毕业设计110kv线路提高功率因素工程初步方案

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1、 毕 业 设 计110kv线路提高功率因素工程初步方案系别 电力工程系专业 电气自动化班级 姓名 指导老师 答辩老师设计时间 二零零八 年 三 月 二十九 日摘 要随着电力系统的逐步发展，为了保证电力系统安全，经济，稳定运行，电力系统对其功率因数有了更高的要求。此次毕业设计目的在于对110KV线路提高功率因数工程初步方案的确立。由于110KV线路太长，负荷太轻，导致110KV线路供电公司关口电表功率因数太低（平均功率因数为0.27），线路末端电压过高，超过了国家对负荷功率因数要求的规定，造成很大的经济损失，因此我们要提出改进方案。对电力网进行潮流计算，得知电网的功率分布和关口电表的功率因数。将

2、计算的结果与国家规定相比较关口功率因素过低，违背了国家有关规定。于是提出了提高功率因数的方法，根据计算可知电网容性无功过大是导致功利因数低的根本原因，从而想到并联电抗器来补偿线路中过剩的容性无功，使功率因数提高。对于电力网来说，配置无功补偿容量需要综合考虑实现无功功率的分地区平衡，提高电压质量和降低网络功率损耗这三个方面的要求。通过管理上、经济上、技术上优化计算来确定补偿设备的安装地点和容量分配。于是按以上要求对提出的四种方案比较，得出最佳方案，并选择相应的电器设备和配置了微机保护。最后还对补偿并联电抗器对系统的影响进行了分析。此初步方案解决了关于110KV线路太长，负荷太轻，导致关口电表功率

3、因数过低，末端电压过高的一系列问题。达到国家对用电的要求。此毕业设计书有一定的参考价值。目 录摘要第一章 毕业设计任务书第二章 关口电表的功率因素的计算（潮流计算）第一节 电力线路和变压器的参数第二节 电网的等值电路第三节 电网的功率分布第三章 提高功率因素的方案 第一节 无功的补 第二节 计算低压侧电压第三节 提高功率因数方案设计第四节 最佳方案的经济性分析第五节 最佳方案设备的选择第四章 电抗器的保护第一节 电抗器主保护第二节 电抗器后备保护第三节 电抗器接地保护第四节 电抗器成套微机保护装置第五章 补偿电抗器对系统的影响 第一节 串并联谐振第二节 电网谐振分析第三节 对继电保护的影响第四

4、节 对有功损耗的分析小结附一 参考文献附二 无功补偿、功率因数规程、规范附三 论文 第一章 毕业设计任务书 设计题目110KV线路提高功率因数工程初步方案 原始材料1. 某石油管理局管道输油110KV电力网一次接线如图1所示,相关参数标于图中。 2. 电气设备各元件参数和继电保护情况 （1）变压器T1参数：变比330/121KV （2）变压器T2参数：SFZ9-6300/110+8*1.5%,变比110/6KV， 接线组别 (3)变压器T3参数：与T2参数相同 （4）110KV线路参数：导线型号LGJ-185， 3电力网运行环境 海拔，最高气温：30最低气温：-404存在问题 由于110KV线

5、路太长，负荷太轻，导致110KV线路供电公司关口电表功率因数太低（平均cos=0.27）,线路末端电压过高，超过了国家对负荷功率因数要求的规定，造成很大的经济损失。设计内容1.分析110KV线路关口电表功率因数低的原因，提出改进措施；2.分析提高功率因数的几种方案并比较方案；3.最佳方案的电气设备的选择和保护配置（厂家、设备参数、价格等）；4.最佳方案的经济性分析；5.补偿并联电抗器对系统的影响分析。 设计成品1. 写出设计报告说明书；2. 最佳方案的电气主接线图和保护配置；3. 网上收集两篇关于并联电抗器和功率因数的论文；4. 收集相关的规程、规范和规定。第二章 关口电表的功率因数（潮流计算

