类25+40l40+40两种；两种；l装置的安装地平应与垂直面倾斜度不超过装置的安装地平应与垂直面倾斜度不超过5度度;l安装运行地点应无剧烈的机械振动、无有害气体和安装运行地点应无剧烈的机械振动、无有害气体和蒸汽、蒸汽、l无导电性或爆炸性尘埃无导电性或爆炸性尘埃 无功补偿成套装置无功补偿成套装置技术性能技术性能l 整组电容器偏差为整组电容器偏差为0+10%，串联段间偏差小于，串联段间偏差小于2%，相间偏差小于，相间偏差小于2%l 装置允许在装置允许在1.10Un工频稳态过电压下长期运行，工频稳态过电压下长期运行，在此运行

15、状态下，包括所有谐波分量在内的电压峰值在此运行状态下，包括所有谐波分量在内的电压峰值应不应不1.22Unl 装置允许在由于过电压和高次谐波造成的有效值装置允许在由于过电压和高次谐波造成的有效值1.30In的稳定过电流下运行，对于电容具有最大正偏的稳定过电流下运行，对于电容具有最大正偏差的电容器，这个过电流允许达到差的电容器，这个过电流允许达到1.43Inl 装置采用电容器专用过电压保护器和串联电抗器，装置采用电容器专用过电压保护器和串联电抗器，有效的限制操作过电压、高次谐波和涌流。有效的限制操作过电压、高次谐波和涌流。无功补偿成套装置无功补偿成套装置结构特点结构特点l1、补偿柜内部主要元器件有

16、电容器、电抗器、刀熔开关、熔断器、复合开关、控制器等组成； 2柜体面板上有功率因数表、电流表、转换开关等，方便用户进行实时观测，和手动/自动投切转换；柜体顶部设有散热用的风机，由温控开关控制，面板上具有控制风机的手动/自动转换开关。3柜体采用优质冷轧钢板制成，平整性好，外表面作喷塑处理，防腐能力强；内部框架采用镀锌钢板铝锌钢板，确保较好或敷的导电性和防腐性。 4. 保护功能齐全：有短路、过载、过压、欠压、缺相等保护；各项参数设定方便；当外部有相关故障发生时自动退出运行，送电后自动恢复运行。l无功补偿成套装置无功补偿成套装置用途用途l低压无功补偿柜以智能型无功功率控制器为核心，利用复合开关作为电

17、容器组的投切器件，采用无功功率作为控制量，以最少的投切次数获得最佳的补偿效果。补偿元件由电容器与电抗器相串联组成，具有谐波抑制功能，可用于谐波较高的场合。无功补偿成套装置无功补偿成套装置技术参数技术参数l1额定电压：230V,4000V，600V2额定频率：50Hz3额定补偿容量：301000kVar4运行电压范围：0.81.1Un5电容器接线方式：“”或“Y”。6测量误差：电压：0.5% 电流：1.0% 无功：1.0%。7投切方式：自动循环投切8投切延时：0999秒可调。9电抗器电抗率选用：6%、7%、12%、13%，根据电网谐波状况定,其他电抗率根据用户要确定。l变电站集中补偿l配电变低压

18、补偿l配电线路固定补偿l用电设备随机补偿补偿方式变电站集中补偿配电变低压补偿配电线路固定补偿用电设备随机补偿补偿对象变电站无功需求配电变无功需求配电线路无功基荷用电设备无功需求降损范围主变压器及输电网配电变及输配电网配电线路及输电网整个输配电系统网调压范围较好较好较好最好投资情况较大较大较小较大设备利用率较高较高很高较低维护状况方便较方便方便不方便内 容静态补偿动态补偿响应时间大于1s，投切需要延时过程20-60ms，无需延时过程控制信号输出AC 220V输出DC 12V投切开关交流接触器可控硅或复合开关补偿方式只有共补可共补、分补和混补电容器配置等级差配置可任意配置投切特点投退冲击电流大、产

19、弧、触头易烧结过零投切、无涌流、不拉弧（无触点）补偿精度粗，精度低细，精度高适用负荷静态负荷静态和变化快的负荷可靠性低高工程造价低较高l智能控制器+调节器（可控硅）+电力电容器l智能控制器+复合开关+电力电容器名称调节器复合开关机电一体化开关组成元件可控硅（晶闸管）可控硅交流接触器可控硅外置交流接触器优点快速动态调节补偿量，响应时间快、无涌流、电流冲击小， 投切延时短利用晶闸管控制电容投切，接触器稳定运行。电流冲击减小、无涌流，投切响应时间较快能实现分相补偿与三相补偿，以满足三相不平衡系统的需要，机电开关控制使装置既有晶闸管开关的优点，又具有接触器无功率损耗的优点缺点无谐波抑制能力，自身有谐波

