分析无功补偿在配网中的应用
【摘 要】：无功功率的传输会在电网中产生压降和能量损失,因此应尽可能降低无功的不利影响。代写电力系统论文文章结合无功源建立方便的特点,从无功补偿的原理出发,论述了无功补偿对改善配网电压质量和降损节电的效果。对我省农城网改造中推广使用电容补偿装置有一定的借鉴。
【关键词】：无功补偿 配网 应用
1 引言
在电力系统中,无功功率是用来建立交变磁场和实现能量转换的。但无功功率的传输必然会在电网中产生一定的压降,同时还会消耗一定的能量。为了尽量降低无功的这种不利影响,人们发现无功源的获得可以不依赖发电厂也能实现,这一点与有功功率大不相同。无功源的建立有好几种方式。其中最简便、最实用的一种是在无功负荷集中处装设一定数量的并联补偿电容器。实践证明,这种方式对改善配网电压质量和降低线损效果十分明显。
2 无功补偿的基本原理
电力系统中无功负荷一般主要指感应式电动机、日光灯、空调、冰箱、洗衣机以及其它类型的感性负载。它们约占电网无功总消耗的60%~65%;其次是配网中电力变压器的无功损耗,约占电网无功总消耗的20%~25%;其它约有10%~20%的无功功率大体是在整流器、电控器、架空输电线路中消耗的。
2·1 无功传输对配网造成的影响
2.1.1 无功传输对配网电压质量的影响由于配电网络中存在着电阻和电抗(统称阻抗),因此无论有功或无功电流经过阻抗时必然会产生压降。压降的计算公式如下:
△U=PR+QXU=PRU+QXU …………(1)
式中:△U—压降;U—网络运行电压;P—有功负荷;Q—无功负荷;R—电阻;X—电抗。
在有功负荷、网络电压、网络阻抗不变的情况下,Q越大,网络中产生的压降就会越大。网络中的压降越大,网络末端用户的电压水平就会越低。
2.1.2 无功传输对网络线损的影响无功功率既不作功也不消耗,但它却存在于电网之中,并不断地在流动,充当能量交换的媒介。由于网络中存在着电阻,无功电流经过电阻时必然要消耗能量,所以自然就会出现线损。无功传输对线损的影响见公式(2):
△A=P2+Q2U2·R×10-3·h
………………………………………(2)
式中:△A—线损;h—供电小时数。
公式(2)中,当线路输送的有功功率P和网络电压U保持不变时,可以看出,线损对无功负荷的变化反应极为敏感,网络传输的无功功率越大,线损也就越大。反之则会减小。
2·2 无功补偿的作用以上分析表明,无功传输对配网的影响,一是会导致电力用户电压水平的恶化,二是会造成网络线损的上升。为了降低无功传输带来的不利影响,我们结合无功源建立方便的特点,可以在配网无功负荷集中处并入一定数量的电容器,由电容器向负荷点就近提供无功功率,以减少系统流入的Q,这样不仅可使网络产生的压降损失△U变小,同时也可使网络的线损△A减小,可谓一举两得。当在配电网络中并入电容器Qb之后,网络的压降和线损计算公式就会变为:
△U=PRU+(Q-Qb)XU………………(3)
△A=P2U2·R×10-3·h+(Q-Qb)2U2·R×10-3·h………………………………………(4)
由以上两式可见,Qb增大,压降的损失就会减小,降损的效果就会增大,当Qb=Q时,由无功传输带来的压降损失和线损会为零,其改善电压和降损的效果达到最佳。如果Qb>Q,则会出现无功倒流系统的情况,这时压降损失反而会增大,降损的效果也会逐步开始恶化。故而可以得出,无功补偿在一定条件下不仅可以改善配网用户的电压质量,同时还可以降损节电。但无功补偿的容量须要事先测算,确定的补偿度一定要合理。否则,则既不经济,也不会取得好的效果。
3 无功补偿对改善用户电压质量的实例分析
设有一专线供电的10kV电力用户,用电负荷为3+j2·25MVA,供电线路首端运行电压为10kV,输电线路长度6km,导线型号为LGJ-120。R0=0·27Ω/km,X0=0·379Ω/km,无功补偿点选在用户端,补偿后用户端负荷的功率因数COSφ=0·92。以下对补偿前和补偿后用户端电压水平的变化情况作以计算和分析。
3.1 补偿前用户端电压水平线路首端有功功率P1=P+△P,线路首端无功功率Q1=Q+△Q
△P=P2+Q2U2·R
=3·02+2·252102×6×0·27
=0·23(MW)
△ P=P2+Q2U2·X
=3·02+2·252102×6×0·379
=0·32(MVA)
U2=U1-P1R+Q1XU1
=10-3·23×6×0·27+2·57×6×0·37910
=8·9(kV)
用户端电压下降率=(10-8·9)/10×100%=11%
3.2 补偿后用户端电压水平将用户端负荷的COSφ补偿到0·92时,用户侧应补偿的电容器容量Qb=(1-tgφ2/tgφ1),Q=(1-0·425/0·75)×2250=975(kVA)
式中:φ1—补偿前的功率因数角;
φ2—补偿后的功率因数角。
用户端的电压水平:
U2=10-3·23×6×0·27+(2·57-0·975)×6×0·37910=9·1(kV)
用户端电压下降率=(10-9·1)/10×100%=9%
4 无功补偿对降低配网线损的实例分析
仍以上例,假设用户的年最大负荷利用小时数t分别为3500h和4500h。损耗小时τ值由损耗小时τ与最大负荷利用小时t的关系曲线查得。无功补偿容量和安装地点不变。电能的售电价格为0·3元/kW·h。下面对补偿前和补偿后该线路的线损变化情况和节电效益作以计算。
4·1 补偿前线路年电能损失
(1)t1=3500h,τ1=2400h
△A1=△P1·τ1
=P2+Q2U2·R×10-3·τ1
=30002+225028·92×1·62×2400×10-3
=690254(kW·h)
(2)t1=4500h,τ1=3100h
△A1=30002+225028·92×1·62×3100×10-3