6、）第一节 电力线路和变压器的参数1. 110KV线路(查表可知)2. 变压器第二节 画等值电路图第三节 潮流计算计算电网功率分布： cos =根据电力系统电压无功管理规定：对于高压供电的工业用户，功率因数应在0.90以上。第三章 提高功率因数的方案要提高功率因数，可进行无功补偿。由上章计算可知，造成功率因书低因为线路长，负荷太轻，容性无功很大。由可知：增加感性无功，使Q值变小，即可达到目的。我们采用并联电抗器的方法。第一节 无功的补偿设补偿的无功为Q，要使功率因数达到0.90。所补偿的无功为Q 根据无功与电压管理规程：用户不能向系统反送无功将Q=7.6Mvar的无功补偿在6KV母线的两侧。每一

7、侧分别补偿3.8Mvar的无功校验一下首端的功率因数能否达到0.9等效电路如下： 功率因数： Q=7.6Mvar不符合要求取Q=6.8Mvar来校验无功补偿是否符合要求等效电路图如下：符合要求第二节 计算低压侧电压 所以折算到6KV侧实际电压为根据电压与无功管理规程规定6KV电压的电压范围为所以要对 电压进行分接头调压T2变压器调分接头81.5%得到实际电压在电压允许的范围内：T3变压器调分接头81.5%得到实际电压为 在6KV电压允许的范围内，所以补偿的无功为6.8Mvar.第三节 提高功率因数方案设计无功补偿方案：初步构想的补偿方案（1） 在首端线路首端补偿；（2） 在中间变压器的高压侧补

8、偿；（3） 在6KV母线一侧进性补偿；（4） 在6KV母线两侧进行补偿。第四节 最佳方案的经济性分析比较以下四种无功补偿方案：（1）在首端线路首端补偿如图（1）首端线路补偿功率因数功率因数达到了高压用户功率因数的要求，但是将并联电抗器放在330KV超高压变电站内，使变电站占地面积增大，用户需要向变电站缴纳较高费用。（2）在中间变压器的高压侧补偿如图（2）所示： 1）110KV电抗器价格比较昂贵。2）根据并联电抗器无功补偿规程： 并联电抗器主要连接在10-500KV变电站的低压侧，通过主变向系统输送感性无功，用以补偿输电线路的电容电流，防止轻负荷端电压升高，维持系统电压稳定.3）技术要求较高（3

9、）在6KV母线的一侧进行无功补偿： 如图（3）所示：在6KV母线侧： 中灶变过负菏过负荷会使变压器发热，降低其绝缘，更会减短变压器寿命。（6规则）（4）在6KV母线侧两侧进行无功补偿如图（4）所示在T2变压器产生的损耗将6.8Mvar的电抗器做成2个3.4Mvar的电抗器6.8Mvar的电抗器在6KV母线一侧补偿上产生的有功损耗，而2个3.4Mvar的电抗器在变压器上产生的有功损耗为P12P2应将2个3.4Mvar的电抗器分别补偿到6KV母线上,不仅减小在变压器上产生的有功损耗而且减小电抗器的成本.对于电力网来说，配置无功补偿容量需要综合考虑实现无功功率的分地区平衡，提高电压质量和降低网络功率

10、损耗这三个方面的要求。通过管理上、经济上、技术上优化计算来确定补偿设备的安装地点和容量分配。分析比较以下四种方案： 补偿方式 优点 缺点在首端线路首端补偿可以很好的提高用户的功率因数；不增加变压器的有功损耗.放在超高压330kv变电站内增大设备的占地面积,用户需要缴纳巨额费用.在中间变压器的高压侧补偿不增加变压器有功损耗；能够提高功率因数.电抗器成本高.将一个电抗器集中补偿到6kv母线上可以提高功率因数引起变压器有功损耗大于2个电抗器分数补偿到6kv母线上的有功损耗；电抗器成本高. 变压器过负荷将2个电抗器分别补偿到6kv母线上.可以提高功率因数在变压器上引起的有功损耗小；成本低；运输方便变压

