低压补偿电容器柜控制电路(手动+自动方案)--精品文档格式.doc

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第3章低压补偿电容器柜控制电路的设计...................................10

3.1问题提出........................................................10

3.2方案分析........................................................11

3.3低压无功补偿装置的原理..........................................12

3.4无功补偿装置的主要元件..........................................12

3.4.1控制器.....................................................12

3.4.2交流接触器.................................................13

3.4.3电容器.....................................................13

3.5控制策略........................................................14

3.6装置原理接线图..................................................14

3.7无功补偿装置的运行维护..........................................15

3.7.1电容器组的巡视检查.........................................16

3.7.2运行注意事项...............................................16

3.7.3常见故障及处理.............................................16

结论....................................................................18

致谢....................................................................19

参考文献................................................................20

附图：

A-001,B-001

摘要

电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，造成系统中大量无功负荷的存在，加上冲击性负荷的影响，使得电能传送过程出现较明显的功率损耗和电压损耗，这会对用户端的电能质量造成严重的影响，于是实时快速的无功补偿技术成为解决这个问题的关键。

在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以补偿感性负载所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，无功补偿是保持电力系统无功功率平衡、降低损耗、提高供电质量的一种重要手段。

无功功率补偿装置是电力供电系统中不可缺少的、非常重要的组成部分。

合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少电网的损耗，提高电网的供电质量。

本设计选用了WZK-A型无功功率自动补偿器进行无功功率的补偿，可使功率因数提高，减小主变压器的容量及补偿点以前供电系统中各原件上的功率损耗。

关键词:

低压电容补偿器，补偿容量，功率因数，无功功率

III

Abstract

Inthegridpowerloadsuchaselectricmotors,transformers,mostbelongtotheperceptualload,resultinginalargenumberofidleworkloadinthesystem,coupledwiththeimpactload,thepowerlossandvoltagelossisappearedinthetransferprocess,thecustomerpowercausedseriousinfluencequality,sothereal-timecompensationofwattlesspowertechnologyhasbecomethekeytosolvethisproblem.

Inthepowerofinstallationparallelcapacitorandreactivecompensationequipmentafter,canprovidetheperceptualloadconsumptioninthereactivepower,reducethepowergridtoperceptualloadbylinesofconveyingprovide,reactivepower,becausethereductioninthegridpowerinreactivepowerflow,socanreducethelinesandtransformerforconveyingreactivepowercausedbyelectricpower,thisisthereactivepowercompensation.Thereactivepowercompensationistokeepthestoresystemreactivepowerbalance,reducelosstothequalityofpowersupply,oneimportantmethod.Reactivepowercompensationdeviceiselectricpowersupplysystemofindispensable,veryimportantpart.Thechoiceofreasonablecompensationdevice,candominimizelossesinthepowergrid,andimprovethequalityofpowersupplyofpowergrid.ThisdesignchoosetheWZK-Atypeofreactivepowercompensationforautomaticreactivepowercompensation,canmakethepowerfactorimprovementreducethecapacityofthemaintransformerandpowersupplysystemofcompensatorypointbeforethepowerlossofontheoriginal.

KeyWords:

Lowvoltagecapacitorcompensator，Compensationcapacity，Powerfactor 

，Wattlesspower

前言

目前，我国的电网，特别是广大的低压电网，普遍存在功率因数较低、电网线损较大的情况。

导致此现象的主要原因是众多的感性负载用电设备设计落后，功率因数较低。

比如我国的电动机消耗的电能占全部发电量的70%，而由于设计和使用等方面的原因我国电动机的功率因数往往较低，一般约为cosφ=0.70。

在这种情况下，采用无功补偿节能技术，对提高电能质量和挖掘电网潜力是十分必要的，世界各国都把无功补偿作为电网规划的重要组成部分。

从我国电网功率因数和补偿深度来看，我国与世界发达国家有不小差距。

因此大力推广无功补偿技术是非常必要的，并且从以下数据，我们也能看出发展无功补偿所能带来的巨大经济效益。

2007年，我国年总发电量为32559亿千瓦时，统计线损率为8.77%，但是这个数字没有包含相当大的110千伏、35千伏、10千伏的输电线损及0.38千伏的低压电网线损。

