配电网无功补偿主要技术和选型方法.

1、配电网无功补偿主要技术和选型方法华北电力大学电气工程学院电气技术高研班系列培训教材 刘连光电网无功补偿工程问题的提出 电厂电网发展和用电量增加同时，网络损耗问题日益突出 国网公司和省市供电公司非常重视，普遍认识到降低网损是供电部门减少供电成本的重要突破口，也是增加供电量的重要手段。 通过降损提高供电量的成本是兴建电厂成本的1/4-1/5。 我国电网损耗可分为4个等级，中压10kV配网降损潜力最大 500及220kV、110及35kV和10kV 三部分网损比例1.5：1.1：2.5,中压10kV配网降损潜力最大。全国10kV 配网700余万公里；网架薄弱、设施老化、线细路长，农网这一问题尤为突出

2、。 配电变低压侧无功补偿是降低10kV配网损耗的最有效措施 降损措施包括：控制线路长度、加粗导线、采用节能变、无功补偿等。对中压网而言，低压无功补偿是降低10kV网损的最经济措施。 配电变小容量、多布点是降低低压网损的有效措施。华北电力大学电气工程学院配电网常见无功补偿方案比较 常见有变电站集中补偿、配电变低压补偿、配电线路固定补偿和用电设备分散补偿共四种方案。 变电站集中补偿：采用装置：并联电容器、同步调相机、静止补偿器等。目的平衡输电网无功功率，改善输电网功率因数，提高系统终端变电所母线电压，补偿主变压器和高压输电线路的无功损耗。 华北电力大学电气工程学院配电网常见无功补偿方案比较配电变低

3、压补偿：分组自动投切电容器是应用最普遍的补偿方法。总补偿容量在几十至几百千乏不等。目的是提高专用变用户功率因数，实现无功的就地平衡，降低配电网损耗和改善用户电压质量。 后面主要讲配电变低压补偿。华北电力大学电气工程学院配电线路固定补偿：线路杆塔上安装固定电容器实现无功补偿。由于远离变电站保护难配置、不易维护等问题。因此，补偿点不宜过多；容量也不宜过大；多采用固定补偿避免出现过补偿现象；保护与控制方式从简，采用熔断器和避雷器作为过电流和过电压保护。用电设备随机补偿：在10kV以下电网的无功消耗总量中，变压器消耗占30左右，用电设备（电动机）消耗占65以上。因此，用电设备无功补偿是经济效果最佳，综

4、合性能最强，值得广泛推广节能措施。 油田抽油机、矿山提升机、港口卸船机等不均匀负荷（包括风机和水泵）电动机意义最大。提出和在进行的研究课题。配电网常见无功补偿方案比较四种无功补偿方案性能比较： 这些方案是根据应用场合产生的，高压补偿设计是关键，配变补偿可靠性是关键，设备补偿维护是关键。各自性能、特点如下： 配电变低压补偿需要推广，设备补偿需要重点关注。华北电力大学电气工程学院补偿方式变电站集中补偿配变低压补偿线路固定补偿设备随机补偿补偿对象变电站无功配电变无功线路无功基荷用电设备无功降损范围变压器及输电网配变及输配网输配电线路整个输配电网调压效果较好较好较好最好单位投资较大较大较小较大设备利用

5、率较高较高很高较低维护方便性方便较方便方便不方便配变低压无功补偿的意义和作用 配变低压无功补偿的意义和作用 提高线路、变压器利用率和传输能力；减少线路、变压器的有功损耗；减少线、变的电压损耗。意义在于降损节能，延缓建设投资。 减少线路和变压器有功功率损耗分析 系统简介： 无功就地提供，线路和变压器损耗减少，带负荷能力提高。华北电力大学电气工程学院配变低压无功补偿的意义和作用 减少线路和变压器电压损耗分析 无功补偿前后系统的电压计算结果比较：方案序号功率因数不同情况的线路节点电压值（kV） 2345678910.8510.510.08310.0839.781 9.781 9.497 9.497

6、9.297 9.297 9.142 9.142 9.063 9.063 9.081 9.081 20.9510.510.130 10.130 9.8429.8429.5899.5899.3959.3959.2579.2579.1879.1879.2039.20330.8511.410.983 10.983 10.69910.69910.40010.40010.18310.18310.02710.0279.9489.9489.9669.96640.9511.411.033 11.033 10.74210.74210.48910.48910.29510.29510.15710.15710.0861

