根据全国几大供电网络的统计,我国在供电线路上损失的电力平均为总输电功率的10%,而欧美及发达国家在供电线路上的损失仅占总输电功率的3%,如果采取措施,把供电线路上的损耗降到5%,仅此一项,我国在电力传输网上的损耗每年可节约600多亿元.所以对供电线路进行无功补偿来降低线路损耗并提高供电质量,是贯彻国家加快建设节约型社会战略部置的具体措施之一.
1,无功补偿的原理
从电工学可知,供电网上传输的总功率S,包含传输的有功功率P和无功功率Q,三者的关系为:S=简称功率三角函数,而P/S=cosΦ被定义为电力网的功率因数,其物理意义是:供给线路的有功功率P占线路视在功率S的百分数.在电力网上输送电力时,希望功率因数越高越好,也就是供电网传输极大的有功功率,极小的无功功率.因此,在线路上,把具有容性功率负荷的装置并接在电网感性功率负荷处,这样,感性负荷所需要的无功功率由容性负荷输出的无功功率来补偿,而无须由电源来提供,确保整个电力传输网的功率因数较高,目前国内外广泛采用并联电容器作为无功补偿装置.
2,无功补偿提高功率因数的意义:
当前我国城乡供电网中,10KV线路为主干线,尤其是农村配电网,供电半径大,负荷季节性强,用电时间集中,所以功率因数非常低,有的地区的功率因数低于0.6,整个供电网长期处在无功不足的状态下运行,造成线路损耗极大,电压质量极差,故对10KV供电网加装无功补偿提高功率因数已迫在眉睫.
2.1 无功补偿提高功率因数可极大地减少线路的损失
当线路通过电流I时,供电线路上的有功损耗为ΔP=3I2R=3R(P2+Q2)/U2=3R(P/UcosΦ)2
=3RP2/U2cos2Φ
所以线路有功损失ΔP与cos2Φ成反比,cos2Φ超高,ΔP越小!
表1功率因数降低与有功损耗增加的关系表
功率因数由1.0降到右列数值时
0.95
0.9
0.85
0.8
0.75
0.7
0.65
0.6
有功功率损耗增加ΔP%
11
23
38
56
78
104
136
178
2.2 无功补偿提高功率因数可减少线路电压损失
电力传输网上电压的损失ΔU=(PR+QX)/U由此可知,影响ΔU的因素有四个:线路的有功功率P,无功功率Q,线路电阻R和电抗X.如果采用容抗为XC的电容来补偿,则电压损失为ΔU=[PR+Q(X-XC)]/U,故采用补偿电容来提高功率因数后,电压损失ΔU减小了,同时电压质量也提高了!
2.3 无功补偿提高了电力网的传输能力
视在功率与有功功率之间的关系为P=S cosΦ,由此可知,在传送有功功率P恒定的条件下,cosΦ越高,所需视在功率也越小,所以在负荷功率因数较高的情况下,线路就可传输较高的有功功率,提高了供电网的送电能力.
3,10KV供电线路无功补偿位置和容量的确定
目前,10KV供电电源侧都采用了无功集中补偿的方法,而对于10KV供电线路侧采用无功分散补偿的方法,即把一定容量的高压并联电容装置分散安装在供电线路距离远,负荷重,功率因数低的10KV架空线路上.所以无功补偿装置安装地点的选择应符合无功就地平衡的原则,尽可能减少主干线上的无功电流.一般对于均匀分布无功负荷的供电线路,其补偿容量和安装位置按2n/(2n+1)(其中n为不小于1的整数)规则.对于负荷在线路上的分布状况不同,安装地点也不相同,并根据负荷分布特点和容量的大小计算确定.见表2
表2 配电线路分散补偿电容器装置的安装参数
负荷沿主干线分布状况
电容补偿
安装组数
电容器安装容量与
线路无功功率比
安装位置位于主干线首端长度
均匀分布
1
2/3
2/3
2
4/5
2/5;4/5
非均匀分布
分支线呈600
1
4/5
3/5
分支线呈900
1
4/5
2/3
4, LHGW10KV供电线路无功自动补偿系统
LHGW10KV系列供电线路无功功率自动补偿系统,是专为10KV架空线路无功补偿精心开发设计的产品,在供电线路上选择最佳点加装此系统后,既能实时补偿线路无功缺口,又不会引起线路无功过剩,真正实现了10KV供电线路的无功功率自动补偿.
