无功补偿公司

null动态无功功率补偿基础知识动态无功功率补偿基础知识 北京天和时代机电设备有限公司 杨国权 2003.08.05什么叫无功？什么叫无功？电源能量与感性负载线圈中磁场能量或容性负载电容中的电场能量之间进行着可逆的能量交换而占有的电网容量叫无功，无功功率 表达式如下： 式中无功量 的单位为Var（乏），线电压的单位为V（伏），视在电流I单位为A（安）。无功及分类 无功及分类 1、感性无功：电流矢量滞后电压矢量90度， 如：电动机、变压器线圈、晶闸管变流设备等； 2、容性无功：电流矢量超前电压矢量90度， 如：电容器、电缆输配电线路、电力电子超前控制设备等； 3、基波无功：与电源频率相等的无功； 4、谐波无功：与电源频率不相等的无功。什么是无功补偿？ 什么是无功补偿？ 无功补偿： 指根据电网中的无功类型，人为地补偿容 性无功或感性无功来抵消线路中的无功功率。 无功功率有那些危害： —无功功率不做功，但占用电网容量和导线截 面积，造成线路压降增大，使供配电设备过载， 谐波无功使电网受到污染，甚至会引起电网振荡 颠覆。 什么是动态无功补偿？ 什么是动态无功补偿？ 动态无功补偿 根据电网中动态变化的无功量实时快速地 进行补偿。 为什么要进行无功功率补偿 —是为了减小供配电线路中往复交换的无 功功率，提高供配电线路的利用率。 进行就地动补的意义是什么？ 进行就地动补的意义是什么？ 就地动补的意义 —是能将用电设备至发电厂全程供配电设备、 线路、都得到补偿，降损节能效果显著，特别是 低压线路及变压器的损耗大幅度降低，企业和用 户直接受益。 就地动补的有功节能是什么？ 就地动补的有功节能是什么？ 就地动补的有功节能 —是减小供配电设备线路损耗，变压器损 耗等一切无功电流引起的发热功率。这部分损 耗功率Ps可由下式表达： Ps=i2rΣ 式中i为视在电流，rΣ为供配电设备线路电阻和。 使用就地动补后线路损耗的节能比使用就地动补后线路损耗的节能比—补偿后视在电流的平方与补偿前视在电流的 平方之比。 即：I22rΣ：I12rΣ 式中 I1 为补偿前视在电流，I2 为补偿后视 在电流， rΣ为供配电设备线路电阻之和。动补与静补的主要区别及优点动补与静补的主要区别及优点静补投切速度慢，不适合负载变化频繁的场合，容易产生欠补或者过补偿，造成电网电压波动，损坏用电设备；并且有触点投切设备寿命短，噪声大，维护量大，影响电容器使用寿命。 动补可对任何负载情况进行实时快速补偿，并有稳定电网电压功能，提高电网质量，无触点零电流投切技术增加了电容器使用寿命，同时具备治理谐波的功能。 什么是谐波？ 什么是谐波？ 谐波 指电网中非基波（50Hz中国）的其他频率的 电流或电压，如高此谐波，谐波亦属于无功类别。 谐波的危害 —谐波是供配电系统中的公害，可造成供配电 线路，用电设备发热，产生趋肤效应，使电气设 备、电动机产生机械振荡。干扰无线电设备不能 正常运行。电网中谐波量过大，可引起电网振荡， 造成电网颠覆的严重事故。高次谐波高次谐波三相六脉波整流电路有哪些高次谐波 —三相整流设备含有5、7、11、13等次（6n±1） 的高次谐波，含量为基波的 1/5，1/7，1/11，1/13…1/（6n±1）高次谐波含量为： 即 高次谐波高次谐波 六相十二脉波整流电路有哪些高次谐波 六相十二脉波整流电路含有： 11、13、23、25…（12n±1）次高次谐波， 高次谐波电流含量是： 即TFC系列动补的主要特点 TFC系列动补的主要特点 用于低压电网，靠近负载，采用TFC（晶闸管开关滤波器）动态无功功率补偿技术，晶闸管以10ms速度直接将滤波器投入电网，实现了低成本、高效益。 采用计算机数字化控制技术，对三相对称或非对称供配电线路中的无功功率进行实时、动态跟踪补偿，使功率因数始终保持在0.90以上。在电网电压高低不同时采用不同的补偿算法以确保不发生欠补偿和过补偿。过补偿会引起电网电压升高。