11、器有功损耗会增加.所以最优方案是第四种方案，即是将电抗器分别补偿到6kv母线上.第五节 最优方案设备的选择1. 选择10kv 3.4Mvar的电抗器2个 电抗器的型号：BKSC-系列环氧浇注铁心并联电抗器产品范围：1）电压等级：6KV2）并联电抗器容量：2000kvar16000kvar产品特点：1）采用环氧浇注绝缘系统，无油介质，安全性好。线圈绝缘耐热等级为F级，线圈浇注成一固态整体。2）电磁污染小。铁心电抗器以硅钢片为导磁介质，磁通以铁心为导磁回路，对周围环境无电磁污染。3）铁心为高填充系数的扇形辐射式铁饼与弹性系数极小的大理石气隙组成，铁心涡流损耗小。铁心无局部过热现象。4）体积小，重量

12、轻，外形美观。产品用途：并联电抗器用于补偿电力系统的电容性充电电流，限制系统工频电压的升高和操作过电压，从而降低系统的绝缘水平，保证线路的可靠运行。生产厂家：思源电气股份有限公司（销售热线:）2. 6KV电抗器负荷开关负荷开关的型号：FN3-10-R6FN3-10-R6户内负荷开关,适用于交流50Hz,6KV的网络中,作为开断和闭合负荷及过负荷电流之用,变可用作开断和闭合空载长线,空载变压器及电容器之开关,带RN3型熔断器的负荷开关可切断短路,作保护开关之前。FN3-10系列户内高压负荷开关主要技术参数：型号额定电压(KV)最高工作电压(KV)额定电流(A)动稳定电流(KA)热稳定电流(KA/

13、S)FN3-101011.54002510/2负荷开关所配带的熔断器型号及数据型号额定电压额定电流(A)最大开断电流有效值 （KA）最大断流容量(MVA)最大开断电流有效值（KA）RN3-661050751002002020014RN3-1010105075100150122008.6生产厂家：西安华仪高压开关有限公司（联系电话：）第四章 电抗器的保护电抗器的不正常状态和事故 一. 电抗器不正常状态: 过负荷 二.电抗器的故障: 相间短路,匝间短路,接地短路根据上述情况进行电抗器保护的配置。电抗器保护配置的主保护是电流速断保护，后备保护是过电流保护。第一节 电抗器主保护电抗器保护配置的主保护是

14、电流速断保护1. 主保护配置图2. 电流速断保护原理：电流速断保护采用的是两相电流差接线,A相电流互感器TA0,KA1为流过A相的电流继电器;C相电流互感器TAC,KA2为流过C相的电流继电器;B相的电流继电器KA3流过的电流为A相和C相的电流差;即,当A相发生短路A相电流增大,电流流过KA1使KA1的常开触点闭合,接通了中间继电器的线圈,使中间继电器励磁,接通跳闸回路和信号回路;C相与A相相同,B相流过的电流为,当三相不平衡时,电流使KA3的常开触点闭合,接通中间继电器的线圈,使中间继电器励磁接通跳闸回路和信号回路.第二节 电抗器后备保护电抗器的后备保护是过电流保护1. 后备保护配置图 电抗

15、器过电流保护2. 电抗器过电流后备保护原理：电抗器过电流保护采用的是两相不完全接线，A相电流互感器Taa，C相的电流互感器Tac，当A相发生短路时，A相的电流继电器的常开触点闭合，使时间继电器接通，时间继电器延时发信号和跳闸，C相与A相相同，电流流过电流继电器KA3，当电流达到了KA3的动作电流以后，接通时间继电器，延时发信号和跳闸起到电流后备保护的目地。第三节 电抗器接地保护1. 电抗器接地保护配置图：电抗器接地保护2. 电抗器接地保护原理:用开口三角形获得,当电抗器发生接地以后开口三角形感应出,使零序电压继电器动作发不正常运行信号.可以继续运行2个小时.第四节 电抗器的微机保护采用DPR2