7、0.08610.10310.103 该系统电压问题的影响和危害： 该线路首端电压高、末端电压低对白炽灯、电动机、变压器、电容器等设备运行都有很大影响和危害，。 结果同时说明：仅靠无功补偿不能解决长线路的电压问题。 华北电力大学电气工程学院配变低压无功补偿的意义和作用 运行电压对变压器功率损耗的影响分析 同时考虑无功补偿和电压调节的电压计算结果比较： 该系统TVR调压作用和经济性分析： 该线路电压合格率提高、变压器损耗下降。方案4系统的变压器比方案8系统多耗能32400kwh。结果说明电网损耗与电网运行电压密切相关。而电网结构是解决电压问题的根本措施。 方案序号功率因数采用TVR调压线路节点电压

8、值（kV） 2345678950.8510.510.08310.0839.781 9.781 9.497 9.497 9.797 9.797 9.642 9.642 9.563 9.563 9.581 9.581 60.8510.259.833 9.833 9.5319.5319.2579.2579.5299.5299.3749.3749.2979.2979.3139.31370.9510.510.13 10.13 9.8429.8429.5899.5899.8959.8959.7579.7579.6879.6879.7039.70380.9510.259.880 9.880 9.5929.5

9、929.3399.3399.6469.6469.5079.5079.4379.4379.4539.453华北电力大学电气工程学院 三相平衡系统补偿方法和原理 用容量分为若干组的电容器补偿箱，以无功功率为控制量实现分组投切控制。机电一体开关是提高可靠性和寿命的关键技术。配变无功补偿方法和基本原理 三相不平衡系统补偿方法和原理 用三相星接电容器、模糊控制技术、不等容量分组补偿箱，按三相各相需要分相投切。分相投切模糊控制技术是突出特色。 华北电力大学电气工程学院 解决机械开关寿命问题机械开关装置寿命低涌流影响电容器寿命机电一体开关控制的技术特点 解决电子开关损耗问题电子开关有发热损耗风扇散热降低可靠

10、性 强调寿命可靠性是关键 低压无功补偿地点分散、数量大，维护不便、工作量大，因此装置可靠性和使用寿命是关键，其中开关和电容器是关键。机电一体开关装置不仅可靠性高，而且成本、体积低于或相当于电子开关装置，已成为低压无功补偿招标的必须技术条件之一。华北电力大学电气工程学院 机电一体开关控制电路的组成机电一体开关单元的实现方法 机电一体开关的输入、输出控制时序和标准规格 时序如图所示。规格有二晶闸管、三晶闸管开关，以及多路控制的机电一体开关等多种规格和结构。华北电力大学电气工程学院 三相系统不平衡的影响和危害 三相电流不平衡和零线存在电流，线路和变压器铜损增大；流入变压器的零序电流完全是激磁电流，变

11、压器铁芯和附件发热产生铁损；另外，三相不平衡造成中性点电位偏移，影响电动机等用电设备正常、安全运行，以及影响电能表的计量精度。 对线路和变压器铜损影响分析 设系统三相线路及变压器绕组的总电阻为R， 如果三相电流平衡：IA=100A，IB=100A，IC=100A， 则总铜损=1002R+1002R+1002R=30000R。 如果三相电流不平衡：IA=50A，IB=100A，IC=150A， 则总铜损=502R+1002R+1502R=35000R，铜损增加了17%。 分相补偿的必要性和实现技术 分相无功补偿的实现技术简介 分相补偿关键技术在控制器的模糊控制算法，及不等容量分组补偿箱设计方法。

12、技术实现方法实质是计算各相无功缺额，投入选中的对应电容器，而不是采用固定的投切控制规则。 华北电力大学电气工程学院 DBX系列低压无功动态补偿箱 用于城农网配变无功补偿，平衡或分相投切可选择。标准方案有配电+补偿+计量、配电+补偿、补偿+计量、补偿等方案。 DBP和DBPX系列无功动态补偿屏 用于低压配电室。DBP 系列屏为国家级火炬计划推广产品。DBPX系列适用于有谐波场合，电容器为专门设计、制造。系列户外综合补偿配电箱 考虑了电能计量、电能分配、配电控制等功能要求，是根据城、农网建设改造需要，及多年经验设计的配电箱。 XLW 系列低压户外综合配电箱，有配电、补偿、计量、漏电保护等多种规格和