4.1 系统的工作原理
LHGW10KV系列供电线路无功功率自动补偿系统由电压互感器(PT)采集A,C相电压信号,高精度开启式电流互感器(CT)采集B相电流信号,把电压和电流信号传送到智能控制器,经控制器采样电路得到电压,电流的模拟信号,再经过A/D转换,得出电压,电流,有功,无功,功率因数,谐波百分比等参数,与存贮在固定存贮器中的系统设置点进行比较,由系统决定什么情况下操作电容器组,并通过高压交流真空接触器来执行电容器组的分合闸,从而达到自动循环投切电容器组,补偿线路无功的目的,使电网上无功功率供需就地自动平衡.系统的工作原理如图1所示.
4.2 系统的组成
LHGW10KV系列供电线路无功自动补偿系统,主要有:跌落式熔断器,避雷器,电流互感器,智能控制器,补偿柜及其支架等.补偿柜内部主要有:电压互感器(兼作电源),高压交流真空接触器,微型电抗器,交流接触器,喷逐式熔断器和电力电容器组等元件组成.
4.3 系统的结构特点
(1)补偿柜主体结构为一体化箱式设计,壳体采用2mm不锈钢板焊接成型,达到防护IP53等级.I型机壳内装真空接触器,PT,CT,微型电抗器,控制器等主要元件;Ⅱ型机壳内装真空接触器,PT,CT,微型电抗器,喷逐式熔断器,电力电容器组,而控制器单独安装在防雨箱内.
(2)LHGW-I型无功自动补偿系统采用单杆安装,即以电杆为中心,横梁的一边安装补偿柜,另一边安装电力电容器组见图2;
LHGW-Ⅱ型无功自动补偿系统采用双杆安装,即在主电杆旁再加立副电杆,把Ⅱ型补偿柜固定在主杆和副杆的横梁上,控制器固定在副杆上
两种型号的补偿系统都具有安装方便,安全可靠等特点
(3)作为投切动作元件的高压交流真空接触器,采用固体绝缘,具有免维护,无重燃,寿命长,可频繁动作等优点.
(4)每台电力电容器组都有内置自放电阻和内熔丝,并装有电力电容器单台保护熔断器,可进行相间短路保护及对地短路保护,当某个电力电容器组发生故障时,其高压熔断器将会熔断,该电力电容器组退出,不会影响整个系统的安全运行.
(5)高精度开启式电流互感器,具有较高的灵敏度,安装于10KV配电网的B相,在安装过程中不截断用户的高压线.电流互感器测出的电流信号通过无线的方式由安装在补偿柜上的天线接收并传送到控制器,从而避免了沿面放电击穿事故的发生,真正达到了安全可靠.
(6)无功功率自动补偿器,具有智能化程度高,灵敏度好,使用寿命长,无线遥控操作等特点,通过专用手持控制仪,可以人工操作补偿装置,还可以无线读取运行参数,设计运行模式,修改设定值,查看运行记录,并且方便地和微机相连将运行数据传输给微机进行统计处理.
4.4 系统的安装调试
(1)对于LHGW-I型补偿系统仅需单杆架设,无需副杆,而对于LHGW-Ⅱ型补偿系统需双杆架设,需要加立副杆.并且都必须按图施工,所需外配器件,如绝缘瓷瓶,跌落式熔断器,氧化锌避雷器,25mm2高压绝缘电缆等均应选用优质产品,以确保设备安全运行.
(2)高精度开启式电流互感器安装于10KV电网B相,把B相主线固定在电流互感器顶端两半园孔中,电流互感器标注箭头应与B相电流方向一致.