16、00型微机并联电抗器保护测控装置（生产厂家：数显表福友多功能仪表 联系电话：）1. 适用范围及主要功能DPR200型微机并联电抗器保护测控装置适用于35KV及以下电压等级的并联电抗器组，具有如下保护及功能（1） 速断保护（2） 过电流保护（3） 零序过流（接地）保护（4） 过负荷保护（5） 中性线差保护（6） 本体保护（7） 操作回路（8） 故障录波（9） 通讯及三遥2. 保护配置及工作原理（1） 速断保护当电抗器三相电流中任何一相电流大于速断保护的整定值并达到其整定延时保护即动作于跳闸和信号。（1） 过电流保护当三相电流中任何一相电流大于过流保护的整定值并达到其整定延时保护即动作于跳闸和信号

17、。（2） 零序电压保护当零序电压大于整定值并达到整定延时保护动作于跳闸或信号。（3） 当三相电流中任何一相电流大于负荷的整定值并达到其整定延时后即动作于告警信号。（4） 当两组电抗器中性线电流大于中性线差流的整定值达到其整定延时后即动作于跳闸和信号。（5） 本体保护本体保护由外部接点输入后经装置重动出口，其中轻瓦斯，过温信号动作于信号，重瓦斯，过温跳闸动作于跳闸。（6） 故障录波纪录故障前2个周波，故障后32个周波的电压，电流数据，通过通讯网将录波数据上传到后台监控系统。（7） 通讯及三遥装置配置有RS485，CAN网两种通讯接口，以组网实现三遥。装置可就地实时测量多种电气量，如：电压，电流，

18、功率，脉冲电度等。同时还可通过通讯上传至后台监控系统或主网计算机系统，即实现遥测。装置可就地实时监测多个状态量，如：断路器位置，小车位置，接地刀位置等。同时通过通讯网把各开关量的状态和变化及装置动作信息上传至后监控系统或主网计算机系统，即实现遥信。（9）装置配置有新型的通用操作回路，不用考虑断路器跳合闸回路的电流，适用性强。3. 主要技术指标1 通讯波特率： 6009600bps2 CAN通讯波特率： 5100kbps 3 速断延时整定范围： 010S 级差 0.01S4 速断电流整定范围： 199A 级差 0.1A5 过流电流整定范围： 199A 级差0.1A6 过流延时整定范围： 099S

19、 级差0.01S7 零序电流整定范围： 02.0A 级差 0.01A8 零序电流整定范围： 0.299S 级差 0.01S9 过负荷电流整定范围： 19 9A 级差0.1A 10过负荷延时整定范围： 0.599S 级差 0.01S第五章 补偿电抗器对系统的影响第一节 电网谐振分析补偿电抗器有可能使系统发生谐振，产生过电压，危及电力系统的稳定运行谐振过电压：在具有电感与电容元件的交流电路中，多数情况下电路两端的电压和电流在相位上不同的，当改变电路的参数或电源频率时，电路上的电压与电流同相，这种现象称电路发生谐振。根据发生谐振电路的不同，谐振现象可份为串联谐振和并联谐振。1.串、并联谐振介绍(1)

20、. 串联谐振RLC串联电路谐振条件是。谐振频率串联谐振的影响：1.阻抗最小,电流最大.2.电感和电容的电压可能会大大超过电源电压(2) 并联谐振 RL串联与C并联谐振并联谐振电路的谐振条件是谐振角频率并联谐振的影响:电感和电容的电流,比总电流大许多倍。2. 对电网影响较大的是工频谐振和三次谐振，以下将对其讨论。并联电抗器对系统的影响分三种情况分析：(1) 并联电抗器两个都投入对系统的影响，其等效电路如下： 通过计算两个电抗器都投入系统不产生谐振(2) 电抗器投中灶变6KV侧对系统的影响，分析系统是否产生谐振：其等效电路如下： 电抗器投中灶变6KV侧对系统没有影响，不会产生谐振。(3) 电抗器投