据报道，估计实际的统计线损率约为15%，即2007年全国年线损量约为4800亿千瓦时。

全国的理论线损与统计线损基本相一致，其中可变线损约占理论总线损的80%，则年可变线损电量约为3900亿千瓦时。

如果当前全国电力网总负荷的当前功率因数cosφ=0.85，采用无功功率补偿后，把电力网总负荷的功率因数提高到cosφ=0.95，则每年可以降低线损约为390亿千瓦时，按0.5元每千瓦时计，价值约为185亿元。

2007年全国电网的最大负荷利用小时数约为5000小时，则电网的最大负荷约为2亿千瓦，当用无功功率补偿法把功率因数cosφ=0.85,提高到cosφ=0.95，全国电网需总补偿容量约为0.58亿千瓦。

当前无功功率补偿装置设备主要为电力电容器，假如无功补偿设备每千瓦的平均综合造价为50元，则全国无功补偿装置的总投资约为29亿元。

应当指出，节省240亿千瓦时约相当于一座400万千瓦火电厂的年发电量，而建一座400万千瓦的火电厂需综合费用约为300亿元，同时每年需燃烧煤约为1200万吨，每年产生有害物质约为600万吨。

由此可见，产生相同的电力，无功补偿的费用约为新建电厂费用10%，而且无功补偿设备的费用仅需两个月的无功功率补偿的将损节电费用即可全部收回。

近20年来，世界各地（包括美国、法国、意大利、英国、俄罗斯、日本等国）发生的由电压稳定和电压崩溃引发的大面积停电事故引起了各国的高度重视。

持续了短短72 

小时的8.14 

美加大停电给美国造成了巨大的经济损失和社会影响，这次事故提醒人们，电网运行要有足够的无功备用容量，无功不能靠远距离传输，在电力市场环境下，必须制定统一的法规以激励独立发电商和运营商从维护整个系统安全性的角度提供充足的无功备用。

在我国也曾多次发生电压崩溃事故，如1993 

年和1996 

年南方电网的几次事故，这些事故都促使人们采取各种措施以维持电网稳定。

随着近代电力电子技术的出现和发展，无功补偿技术也随之发展。

在第一个工业用晶闸管出现之前，电子半导体由于功率过小，在直流传动，交流传动，电磁合闸，交流不间断电源和无功补偿等领域内一直没有得到应有的推广使用。

晶闸管的出现标志着电力电子技术的诞生，并以此为起点，随着半导体制造技术和变流技术的发展，新型的电力电子器件不断问世，由此引发了众多行业的变革，如交流变频调速技术的蓬勃发展。

同样电力电子技术对无功补偿技术也带来了新的发展锲机。

国家在大力倡导建立节约型社会，从国家到地方已明确的下达了各种节能指标。

节能、节电事业正在蓬勃的发展，这是一股强大的潮流。

在所有电力节能产品中，首

先要提到的就是无功补偿装置，这也是唯一在供电政策以及电力法中提到的节能措施。

作为节能降耗的生力军，无功补偿装置在我国有着巨大的潜在市场。

2009年，一系列的经济振兴计划给电力电子行业带来了很多机会，主要供方和用方两方面。

供方主要是对用户的补贴上，另外，在这个政策的拉动下，企业也降低了成本压力。

无功补偿装置在节能降耗领域，趋势是一直向好的。

首先是企业降低成本的需求，另一个是外部环境的压力，地方政府的政绩和节能降耗的水平已经挂钩，国家和地方政府补贴能达到30％以上。

近年来，国内无功补偿市场发展极其迅猛，产品的质量和数量都有了大幅度的提升，相当一部分优势企业已经开始问鼎国际市场并取得了不俗的业绩。

随着电力工业的快速发展和技术进步，以及节能降损管理的加强等，引发了许多领域对无功补偿的需求。

综上所述，无功补偿不仅具有如上所述的节省投资、节省电力、节省燃煤及污染等作用，同时还可以提高电力系统设备的供电能力，改善电压质量，减少用户电费开支，延缓用户的增容改造等作用。