(3)在确认一切接线正确完好后,合上跌落式熔断器,给整个系统加电,并按照使用说明书进行:电源检查,倒送电检测,无线数传模块测试,上位机与控制器连接测试,初始数据的测试与调整,真空接触器分合闸检测,控制模式和投切点设置等工作,调试完毕后按下自动运行键,则系统进入自动运行工作.
4.5 系统的故障分析及排除方法见表3
表3 LHGW-10KV无功自动补偿系统常见故障及解决方法故障现象
原因分析
解决办法
控制器不工作("电源正常"指示灯和其它指标灯没亮)
1. 供电电源缺相;
2. 节点接触不良;
3. 控制器保险管坏.
1. 检查各接点使接触良好;
2. 更换控制器保险管;
3. 检查完毕,先手动合闸,正常后再转到自动运行.
电源指示灯亮,而运行指示灯不闪烁
控制器的微处理器,受到外界干扰,程序跑飞,造成死机.
卸去控制器本身的保险管再装上,使控制器的微处理器自动复位.
电容器组
操作过度
1. 同一线路上安装两台及以上无功自动补偿系统,并用无功或电压基本模式系统
2. 电容器的投/切延迟时间设置太短.
1.起用控制器的限制合闸功能
2.增大电容器的投/切延迟时间
很少发生电容器组操作
基本控制模式的操作调协点总是超过或低于线路上出现的参数值.
电容器组的容量或安装位置不合适.
通过应用软件重新设置操作点;
慎重调整电容器的容量或安装
位置.
没有电容器操作
倒送电情况长期出现;
手动/自动开关在手动位置;
负荷保险管坏
起用倒送电控制功能;或调整参数设置.
将开关打到自动位置;
更换负荷保险管.
电容器容量不够
某个电器的保险熔断致使电容器的投入量减少.
检查保险,如熔断,看电容器是否损坏.如损坏更换同型号同容量的电容器;检查电容器上的连线是否烧断,如连线烧断,查跌落保险看是否接触不良引起打火而使连线烧断,若跌落保险接触不良,使其接触良好,或更换新的跌落保险.
计算机与控制器不能通信
连接电缆不牢固
通信口设置选择错误
检查电缆,使其接触良好;
重新选择通信口设置;
4.6系统的应用实例
(1)和桥变电站共有五条外供负荷为1100KVA的10KV线路,每条线路长约为12km,变电站的出口处的功率因数为0.78,线路末端的功率因数在用电高峰时低于0.6,为此在每条线路上都加装上一套LHGW10KV-300kvar-Ⅰ型无功自动补偿系统,自从线路上加装此系统后,变电站出口处的功率因数提高到0.96,线损率降低50%以上,且明显提高了电压质量.
(2)大浮供电所有六条外供10KV线路,其中一条线路提供一个印染厂和5个自然村的供电任务,此线路上共有21台户外变压器工作,线路末端村民家中的日光灯通常在用电高峰时都点不亮,为此在该线路上加装二套LHGW10KV-600kvar-Ⅱ型无功补偿系统,其它五条线路各装一套LHGW10KV-600kvar-Ⅱ型无功补偿系统,该系统分100kvar,200kvar,300kvar三组自动投切补偿,运行一年多来,村民家中的日光灯再无点不亮的情况发生.统计显示功率因数由原来的0.65提高到0.95,大浮供电所年线损节约9000kwh,折合54万元,半年就收回了成本.
5,总结
根据无功补偿原理设计的LHGW10KV供电线路无功自动补偿系统,具有选址灵活,安装简便,安全可靠,智能化程度高,使用寿命长,随负荷自动投切电容器等优点,非常适合农村10KV配电线路的使用,并且已在几大供电网上运行多年,得到了用户的好评.LHGW10KV供电线路无功自动补偿系统是我国城乡10KV供电网系统用来改善电网供电质量,降损节能,提高供电企业经济效益的理想设备
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