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大连地区无功功率补偿技术分析

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2008/6/20 9:22:16   

 关键词:  无功功率


随着我国经济的蓬勃飞速发展,能源危机在我国已经显现出来,最为突出的就是我国电力供应不足,目前我国已经有二十四省市相继开始拉闸限电。我们东北地区是我国老重工业基地,今年是我国东北老工业基地大振兴的第一年。随着东北地区的大振兴,能源,尤其是电力的供应也将随着东北地区经济的腾飞出现电力紧张局势。为此,为了大力推广应用节能节电,东北地区各级省市政府及供电管理部门都在制定相关的节电节能措施,克服“电荒”,最大限度地减少因“电荒”造成的经济发展受阻,确保东北地区老工业基地的大振兴。

1大连地区公共电网的现状

大连电业局管理辖区的公共电网(含农网)占大连地区电网的90以上,企业自管电网(60kv高压用户)仅占10左右。其中,城网(含县级市)占50左右,其余为农网。
我们大家都知道,电网中功率损耗与电网运行电压的平方成反比,即在电网允许的范围内适当提高或改善电网电压供电水平,便可以提高电能质量,降低电网的线路损失。
目前,大连地区城网和农网线路均是10kv的供电电压等级,部分企业自管户采用60kv供电,企业自管厂内电网电压有10kv、6kv、3kv等不同。由于城网和农网供电用户的复杂性,以及电网改造远远满足不了城市经济的飞速发展,从而大连地区城网的线损都在10-15之间,农网由于线路过长,用电设备陈旧,加之大部分农村企业用电用户都没有配备无功补偿装置,所以其线损还要高一些,在20左右。

2大连地区重点用户无功补偿状况

几个月以来我公司技术人员与市场销售部门,针对大连地区重点用户的变电所(配电室)无功补偿电容装置的运行状态,进行了比较详细的调查。仅大连市内地区电业局公共电网所有(含各居民生活小区)及企业自管100kva(变压器)以上的变电所(配电室、台变、箱变)达几万户(台),经我公司走访过的企业用户近百户。其中配电室采用ggd柜体的配电设备(含电容补偿柜)的用户占80,这些用户设备陈旧,大部分都以超期“服役”,损坏也比较严重,大部分用户的电容补偿都因设备陈旧而停掉。其余的为新建用户,一般都是采用yds或gcs的柜体,其无功功率电容补偿装置的控制器大部分都是采用美国abb控制器的产品。但是,因为如此的装备也没有给用户带来益处,用户的功率因数并没有提高,而且到增加了很多烦恼,多数的无功功率电容补偿装置的被迫休眠停机。
从我们调查的用户来看大连地区无功功率电容补偿装置的状况,比如:东北财经大学的主变电所是由两台1600kva变压器组成,在每组变压器的低压侧都装有两组并联的300kvar无功功率电容补偿装置。但是,由于两组无功功率电容补偿装置是并联,造成技术性的事故,多次烧损失火,致使变电所运行人员不得不将电容补偿柜拉闸停用。同样的该校的另一处变电所也同样的是无功功率电容补偿装置不能正常工作被迫也停机。类似东北财经大学的情况很多。如,大连水产学院的变电所,因为负载三相不平衡,电容补偿柜中的控制器(abb)数码显示为cosφ0.98。但是,从电容补偿柜安装上至今也没有工作过。相同的例如大连第三人民医院(是2004年新改造的变电所,低压配电柜是yds成套设备)电容补偿也只是给摆设,没有任何反应。大连东软信息技术学院共有五处变电所,每处变电所的视在功率都在2000—3200kva,其中有四处变电所的电容补偿柜不能完好地工作。即使投入,如设定自动电容补偿,电容补偿柜就产生振荡,柜中的接触器反复投切。设定手动,由于每级电容的容量过大(30kvar),就出现电路过补。仅我们走访过的这些单位、学院无功功率电容补偿装置至今大部分都闲置在那里,只做为变电所竣工报验时的一个项目,根本就不工作,也就更谈不上无功功率补偿。