第1章无功补偿的概念

1.1无功补偿的原理

1、无功功率

电网中电力设备大多是根据电磁感应原理工作的，他们在能量转换过程中建立交变的磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等。

电源能量在通过纯电感或纯电容电路时并没有能量消耗，但能量是在电源和电感或电容之间来回交换的，能量交换率的最大值叫做无功功率。

由于这种交换功率不对外做功，因此称为无功功率。

2、功率因素

实际供用电系统中的电力负荷并不是纯感性或纯容性的，是既有电感或电容、又有电阻的负载。

这种负载的电压和电流的相量之间存在着一定的相位差，相位角的余弦cosφ称为功率因数。

它是有功功率与视在功率之比。

三相功率因数的计算公式为：

式中：

cosφ—功率因数

P—有功功率，kW

Q—无功功率，kvar

S—视在功率，kVA

功率因数通常分为自然功率因数、瞬时功率因数和加权平均功率因数三种。

在三相对称电路中，各相电压、电流为对称，功率因数也相同。

那么三相电路总的功率因数就等于各相的功率因数。

3、无功补偿

电力系统中，不但有功功率要平衡，无功功率也要平衡。

有功功率、无功功率、视在功率之间的相量关系如图1.1

图1.1

-1-

由式cosφ=P/S可知，在一定的有功功率下，功率因数cosφ越小，所需的无功功率越大。

为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量就需要增加。

这样，不仅要增加供电投资、降低设备利用率，也将增加线路损耗。

为了提高电网的经济运行效率，根据电网中的无功类型，人为的补偿容性无功或感性无功来抵消线路的无功功率。

无功补偿的作用和原理可用图2.1来解释：

图2.1

设电感性负荷需要从电源吸取的无功功率为Q，装设无功补偿装置后，补偿无功功率为QC，使电源输出的无功功率减少为Q′=Q-QC，功率因数由cosφ提高到cosφ′，视在功率S减少到S′。

1.2无功补偿的作用

线损是电流在输变电设备和线路中流动产生的，因而它由线路损耗和变压器损耗两部分组成。

按损耗的变化情况可划分为可变损耗和固定损耗。

前者指当电流通过导体和变压器所产生的损耗，包括变压器的铜损和电力线路上的铜损，它与负荷率、电网电压等因素有关，约占电网总损耗的80%～85% 

。

后者指只要接通电源电力网就存在的损耗，包括变压器的铁损，电缆线路、电容器及其他电器上的介质损耗及各种计量仪表、互感器线圈上的铁损，它与电网运行电压和频率有关，占总损耗15%～20%。

我国与发达国家相比，线损较大。

发达国家的线损约为2%～3%，而我国在2006年的线损统计为7.1%，所以线损的解决显得越来越重要。

在用户或靠近用户的变电站装设自动投入的并联电容器，以平衡无功功率，限制无功功率在电网中传送，可减少电网的无功损耗，同时还可提高有功功率的输送量。

无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗、稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。

安装并联电容器进行无功补偿，可限制无功功率在电网中的传输，相应减少了线路的电压损耗，提高了配电网的电压质量。

分析如下：

1、提高电压质量

把线路中电流分为有功电流Ia和无功电流Ir，则线路中的电压损失:

P—有功功率，kW

Q—无功功率，kVA

U—额定电压，kV

R—线路总电阻，Ω

X1—线路感抗，Ω

因此，提高功率因数后可减少线路上传输的无功功率Q，若保持有功功率不变，而R、X1均为定值，无功功率Q越小，电压损失越小，从而提高了电压质量。

2、提高变压器的利用率，减少投资

功率因数由cosφ1提高到cosφ2提高变压器利用率为：

由此可见，补偿后变压器的利用率比补偿前提高ΔS%，可以带更多的负荷，减少了输变电设备的投资。

3、减少用户电费支出

（1）可避免因功率因数低于规定值而受罚。

（2）可减少用户内部因传输和分配无功功率造成的有功功率损耗，电费可相应降低。

4、提高电力网传输能力

有功功率与视在功率的关系式为：

P=Scosφ，可见，在传输一定有功功率的条件下，功率因数越高，需要电网传输的功率越小。

1.3无功补偿的补偿方式

无功补偿的补偿通常有如下三种方式：

1、集中补偿：

装设在企业或地方总变电所6～35KV母线上，可减少高压线路的无功损耗，而且能提高本变电所的供电电压质量。

2、分散补偿：

装设在功率因数较低的车间或村镇终端变、配电所的高压或低压母线上。

这种方式与集中补偿有相同的优点，但无功容量较小，效果较明显。

3、就地补偿：

装设在异步电动机或电感性用电设备附近，就地进行补偿。

这种方式既能提高用电设备供电回路的功率因数，又能改变用电设备的电压质量。

无功补偿的节能只是降低了补偿点至发电机之间的供电损耗，所以高压侧的无功补偿不能减少低压网侧的损耗，也不能使低压供电变压器的利用率提高。

根据最佳补偿理论，就地补偿的节能效果最为显著。

补偿方式的选择为：

集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主；

调节补偿与固定补偿相结合，以固定补偿为主；

高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主。

1.4功率因数指标

我国对功率因数的要求：

对供电公司的要求：

110kV站，功率因数在0.95~0.98之间。

220kV站，功率因数在0.95以上。

对用户的要求：

100kVA以上的变压器，功率因数大于0.9。

对农灌的要求：

100kVA以上的变压器，功率因数大于0.8。

第2章电容器无功补偿的原理

2.1电容器无功补偿的原理

电力系统中网络元件的阻抗主要是感性的，需要容性无功来补偿感性无功。

（a）（b）（c）

将电容并入RL电路之后，电路如图（a）所示。

该电路电流方程为:

由图（b）的向量图可知，并联电容后U与I的相位差变小了，即供电回路的功率因数提高了。

此时供电电流的相位滞后于电压，这种情况称为欠补偿。

若电容C的容量过大，使得供电电流的相位超前于电压，这种情况称为过补偿。

其向量图如（c）所示。

通常不希望出现过补偿的情况，因为这样会：

（1）引起变压器二次侧电压的升高。

（2）容性无功功率在电力线路上传输同样会增加电能损耗。

（3）如果供电线路电压因而升高，还会增大电容器本身的功率损耗，使温升增大，影响电容器使用寿命。

2.2补偿容量的计算

确定无功补偿容量时，应注意以下两点：

1、在轻负荷时要避免过补偿，倒送无功造成功率损耗增加，也是不经济的。

2、功率因数越高，每千伏补偿容量减少损耗的作用将变小，通常情况下，将功率因数提高到0.95就是合理补偿。

无功功率的传输加重了电网负荷，使电网损耗增加，系统电压下降。

故需对其进行就近和就地补偿。

并联电容器可补偿或平衡电气设备的感性无功功率。

当容性无功功率Qc等于感性无功功率QL时，电网只传输有功功率P。

根据国家有关规定，高压用户的功率因数应达到0.9以上，低压用户的功率因数应达到0.85以上。

电容器的补偿容量与采用的补偿方式、未补偿时的负载情况、电容器的接法有关。

1．集中补偿和分组补偿电容器容量计算

QC=Pav（tgφ1-tgφ2）或QC=Pav×

qc

式中：

Pav—最大负荷的日平均功率

φ1—补偿前的功率因数角，可取最大负载时的值

φ2—补偿后的功率因数角，一般取0.90~0.95

qc—电容器补偿率，qc=tgφ1-tgφ2，查表可知

（1）电容器组为星形接法时

式中：

UL—装设地点的电网线电压V

IC—电容器组的线电流A

Cφ—电容器组每相的电容量

（2）电容器组为三角形接法时

2．就地补偿电容器容量计算

其中