20、产生，功耗较大、需加风扇和散热器无谐波抑制能力外加交流接触器，响应时间相对较慢同样，无谐波抑制能力可靠性较低较高高造价较高较低低l智能控制器l调节器（可控硅）、复合开关l电力电容器l串联电抗器1.1 WGK161A系列无功功率自动补偿控制器l全数字化设计，交流采样，四位LED数码管显示；l可实时显示电网功率因数、电压、电流、电压总 谐波畸变率的平均值及电容投切状态等信息；l具有手动补偿/自动补偿两种；l取样物理量为无功功率，具有谐波测量及保护功能；l有静态和动态两款 STFC系列低压复合开关是新一代低压补偿电容器的投切开关器件。其工作原理是将可控硅与交流接触器并联运行，使复合开关在接通和断开的

21、瞬间具有实现过零投切的优点。 保证零电压投切，无涌流，触电不烧结，功耗小，无谐波注入。具有元件故障保护，报警输出，运行指示等功能。对三相电压进行分相补偿或三相同步补偿。RJVTDTVTDT RJABCC两相两管开关电路投切三相形接线电容器组DTVTJLC等电压投零电流切 的新型复合开关1、分类：油浸式、干式或半干式、充气式纸质式、金属（铝和锌）化膜自愈式、防爆。2、特点：具有自愈功能、内置过压保护装置及放电电阻，电容器芯组经过高真空硅油浸渍定型处理。3、电容器的容值换算 C2 f UC2A/DDSP空气开关无触点开关n-k组k组负载CC三相共补与分补相结合，电容器 -Y的接线ABCC串联电抗器

22、与电容器的连接RRRLLLFUFUFUl串联电抗器的作用l CKSG系列干式铁芯串联电抗器用于低压无功补偿柜中，每一段电容器组由一个电容器和一个电抗器串联而成，组成一个串联谐振回路。当低压电网中有大量整流、变流装置等谐波源时，其产生胡高次谐波会严重危害主变及其它电器设备的安全运行。电容器和电抗抗器串联后能有效的吸收电网谐波、改善系统的电压波形，提高功率因数，并能有效的抑制合闸涌流及操作过电压。l串联电抗器的选择1、用于降低合闸涌流，电抗百分率值取0.2%-1.0%2、用于限制3次-5次谐波， 值取12%-14%3、用于限制5次以上谐波， 值取4%-6% =U/Un*100% U是电抗器在额定电

23、流下的电压降(V) Un是系统线电压(V)配电运行的六个关键数据：l1）电流值:过大或过小l2）电压值:过高或过低l3）功率因数:过补或欠补和无功倒送问题l4）谐波:谐波电流、谐波电压及其畸变率l5）三相不平衡问题l6）平均负载率l装置一次线应连接在负载侧，按一次原理图 可靠接好A、B、C三相电源及零、地线。l采样CT安装在负载侧，引线接至装置采样接线端子上，对应A、B、C相序按“” “” 极接好。l检查各连接点是否因运输等原因引起松动。l上电后如控制器、复合开关无显示，检查熔断器熔芯是否完好、或接插件是否松动。l如控制器显示功率因数超前或不停变化，检查采样CT是否按相序接好。l堵塞好安装进线孔，别另外开孔，以防小动物进入l户外的采样CT问题：建议采用户外CT或在户内CT加一个小不锈钢箱子，二次线用PVC管套好l检查各接线端子是否松动、发热等，保护熔芯是否完好l检查现场用电情况，是否有过压、欠压、缺相、电压、谐波超限，如果有的话，控制器会实行自保护而退出运行l控制器问题：失灵，不发出控制信号，不显示，花屏跳屏现象，现场查找原因，或通知厂家l调节器或复合开关问题：接线端子是否有烧结现象，不投或不切，l谐波影响：是否有电流放大现象l电容器问题：电容器外表温度，电容器的容值衰减程度，是否有裂口或鼓肚l防小动物问题l过电压问题:主要是雷击