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中冶菲斯>>無(wú)功補(bǔ)償原理 |
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無(wú)功補(bǔ)償原理 無(wú)功功率的來(lái)源 無(wú)功功率是交流電力系統(tǒng)特有的、必然存在的、不可或缺的一種交換功率,它在系統(tǒng)中的分佈和流動(dòng)對(duì)電能品質(zhì)、電壓水準(zhǔn)、網(wǎng)路損耗產(chǎn)生顯著的影響。 發(fā)電及多數(shù)用電設(shè)備均是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的,如發(fā)電機(jī)、變壓器和電動(dòng)機(jī)等。它們通過(guò)建立交變的磁場(chǎng)進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換與傳輸,其中發(fā)電及和電動(dòng)機(jī)可以將磁場(chǎng)能量與機(jī)械能量進(jìn)行有功功率的轉(zhuǎn)換。 同時(shí),大至供電電網(wǎng),小至所有導(dǎo)體,其所傳輸?shù)碾娔軄K不是集中在電纜導(dǎo)體內(nèi)部,而是通過(guò)在導(dǎo)體周?chē)臻g中建立起交變的電磁場(chǎng)進(jìn)行傳輸。電纜導(dǎo)體只起著導(dǎo)向該電磁場(chǎng)的作用。 為建立交變電磁場(chǎng)和感應(yīng)磁通所需要的電能功率稱為無(wú)功功率,其代表負(fù)荷與電源之間能量來(lái)回交換的一種量度,而且一般只有當(dāng)有儲(chǔ)能元件時(shí)才有這種能量交換。因此,在供用電系統(tǒng)中除了需要傳輸有功能量外,還需要建立起無(wú)功能量,兩者缺一不可。 功率因數(shù)的定義 在功率三角形中,基波功率因數(shù)PF的計(jì)算公式為: ,S為視在功率,P為有功功率。 習(xí)慣上,規(guī)定電感性負(fù)載吸收的無(wú)功功率為正,電容性負(fù)載吸收的無(wú)功功率為負(fù)。 電力系統(tǒng)的電網(wǎng)及變壓器的電能傳輸轉(zhuǎn)換能力均體現(xiàn)為對(duì)視在功率的傳輸能力。而功率因數(shù)可以反映電網(wǎng)及變壓器的輸出能力被有效利用的程度,因此我們希望功率因數(shù)越高越好,則建立交變電磁場(chǎng)的無(wú)功功率可以降到最低,視在功率將大部分用來(lái)供給有功功率,從而提高電網(wǎng)電能輸送的能力。 影響功率因數(shù)的主要因素 1、電感性設(shè)備。 非同步電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電爐、交流電焊機(jī)等設(shè)備是無(wú)功功率的主要消耗者。據(jù)統(tǒng)計(jì),在工礦企業(yè)所需要的全部無(wú)功功率中,非同步電動(dòng)機(jī)需要的無(wú)功占60%~70%;而在非同步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)所需的無(wú)功又占到電動(dòng)機(jī)總無(wú)功消耗的60%~70%。非同步電動(dòng)機(jī)吸收的無(wú)功功率與負(fù)載大小有關(guān),一般滿載時(shí)功率因數(shù)為0.7~0.9,輕載時(shí)功率因數(shù)將降低。 2、變壓器。 傳輸大功率的變壓器阻抗(漏抗)為其基值的8%~11%,配電變壓器阻抗為其基值的2%~4%。多數(shù)配電變壓器工作在一定的飽和度下,使得無(wú)功功率對(duì)電壓十分敏感。變壓器需要的無(wú)功功率一般約為其額定容量的10%~15%,它的空載無(wú)功功率約為滿載時(shí)的1/3。因此,為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù),應(yīng)避免變壓器輕載運(yùn)行,並及時(shí)退出空載運(yùn)行的變壓器。 3、變流裝置。 晶閘管控制的變流裝置,如直流輸電的換流站、煉鋁等大工業(yè)整流負(fù)荷在換流過(guò)程中需要大量的無(wú)功功率。一般的整流器吸收的無(wú)功功率約為直流輸送功率的30%~40%,逆變器吸收的無(wú)功功率約為40%~60%。 4、電壓波動(dòng)。 若供電電網(wǎng)的電壓高於額定值10%,會(huì)使得感性負(fù)載的磁路飽和,其無(wú)功功率將增加35%左右。所以,應(yīng)當(dāng)採(cǎi)取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。 無(wú)功功率傳輸?shù)睦щy 無(wú)功功率的傳輸條件和有功功率不同,不宜遠(yuǎn)距離輸送,當(dāng)輸送功率與傳送距離達(dá)到一定極限時(shí),傳送無(wú)功功率成為不可能。