13、功能，根据用户需要组合成七种方案。 各种补偿箱（屏）和配电箱特点 补偿方式：平衡补偿、分相补偿、平衡分相组合； 控制方式：编码或循环投切或模糊控制，控制量为无功功率； 箱体结构：不锈钢或冷扎板；镀锌件；IP33防护； 电气保护：过压、欠压、缺相、过流、漏电保护等。无功补偿箱的种类及技术特点华北电力大学电气工程学院PDC-8000配电测控仪技术特点功能和特点 数据采集（存储时间两月） 数据通讯（232、485接口） 数据管理（后台软件功能） 无功补偿（取样无功功率） 运行保护（过欠压缺相等） 自动运行（10s 自动恢复） 液晶显示（运行调试设置） 响应时间（0.2s或20ms内） 掌上电脑（现场

14、采集数据） 补偿方式（平衡或者分相） 接线方式（星型角型组合） 软硬件系统安全可靠 无功补偿的自动控制 配电变运行参数监测 配电信息一体化管理 DSP 芯片及控制技术 留有RS232和485接口 用掌上电脑采集数据 用后台软件实现管理 根据不同功能需求、考虑应用成本，设计有7种补偿控制器供用户选择。其中，功能最强大的PDC-8000测控仪特点如下： 华北电力大学电气工程学院无功补偿控制器产品合理选用 PDC-8000配电综合测控仪（控制器） 除无功补偿控制器全部功能外；可对系统数十种电气参数和运行状态，进行实时采集、运算、统计、分析、存储、显示、网络传输；并对预先设置的可控量值，如电压、电流超

15、限、谐波超限、欠补过补等异常状态进行跟踪控制，使系统处于最隹运行状态。 综测仪实时记录的各种电气量，可通过掌上电脑、笔记本电脑、通信网络等多种方式，传送到中心计算机上；并自动生成各种曲线图、直方图和统计报表，为用电管理人员提供各种电网运行数据。 价格稍高、功能强，可在配电自动化系统单独做监测终端。 基本型无功补偿控制器（DBK-5、6、7等） 主要是实现无功补偿投切控制和必要保护。型号区别在于编码方式、使用器件、性能等方面有所不同。油田控制器不做介绍。华北电力大学电气工程学院补偿工程的常见问题和选型方法 补偿方法和补偿容量的问题 仅在部分专用变、公用变安装补偿箱，或只要求专用变安装，但公用变不

16、装或安装数量少，或补偿容量不足，影响全网（线路）降损节能和电压质量改善效果。实例。 农村电网网建设与改造技术文件：100 KVA 及以上用户功率因数在0.9以上；补偿容量按台变容量10%-15% 配置。主要考虑防过补比较保守，实践表明动补应在20%-30%内。高压系统。 谐波影响和电容器保护问题 谐波影响会使电容器过早损坏或造成控制失灵，谐波放大会使干扰更加严重。电容器过压保护取1.2UN，超过必须跳闸。前面实例。 谐波对电容器和补偿控制有很大影响。应对系统谐波进行测试，存在谐波但不超标选抗谐波装置，而谐波超标则应治理谐波。华北电力大学电气工程学院补偿工程的常见问题和选型方法 控制量选取和控制

17、方式问题 用电压做投切控制量对电力系统不可取。虽然电压波动主要是无功变化引起的，但线路电压水平则是系统情况决定的。当电压偏高或偏低时，按电压控制与实际无功需求相差甚远，会出现无功过补或欠补。从降损角度，取无功功率为控制量是最佳控制方式。 无功倒送和三相不平衡补偿问题 无功倒送会增加线路和变压器损耗，加重线路供电负担。为防三相不平衡无功倒送，控制器应检测、计算三相无功投切控制。固定补偿部分容量过大，容易出现无功倒送，目前多数场合均采用动态补偿。 三相不平衡会出现系统损耗增大等问题，应考虑采用分相补偿。但一般控制器分相控制效果值得考虑，必须在控制方法（算法）和分组容量（接线）综合考虑，一般算法难有