TFC系列动补的主要特点 TFC系列动补的主要特点 本技术可以抵销三相非对称负载引起的零序电流和负序电流，补偿后，三相非对称负载和本装置对电网等效于三相对称负载。 本装置的微机故障自诊断系统可以对多种故障进行处理，如过电流、过电压、电源缺相和相序错等，容错运行技术的应用，提高了补偿装置在无人值守下的运行可靠性。 TFC系列动补的主要特点TFC系列动补的主要特点本装置的投切时间为10ms，系统动态响应30ms。滤波器投入电网和退出电网均在电流过零点，入网电流为正弦，确保二进制编码码投切方式对电网不产生冲击电流，保证晶闸管安全工作，延长补偿电容器运行寿命。TFC系列动补治理谐波的指标TFC系列动补治理谐波的指标治理五次谐波量50%以上； 非设计，可以对各次谐波进行治理，达 到国家标准。 适用场合 —适用于如：冶金、化工、船舶，造纸等工矿企业，及居民生活小区，商业区域。 TFC系列动补补偿量计算公式 TFC系列动补补偿量计算公式 —补偿前和补偿后负载容量不变的情况下：变压器容量为S，补偿前功率因数为 ，补偿后功率因数要求提高到 ， 那么补偿容量为   —补偿前和补偿后满负载容量的情况下：变压器容量为S，补偿前功率因数为 ， 补偿后功率因数要求提高到 那么补偿容量为计算方法计算方法无功功率的计算方法 式中 为视在功率， 为功率因数角。 线路损耗的计算公式 PS=I2 rΣ 式中I为视在电流 rΣ为供配电设备线路内阻和。 变压器的损耗的计算公式 PB= rBI2 式中I为视在电流， rB 为变压器内阻。计算方法计算方法谐振频率的计算公式 变压器阻抗的计算公式 式中n为谐波次数， 为电网角频率，LB为变压 器漏感，U2为变压器二次线电 压，UK为变压器阻 抗压降比，S为变压器容量。 滤波器阻抗的计算公式 式中n为谐波次数， 为感性无功于容性无功容量 之比， 为电网角频率。 计算补偿电容的容量计算补偿电容的容量 如何计算安装TP-TFC动补装置后的增容容量？ 如何计算安装TP-TFC动补装置后的节电量？示例示例例如：某配电的一台1000KVA/400V的变压器，当 前变压器满负荷运行时的功率因数 cos =0.75， 现在需要安装TP-TFC动补装置，要求将功率因数 提高到0.95，那么补偿装置的容量值多大？在负 荷不变的前提下安装TP-TFC，动补装置后的增容 量为多少？若电网传输及负载压降按5%计算，其 每小时的节电量为多少？解答解答补偿装置容量= 安装TP-TFC动补装置前的视在电流= 安装TP-TFC动补装置前的有功电流= 安装TP-TFC动补装置后视在电流降低= 安装TP-TFC动补装置后的增容量= 增容比= 每小时的节电量 (度)动态无功功率补偿装置的功能 动态无功功率补偿装置的功能 *补偿 负载产生的基波无功功率 *抑制和滤除负载产生的谐波无功功率 *稳定电源电压 *解决三相不平衡负载的平衡化问题 抵消负载产生的基波无功功率 抵消负载产生的基波无功功率 ●   感应异步交流电动机的功率因数：cos=0.9~0.6 ●   在中、轻载运行时，cos=0.8~0.4 ●   在起、制动过程中cos=0.4~0.2 例如：北京造纸厂打浆机的电动机功率为180KW，软起动时，电动机的电流达到1500A，而采用动态无功功率补偿装置后，电动机的起动电流为400A，并且网压跌落由 ΔU=60V下降为 Δ U=3V 抵消负载产生的基波无功功率 抵消负载产生的基波无功功率 ●变流装置（SCR）的功率因数：cos Φ≈cosα α为整流角 ●当αmax=300时，功率因数：cosΦ ≈cosα=0.866 Q=50% S ●当 α=600时，功率因数：cosΦ≈ cosα=0.5 Q=87% S ●当起动或低速咬钢时，α≈800， 功率因数:cos Φ≈ cosα=0.17； 　　　　Q=98% S 例如：在轧钢车间使用变流装置，采用动态无功功率补偿装置（2.4MVAR）后，在整个轧钢过程中，功率因数始终保持在0.95以上。