其困難有: 1、無(wú)功功率傳輸要求顯著的電壓幅值梯度,即無(wú)功功率只能由電壓高的一端流向電壓低的一端,輸出電壓線路維持電壓幅值分佈在(1±5%)p.u.左右的要求限制了無(wú)功功率的傳輸。 2、傳輸無(wú)功功率會(huì)引起電壓降落,這與電網(wǎng)維持各節(jié)點(diǎn)合格的電壓水準(zhǔn)要求相矛盾。 3、傳輸無(wú)功功率會(huì)引起網(wǎng)路有功功率損失,要使損失最小,必須使無(wú)功功率傳輸最小,在傳輸很大有功功率的時(shí)候要傳輸無(wú)功功率更為困難。和有功功率傳輸相比,遠(yuǎn)距離輸送無(wú)功功率,在經(jīng)濟(jì)上是不合理的,在技術(shù)上也是困難的。 4、傳輸無(wú)功功率可能導(dǎo)致“甩負(fù)荷”後危險(xiǎn)的暫態(tài)過(guò)電壓,“甩負(fù)荷”引起的線路末端出現(xiàn)的暫態(tài)過(guò)電壓主要由無(wú)功功率傳輸確定。 5、傳輸無(wú)功功率需要增大變壓器和電纜等設(shè)備容量。 故而國(guó)家電力系統(tǒng)規(guī)定要在各個(gè)用電末端補(bǔ)償無(wú)功功率。而電力系統(tǒng)中需要的無(wú)功功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大於發(fā)電及所能提供的無(wú)功功率,這是由於現(xiàn)代超高壓電網(wǎng)包括各級(jí)變壓器和架空線路在傳送電能時(shí)需要大量的無(wú)功。 平衡無(wú)功的目的 1、維持供電電壓品質(zhì),包括電壓幅值和波形。 中國(guó)城網(wǎng)和農(nóng)村電網(wǎng)都存在著不同程度的電能品質(zhì)問(wèn)題,城網(wǎng)中有些負(fù)荷點(diǎn)電壓諧波、閃變嚴(yán)重,農(nóng)網(wǎng)中有些負(fù)荷點(diǎn)電壓偏低等。 電壓偏離額定值並超出所規(guī)定的範(fàn)圍時(shí),對(duì)用電設(shè)備將產(chǎn)生不良的後果。當(dāng)電壓降低10%時(shí),電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩大約降低19%,此時(shí),如電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的機(jī)械負(fù)載的阻力矩不變,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率將增大,發(fā)熱增加,繞組溫度升高,加速了絕緣介質(zhì)的老化,大大影響其使用壽命。如電壓太低,將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。而對(duì)於居民用戶的照明燈將使其發(fā)光不足,影響人們的視力和工作效率。 另外,如果電壓偏移太大,也會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)本身有不利的影響。電壓過(guò)低,會(huì)使網(wǎng)路中的功率和能量損耗加大;如果電壓太低,可能會(huì)危及電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。電壓過(guò)高時(shí),系統(tǒng)中各種電氣設(shè)備的絕緣可能遭受到損壞。 2、降低配電網(wǎng)損耗。 中國(guó)電網(wǎng)總的網(wǎng)損較高,至2005年中國(guó)電網(wǎng)線損為7.18%,雖然比1980年的8.93%有較大下降,但比國(guó)際先進(jìn)水準(zhǔn)比還差幾個(gè)百分點(diǎn)。農(nóng)村低壓配電網(wǎng)線損率超過(guò)12%,個(gè)別達(dá)到20%以上。 無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)囊饬x 無(wú)功補(bǔ)償就是吸收或發(fā)出適度的無(wú)功功率以補(bǔ)償無(wú)功功率需求的變化。無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康木褪且闺娏ο到y(tǒng)達(dá)到分層分區(qū)的無(wú)功功率平衡,無(wú)功功率平衡的基本要求是:系統(tǒng)中的無(wú)功電源可能發(fā)出的無(wú)功功率應(yīng)該稍大於或至少等於負(fù)荷和網(wǎng)路所需的無(wú)功功率之和。為保證運(yùn)行可靠性和適度無(wú)功負(fù)荷的增長(zhǎng),系統(tǒng)還必須有一定的無(wú)功備用容量。 達(dá)到以下效果: 1、改善負(fù)荷功率因數(shù)。 2、維持電壓水準(zhǔn)。 3、改善電能品質(zhì)。 4、提高電力系統(tǒng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。
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