3无功补偿不佳而影响线损的因素

⑴、由于过去电力行业的特殊性,电力勘察设计院及电力设备生产厂家和施工单位,在电网的建设和用户变电所的建设中,所采用的设计方案,尤其无功功率电容补偿装置还是延用九十年代初的补偿技术标准和补偿技术手段。这种装置的科技含量很低,技术设置简单,所以难以保障地区公共电网原边的功率因数和用户的经济利益;
⑵、工厂中的电动设备运转方式,已及多元化的生产格局,各种工作用电方式都有。而且,企业中单相用电设备占有很大的比例,加由此而形成供电设备三相电流不平衡;
⑶、在公共电网中各类居民生活小区的居民家中的用电负荷已发生重大的变化,居民用电的电器设备已由原来的阻性负载变化为感性负载(空调、电冰箱、洗衣机、电风扇、排油烟机、电视机、家庭影院等家电设备)。而且,小区的用电负荷分配不均,居民用电又不能同时起动,自然造成三相不平衡。所以现有小区的配电系统都没有配备补偿设备或配备补偿设备也不能做到单相跟踪补偿,因此造成变压器的变损增加,变压器原边功率因数低,线损增大;
⑷、有些补偿柜的控制器表面上选择了比较先进的美国abb产品(国内其它厂家的产品类同),但是,由于控制方式还是沿用九十年代的技术,控制方法单一。这些设备在投入运行时,由于只是按功率因数设定来选择工作方式,根本不适应三相负载不平衡的电路中无功功率补偿装置的控制,其功能远远满足不了现代负荷的变化要求;
⑸、据我们现场的实地考察,大部分居民小区和企业用户的负载设计分配不尽合理,自然造成三相电流不平衡,使现有的电容补偿装置的控制器无法进行选择跟踪;
⑹、原有无功功率电容补偿装置的级数设计也不近合理,每步电容没有级差,九十年代前设计的电容(三相)每步15kvar,现在设计的每步电容(三相)设计均采用大容量30kvar。所以,在实际运行中,无功功率电容补偿装置很难做到补偿合适。再说采取大容量的等容方式也是无功功率电容补偿装置不正常工作的主要原因;
⑺、九十年代前设计的无功功率电容自动补偿装置没有动态跟踪功能,不能做到时时快速跟踪补偿,跟踪速度都在2秒至15秒以上;
⑻、电容切换调节器还是采用传统的有触点的接触器工作方法,这些接触器只能依赖于控制器工作时选择功率因数,当低于设定值(功率因数)时,无功电流达到最大值时,控制器发出起动电流进行起动接触器导通接点,电容器瞬间全电压大电流充电。所以,这种方式接点电流大、有涌流产生,很容易烧损接点,使接触器、电容器寿命变短(一般这种接触器的使用寿命3~5年,电容器的寿命会更短)。并且,开关时间长(速度慢在2秒至此15秒之间),因此造成补偿滞后,远远不能满足正常的补偿工作需要,更谈不上节电。