抵消负载产生的谐波无功功率抵消负载产生的谐波无功功率--谐波无功功率主要由非线性负载产生 变流装置（SCR）产生谐波无功，理论证明：三相全控桥整流逆变装置，六只晶闸管对称触发时产生6N±1次谐波，幅值为 十二相变流装置产生12N±1次谐波，幅值为变流器采用多重化技术。变流器是电力系统的主要谐波源。采用多重化、多电平控制是减小变流器谐波的有效方法。众所周知，对三相桥式整流电路理论上所产生的特征谐波次数为N=6K±1，K=1、2、3、……。存在5、7、11、13……次谐波，若采用12相、24相、36相等多相整流的多重化结构。将整流变压器二次侧绕阻构成星、角接线，使相位差30°、15°……，可使高次谐波含量大大减小。 谐波次数N=PK±1，P为整流相数，K=1、2、3、……。 各类多相整流器产生的谐波次数各类多相整流器产生的谐波次数 由右表可见，增加变流器的相数可有效地消除低次谐波，整流相数越多，所产生的谐波分量越少。目前在轧钢机和电冶金、电解整流电源工程中多数采用12相、24相整流技术，对特大容量的也采用36相、48相整流。 交流电弧炉非对称产生偶次谐波。 解决三相不平衡负载的平衡化问题解决三相不平衡负载的平衡化问题 ※根据不平衡三相负载理论：三相负载电流由三相平衡的正序电流和三相不平衡的负序电流及零序电流组成。（无零线的系统无零序电流） ※如果系统无零序电流，通常将解决三相不平衡负载的平衡化问题归结为消除三相不平衡负载的负序电流。 ※ 理论证明：三相负载电流Ia、Ib、Ic中如果没有无功电流，并且零序电流为零，负序电流必然为零，即三相电流对称。那么三相不平衡负载的平衡化问题就转为各相无功电流的补偿问题。解决三相不平衡负载的平衡化问题解决三相不平衡负载的平衡化问题 ※无功功率补偿装置具由从变压器输出由功电流小的相抽取一定的由功电流，送到有功电流大的 相上去的作用，使变压器输出个各相对负载只输送有功 电流，其幅值为原负载总有功电流的三分之一。 ※ 例如；玻璃行业、晶体制造、三相供电单相使用等都是三相不平衡负载，都 可以选取无功功率补偿装置解决平衡化问题。（举例，成都二零八厂负载严重非对称）动态无功功率补偿的意义 动态无功功率补偿的意义 降低供配电系统的损耗 提高供配电系统的利用率（增容） 稳定供配电系统的网压 动态无功功率补偿可以降低谐波电流对供电系统的破坏作用 降低供配电系统的损耗 降低供配电系统的损耗 供配电系统的损耗于供配电系统通过的总电流的平方成正比，系统总电流下降 到0.707，损耗将下降50%。 例如：一台315KVA的供电变压器，高峰负荷时，电流达到额定值，功率因数cos1 =0.7，如果通过无功功率补偿将功率因数提高到cos2=0.93 问： A、改善功率因数以后，电能损耗下降的百分数为多少？ B、挖掘除变压器容量潜力S 为多少？ C、变压器及 线路每年减少损失为多少？ 解：A 将功率因数cos1提高到cos2，那么最大电流将由 I1下降到I2， 因为负荷有功功率不变； 降低供配电系统的损耗 降低供配电系统的损耗 损耗于电流平方成正比，故其下降值为 ： 即I2=I1× 降低供配电系统的损耗 降低供配电系统的损耗 B 因为负荷有功功率不变 ∴ S1 · cos1 =S2·cos2即S2=S1 △S=S1-S2=　　　　　　　　 　 315=78（KVA） C 变压器额定输出时，自身损耗在3%~5%左右，那么变压器每年减少损耗为；365×24×315×4%×43.35%=47848（KW.h） 根据华北电管局统计资料，线损耗一般为5%，那么线路每年减少损耗为：365×24×315×0.75%×43.35%=41867（KW.h） 注：动态无功功率补偿装置的有功节能只是降低了补偿点至发电机 之间的供配电的损耗。所以高压网侧的无功补偿不能减少低压阀侧的损耗，亦不能使低压供电变压器的利用率提高，根据最佳补偿理论，就地动态无功功率补偿节能效果最为显著。 