18、效解决问题。华北电力大学电气工程学院补偿工程的常见问题和选型方法 补偿方案选择和功能要求问题 根据实际需要和管理要求。目前城网台变以无功补偿为主，多数要求综合监测功能。农网不同场合要求不同，可考虑配电+补偿、补偿+计量方案，特殊用户用配电+补偿+计量或补偿+综测。 对功能要求高，必然成本高、投资大。建议根据实际需要和使用场合，选择功能适当、价位合理的产品。 装置自身损耗、可靠性和经济性问题 接触器控制或晶闸管控制各有优缺点，晶闸管功损和发热大，使用散热器和风扇散热，体积大也影响装置可靠性。因此，采用机电一体化开关控制是最科学、最合理的解决方法和措施。 对响应速度要求非常高（冲击负荷）场合，满足

19、补偿要求需要采用晶闸管投切电容器补偿。由于不用散热器、风扇、熔断器设备，机电一体开关控制与晶闸管控制经济性还要低一些。华北电力大学电气工程学院无功补偿箱的户外安装和使用 选型应考虑箱体结构、防护等级、使用材料和采用工艺等问题。 华北电力大学电气工程学院低压无功补偿容量的理论计算 无功补偿容量的理论计算方法1）按提高功率因数需要确定补偿容量 若已知日负荷平均有功为Par,补偿前平均功率因数为COSar1,补偿后平均功率因数为COSar2。补偿容量QC可按下式计算： 若要求功率因数大于COSar2 ，小于COSar3 ，则补偿容量应满足下述不等式关系： QC )1 ()(1221arararara

20、rarCtgtgPtgtgPQ)(21ararartgtgP)(31ararartgtgP华北电力大学电气工程学院低压无功补偿容量的理论计算 无功补偿容量的理论计算方法2）按降低线损需要确定补偿容量 加装补偿电容器，并不改变补偿前后线路的有功功率，可按补偿前后无功功率差值确定补偿容量QC： 212122211122113sinsincos3sinsin33tgtgPtgtgUICOSIIUIIUIUQRRRXC华北电力大学电气工程学院低压无功补偿容量的理论计算 无功补偿容量的理论计算方法）按提高电压质量需要确定补偿容量 按提高电压选择无功补偿容量，需进行潮流计算才能确定补偿电容器容量；同时需要

21、潮流分析详细计算和校验电网电压、无功是否越限等问题。配电线路用户（节点）数量多，线路、变压器的 R/X小，缺乏原始监测数据；故计算过程、方法复杂，工作量大。 因此，10kV配电线路按电压质量选补偿容量计算复杂，计算结果与实际无功需求相差可能很大，线路末端用户可能出现无功过补现象。所以10kV线路一般不按电压条件选择补偿容量。 对负荷特别重、导线较细的配电线路，整条线路的配电变普遍加装无功补偿装置，才有助于提高线路的电压质量；部分安装或仅靠无功补偿，不能很好地解决全线路的电压问题。华北电力大学电气工程学院低压无功补偿容量的实用估算 无功补偿容量的实用估算方法 补偿容量理论计算方法存在的问题： 由

22、于没有或缺乏监测手段，及用户负荷性质、波动情况不同，准确确定大量用户的日平均功率 Par和日平均功率因数COSar困难；因此理论计算法在实际工程中不具备计算条件。 补偿容量问题的工程实用解决方法： 农村电网建设与改造技术原则（国电农1999191号）：100 KVA及以上电力用户的功率因数应在 0.9以上；配电变压器的无功补偿，可按配电变压器容量的10%-15%配置。文件功率因数按 0.9考虑，且没有提采用动态补偿。并联电容器装置设计规范（GB 50277 -95）：当不具备设计计算条件时，电容器容量可按变压器容量的10%-30%确定。 实践表明：采用动态补偿在20%-30%内较理想。华北电力