4采用gjd型无功动补,改善电网运行电压质量

在经济发达的国家,由于国家非常重视电力工业的发展,严格控制电网的传输效率和变压器的利用率,线损、变损都非常低,电网的功率因数都能保证在0.95以上。
目前我公司在大连市内已经改造了低压用电用户有近二十几户,这些用户均选用了我公司生产的gjd型系列无功功率动态电容补偿装置,投入运行后,用户的功率因数都达到0.95以上,效益非常明显,深受用户好评。但是,这只能代表我们为改善电网运行电压质量做了一点贡献。可是,大连地区公共电网的减少线损,提高电网功率因数还没有完全显现出来我们公司技术的优势。
我们北京震宇电气集团生产的gjd型系列无功功率动态补偿装置,是采用微电脑无功功率动态补偿控制器,自动跟踪电网负载无功功率的变化,而且通过无触点开关自动投切电力电容器,减少电网无功传输,提高电网电压的质量。该产品为国家电力部单独立项产品,在国际和国内均属于先进水平,为第四代新产品。同时被国家列入第十八批节能推广项目,是国家九五期间全国城网、农网改造实现节能降耗的推荐产品。
gjd系列无功功率动态补偿装置如应用在电网中时,电网设计时可以仅需考虑有功电流即可,这样便可以节省传输电缆及变压器等设备的投资费用。gjd1型系列无功功率动态补偿装置,其主要应用于电业局公共户外电网的线路补偿(高压补偿)或就地补偿。gjd2型系列主要用于户内集中补偿。gjd型系列无功功率动态补偿装置是一个三相补偿装置,每相在结构和参数的设计上是等同的。每相可分成很多单元,以实现分级控制,它们可以作为断续可调无功电源应用在适合这种电压控制的场合。每级由补偿电容器、晶闸管及触发电路组成,每级电容器值的大小按倍增设置(即数码:1:2:4递增设置),通过不同组合循环投切,可获得多级无功补偿值。
本装置的特点是:电容器投入过程可以根据三相电流的具体情况,选择单相分别进行补偿,而且不会产生涌流冲击;由于使采用过零跟踪的方式,所以无操作过电压;由于无涌流,所以电容器切除过程无电弧重燃;由于无功功率动态补偿装置是采用微电脑控制,对电网的动态无功功率变化能时时自动跟踪;由于采取了容性无触点开关,所以投切速度快(最快为20ms)、整机使用寿命长(开关次数在百万次以上);由于采用了上述的技术措施,所以无维修工作量;由于采用取样物理量为无功电流相角差等综合量,改善电网功率因数,降低总电流,使用户的用电功率因数控制在0.95~0.999。
gjd系列无功功率动态补偿装置使用寿命10~15年。
用户投资回收:
如果用户安装本公司生产的gjd2型系列无功功率动态补偿装置后,所带来的直接节能效益,来预算该装置的投资回收期。
电网的焦尔损失与电网的功率因数(1/cos²φ)成正比,因此,提高电网的功率因数,做到电网少向或不向用电用户输送无功电力,就会减少电网的线损δρ1以及变压器的铜损δρd,达到节能的目的。
线损的计算较为复杂,根据有关的资料介绍,我国电网的平均线损δρ1为用电容量的10左右计算(见“电网线损的理论计算与分析”—水电出版社1985)。现在我们列举下例负荷情况计算使用gjd2型系列无功功率动态补偿装置时的节能效果和投入资金回收期。
1)、s7系列变压器se=100kvaδρd=1.47kw;
2)、补偿前功率因数cosφ1=0.7,补偿后功率因数cosφ2=0.98;
3)、负荷率ß=0.8;
4)、装置本身损耗δρ2=q×5‰kw(q为补偿装置的总容量kvar);
5)、年工作时间4380小时。
如果将该系统功率因数从0.7补偿到0.98时,所需无功量为
δq=βse(√1—cos²φ1—√1—cos²φ2)
=0.8×100×(√1—0.7²—√1—0.98²)
=41kvar
因此,应该选择45kvar的无功功率动态补偿装置。
选择安装后,年可节约电能
δα=[β²(δρ1 δρd)(1-cos²φ1/cos²φ2)-δρ2]×m
=[0.8²×(100×10 1.47)(1–0.7²/0.98²)-45×5‰]×4380
=14763kwh
我们按电网电价0.35元/kwh计算,则每年可节约电费5167元。gjd2型系列无功功率动态补偿装置每千乏220元,该装置需投入9900元,不到两年即可收回投资。
gjd型系列无功功率动态补偿装置是一种高科技含量的高效节能产品,由于它能显著的提高电网的功率因数,对供电部门而言可以提高发配电设备的供电能力,使得供电设备得以充分利用;减少输、变、配电设备的电流,降低电能在传输过程中的损失;降低电力系统的电压损失,减少电压的波动,改善电能的质量。
对用户而言,可增加供用电设备(如变压器)的出力,可挖掘现有设备的潜力,节省供配电设备的投资;抑制电压的闪变,提高电压质量,防止电压波动而影响产品加工的质量;减少电费,防止因功率因数过低而招致供电部门的罚款,降低企业生产成本。
由此看来,在低压电网中推广应用gjd2型系列无功功率动态补偿装置,不仅是对供电部门有非常显著的经济效益,而且对用户更有节能,减少投资,降低成本的直观经济效益。所以,广泛开展推广应用gjd型系列无功功率动态补偿装置,必将有助于电网运行经济性与可靠性的提高,也是为城乡电网改造做贡献。

来源:电气商情网
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