提高供配电系统的利用率（增容） 提高供配电系统的利用率（增容） 由于供配电系统中无功功率的存在，使得功配电系统利用率下降至cosφ ，当功配电系统功率因数从cos1提高到cos2时， 供配电系统的增容率= 例1：某亦供电系统通过无功功率补偿将功率因数由cos1=0.7提高到cos2=0.95； 那么增容率= =35.7% 例2：某一独立的供配电变流系统动态功率因数最低为cos1=0.2，通过动态无功功率补偿将功率因数提高到cos2=0.9 那么动态增容率= =350% 由此可见动态无功功率补偿的效果非常显著。 稳定供配电系统的网压稳定供配电系统的网压 供配电系统的电压下降是由于系统内阻抗上的压降造成的。供配电系统内阻抗一般可以认为是变压器漏抗和系统阻抗组成，变压器漏抗一般大于系统阻抗，低压远距离供配电系统反之。 E = U+△U --------- 系统开路电压 U--------- 系统运行电压 △U -------- 系统电压降 -------- 系统视在电流 稳定供配电系统的网压稳定供配电系统的网压分析1：负载为纯阻抗时,变压器最大输出电压： U= 其中：当变压器输出为额定电流时，UK= 结论：负载为纯阻性时，变压器输出电网U比变压器开路电压E由所降落，但是很小。 分析2：负载为纯感性时， 变压器最大输出网压： U=E-△U 结论：负载为纯感性时，变压器输出电压U比变压器开路 电压E有所降落，最大电压降落△U = 稳定供配电系统的网压稳定供配电系统的网压分析3：负载为纯容性时，变压器最大输出网压：U=E+△U 结论：负载为纯容性时，变压器输出电压U比变压器开路 电压E有所升高，最大电压升高 △U = 稳定供配电系统的网压稳定供配电系统的网压稳定网压的方法： 提高功率因数，减少视在电流。 改变△U的方向使系统程容性。 综上所述，动态无功功率补偿可以通过对无功的调整实现对供配电系统网压幅值的控制，例如电弧的动态无功功率的补偿 动态无功功率补偿可以降低谐波电流对供电系统的破坏作用 动态无功功率补偿可以降低谐波电流对供电系统的破坏作用 工业电网向非线性负载供电，不仅可以产生基波无功电流，还产生与电网频率的整倍数的谐波无功电流。谐波电流的危害有以下几个方面： 谐波电流在变压器磁路中产生附加高频涡流铁损，使变压器过热，降低了变压器的功率。 谐波电流趋肤效应是导线等效截面变小，增加线路损耗。 谐波电流使供电电压产生畸形，影响电网上其他各种电器设备的正常工作，导致自动装置的误动作，仪表计量不准确。 谐波电流对临近通讯系统产生干扰。 谐波电流通过一般补偿电容器产生谐波放大，造成点容器使用寿命缩短，甚至损坏。 谐波电流会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，造成严重事故。 谐 波 的 危 害 谐 波 的 危 害 谐波对电力网的污染日益严重，其产生的主要危害有：       大大增加了电力网中发生谐振的可能，从而造成很高的过电流或过电压而引发事故的危险性。       增加附加损耗，降低发电、输电及用电设备的效率和设备利用率。       使电气设备（如旋转电机、电容器、变压器等）运行不正常，加速绝缘老化，从而缩短它们的使用寿命。 变压器降容 三相六脉波 40% 谐 波 的 危 害 谐 波 的 危 害 六相十二脉波：24% 使继电保护、自动装置、计算机系统，以设备运转不正常或者不能正常运动或操作。      使测量和计量仪器、仪表不能正确指示或计量。       干扰通信系统，降低信号的传输质量，破坏信号的正常传递，甚至损坏通信设备。 电容直接补偿引起的谐波放大现象电容直接补偿引起的谐波放大现象随着电力电子技术的飞跃发展，我国的工矿企业中大量的使用以晶闸管为主要开关器件的整流及变频设备，这些设备都是产生大量谐波的发源地。我们在许多工矿企业中，经常遇到这样的情况，无功功率补偿装置（电容器直接补偿）投入后，供电设备中的电器件（包括变压器、电抗器、电容器、自动开关、接触器、继电器）经常损坏，这就是谐波电流被电容器直接补偿引起的谐波放大后而造成的。 电容直接补偿引起的谐波放大现象电容直接补偿引起的谐波放大现象 当 ＞ 或 ＞ 时，均称为n谐波电流大。