23、大学电气工程学院无功补偿容量和效益计算实例 分析无功补偿经济效益的计算实例 例：某电力用户补偿前功率因数COS0.75，补偿前变压器视在功率（容量）S800KVA，年用电时间为T3000小时， 试计算： 1）欲使功率因数提高到0.95，求需装设的补偿容量； 2）补偿前用户需要支付的年费用； 3）设补偿装置每kvar投资为150元，投资按每年20回收，无功补偿装置本身损失为3。求安装补偿装置后获得的年效益。 解：已知补前COS0.75，sin0.6613, S800KVA， 则可求补前：P1S COS18000.75600 （kw） Q18000.6613529.04 （kvar）华北电力大学电

24、气工程学院无功补偿容量和效益计算实例 1）将功率因数提高到0.95，需要装设的电容器容量 功率因数提高到0.95，则tg20.3287；补前COS10.75，可求tg10.8819。按下式可计算补偿容量： 330 2）补偿前用户需支付的年费 补前基本电费FJ1：按最大负荷收取，180元/年.kVA ， 故有：FJ1180800144000 （元） 补前电量电费FD1：设电费为每kWh为0.3元， 故有： FD10.36003000540000（元） 则补偿前年总费用为： FZ1FJ1+ FD1144000+540000684000（元）)3287. 08819. 0(600)(21tgtgPQ

25、arC华北电力大学电气工程学院无功补偿容量和效益计算实例 3）求补偿后需要支付的年费和年效益计算 补后视在功率： kVA 补后基本电费：FJ2180642115560（元） 补后电量电费：FD20.3(600+0.03330)3000548910（元） 装置的折旧费：Ff150330209900（元） 补偿后年费用：FZ2FJ2+ FD2+ Ff 115560+548910+9900674370（元） 补后获得的年效益：FFZ1FZ26840006743709630（元） 以上只是用户角度的效益计算，还没考虑功率因数调整电费、降低电网损耗费用、以及提高设备利用率、节约电网建设投资、改善电压质量

26、等带来的综合效益，考虑这些效益更加可观。 64295. 033003. 060095. 003. 0600CBQS华北电力大学电气工程学院无功补偿容量和效益计算实例 无功补偿降低电网损耗效益的计算 降低电网损耗的效益计算，可计算补偿前后线路、变压器损耗方法进行计算。补偿前后损耗的计算公式如下： 补偿前: ；补偿后： 计算中问题：需要考虑线路、变压器参数和运行电压，因此整个电网的无功补偿效益计算比较复杂。 本例不涉及线路，查SG10-800/10配电变压器的PK =6.95kW,按参数公式可求R=1.086。故可计算变压器降损带来的年效益： FD10.3（6.409-4.0）1.08630002

27、354.56（元） 降低配电线路损耗、提高设备利用率、节约电网建设投资、改善电压质量等综合经济效益计算本例略。RUQPP222RUQQPPc222华北电力大学电气工程学院不均匀负荷电动机的无功补偿 如油田抽油机、矿山提升机等电动机。一般随机补偿方法存在的问题分析 1）COS很难达到0.85的要求 原因：负荷波动大、井下工况变化等 2）电动机长期低负荷下运行 “大马拉小车” 效率低、COS低 3）电压等级高动态补偿成本高 1140V和660V设备价格高，成本高。 4）过补偿和电网谐波影响问题 切除时自激或发生谐振损坏电容器。 功率因数低、电网损耗大，使电网供电能力、电动机和变压器利用率下降。 华

28、北电力大学电气工程学院不均匀负荷电动机的无功补偿电抗器控制的抽油机电动机动态补偿装置 最新研制的抽油机专用无功补偿装置华北电力大学电气工程学院 补偿装置主要特点： 1）使用高耐压、抗谐波电容器，以提高可靠性和限制谐波干扰。 2）靠电抗器限制涌流和动态补偿 3）专用补偿控制器方便实现电容器安装调试、保护控制、和运行监视。 4）分为两组，固定补偿和3或4千乏左右的可调补偿，以降低成本。 抽油机用电约占油田总电费40% 左右，抽油机供电降损、节能意义重大。但无功补偿对电动机本身没有节能作用。 异步电动机降损节能装置研制 提出和在研究的两项新课题：抽油机（不均匀负荷）电动机调压节能控制装置（调压是最优措施） 基本思路：限制谐波、电动机节能、降低成本； 方案之一：IGBT和DSP控制，调压和异步发电同时解决（用于380V） 华北电力大学电气工程学院异步电动机降损节能装置研制抽油机（不均匀负荷）电动机调压节能控