其中： —n次谐波源电流 —n次谐波流入变压器的电流 —n次谐波流入补偿电容器的电流 电容直接补偿引起的谐波放大现象时如何产生的呢? 电容直接补偿引起的谐波放大现象时如何产生的呢? 当负载中存在n次谐波电流In时，补偿电容器所在电网上级变压器流入谐波电流Ibn，补偿电容器所流入谐波电流Icn，下面使它们的表达式： Ibn= （1） Icn= （2） n——谐波次数 UK——上级变压器短路电压比电容直接补偿引起的谐波放大现象时如何产生的呢? 电容直接补偿引起的谐波放大现象时如何产生的呢? λC——电容器静补电力与上级变压器额定电流比 公式（1）和（2）表明当Ibn和Icn大于负载产生的谐波电流In时，所造成的谐波放大现象是由于分母的绝对值小于1导致的。 当公式（1）和（2）的分母等于0时，对应电容器和变压器漏抗并联谐振，即： λC = （3） 这时谐波放大倍数相当大（理论上无穷大），实际上变压器和电容器流入的谐波电流时负载谐波电流的10~100倍，甚至引起电网谐振颠覆。电容直接补偿引起的谐波放大现象时如何产生的呢? 电容直接补偿引起的谐波放大现象时如何产生的呢? 例如对5次谐波，当=0.06, C=67%时，即产生5次并联谐振。再例如对7次谐波，当=0.06, C=34%时，即产生7次并联谐振。 谐波放大时，大量的谐波电流在电网与补偿电容之间往复交换，使包括变压器放大是动态无功功率补偿设计中要考虑的首要问题谐波对并联电容器的危害电容直接补偿引起的谐波放大现象时如何产生的呢? 电容直接补偿引起的谐波放大现象时如何产生的呢? 电网谐波与并联电容器的运行有较大的关系，因为电容器可能使电网中的谐波电流放大，有时甚至在电网中产生谐振，使电器设备受到严重损坏，破坏电网的正常运行。在供电系统中作为无功补偿用的并联电容器，对于某次谐波若与呈感性的系统电抗发生并联谐振，则可能出现过电压而造成危害。过大的谐波电流可能使电容器寿命缩短、鼓肚、熔丝群爆甚至烧损。电容直接补偿引起的谐波放大现象时如何产生的呢? 电容直接补偿引起的谐波放大现象时如何产生的呢? 电压波形发生畸变，就意味着它的波形变成非正弦波，由于这种非正弦波是周期性的，所以可用数学分析方法的傅立叶级数表达式将它分解为基波和各种倍数频率的高次谐波通常对配电网来说，对谐波进行抑制是很必要的，实际中应用的方法主要有两种： ⑴使用串联电抗的无功补偿电容组。相当于再电容旁边串联一个电抗，从而消除由于电路成容性而带来的谐波震荡。谐波治理 谐波治理 使用设计的电力有源滤波器，滤除高次谐波。 使用串联电抗的无功补偿电容组来滤除谐波 串联电抗器是抑制谐波电流放大的有效措施，其参数应根据实际存在谐波进行选择。并联电容器之所以能够引起谐波放大，是因为电容器回路在谐波频率范围内呈现出容性，若在电容器回路中串接电抗器，通过选择电抗值使电容器回路在最低次谐波频率下呈现出感性，就可消除谐波放大。为此，串联电抗器的电抗值应满足，即。 目前，国内并联电容器配置的电抗器的电抗率主要有以下4种类型：小于0.5%、4.5%、6%和12% 。配置小于0.5%电抗率的电抗器的主要目的是限制电容器的合闸涌流；当采用基波感抗为容抗的4.5%或6%的串联电抗器时，可抑制5次以上的谐波电流；当采用基波感抗为容抗的12%的串联电抗器时，可抑制 3次以上的谐波电流。配电网一般考虑3、5次谐波，因此配电网大多采用串联4～6％电抗器的电容器组。 L-C滤波器补偿，使滤波器对谐波呈感性L-C滤波器补偿，使滤波器对谐波呈感性综上所述，作为谐波源负载的补偿装置对谐波呈容性时必然引起谐波放大，必须用。这是我公司生产TP-TFC系列动态无功功率补偿装置与市场上其他补偿装置的根本区别。 L-C滤波器的谐振频率为 ，当电网频率时，滤波器呈容性，用于补偿负载感性无功功率。对频率为的谐波有以下两种情况： 当f方案

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