21、甘森变6KV侧分析其对系统的影响；其等效电路图如下：同理并联电抗器使系统不会产生谐振(4) 经计算也不会发生三次谐振(略)结论：投入或切除并联电抗器使系统不会产生谐振第三节 并联电抗器对继电保护的影响输电线路的后备保护（过电流保护），其选择性由阶梯时来满足。按躲过最大的负荷电流计算起保护的动作电流，根据可靠性的要求，第段保护的动作电流必须满足两个条件：一是在被保护线路通过最大负荷电流的情况下，保护装置不动作。二是故障切除后，被保护线路通过最大负荷电流的情况下应能可靠的返回。并联电抗器以后，负荷电流会变化，而输电线路的过电流保护的整定值是根据最大负荷电流确定的，对其保护影响很大。要对其保护的动作

22、电流值重新整定。 其他的保护也要调整，在此不作过多的阐述第四节 对有功损耗的分析有功损耗计算公式:由并联电抗器前后的潮流计算可知线路和变压器的总有功损耗:并联前并联后,并联电抗器后有功损耗会增加.小 结 附录1 参考文献1.电力系统设计手册-高压电抗器选型P251 中国电力出版设2.电力系统电压和无功功率技术导则SD325-1989 国家电力公司3.电力系统稳定和控制P4194.湖北省超高压输变电企业标准电抗器技术规范P2-15 湖北省电力公司5.湖北省超高压输变电企业标准电抗器继电保护技术规范P4-54 湖北省电力公司6.电抗器继电保护原理与应用并联电抗器保护P463-473 中国电力出版社

23、 7. 电力系统设计技术规程SDJ161-1985 国家电力公司 8.电力系统继电保护和自动装置设计规程GB50062-1992 9电力系统10.继电保护和自动装置附录2 无功补偿、功率因数规程、规范（一）国家电网公司电力系统电压质量和无功电压管理规定第五条用户受电端供电电压允许偏差值(一)35kV及以上用户供电电压正、负偏差绝对值之和不超过额定电压的10。(二)1OKV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的7%。(三)220V单相供电电压允许偏差为额定电压的+7%、-10%。第六条电力网电压质量控制标准(一)发电厂和变电站的母线电压允许偏差值1. 500(330)kV及以上母线正常运行方式时

24、，最高运行电压不得超过系统额定电压的+10%；最低运行电压不应影响电力系统同步稳定、电压稳定、厂用电的正常使用及下一级电压的调节。2. 发电厂220kV母线和500(330)kV及以上变电站的中压侧母线正常运行方式时，电压允许偏差为系统额定电压的0%+10%；事故运行方式时为系统额定电压的-5%+10%。3. 发电厂和220kV变电站的110kV35kV母线正常运行方式时，电压允许偏差为系统额定电压的-3%+7%；事故运行方式时为系统额定电压的10%。4. 带地区供电负荷的变电站和发电厂(直属)的10(6)kV母线正常运行方式下的电压允许偏差为系统额定电压的0%+7%。(二)特殊运行方式下的电

25、压允许偏差值由调度部门确定。第十四条电力用户的电压无功管理电力用户装设的各种无功补偿装置(包括调相机，电容器、静补和同步电动机)应按照负荷和电压变动及时调整无功出力，防止无功电力倒送第二十条变电站应合理配置适当容量的无功补偿装置，并根据设计计算确定无功补偿装置的容量。35220kV变电站在主变最大负荷时，其一次侧功率因数应不低于0.95；在低谷负荷时功率因数应不高于0.95。第二十四条电力用户的无功补偿电力用户应根据其负荷的无功需求，设计和安装无功补偿装置，并应具备防止向电网反送无功电力的措施。(一)35kV及以上供电的电力用户，可参照第二十条规定执行。(二)10OKVA及以上1OKV供电的电

26、力用户，其功率因数宜达到0.95以上。(三)其他电力用户，其功率因数宜达到0.90以上（二）功率因数管理规定根据水力部电力部文件国家物价局功率因数调整办法（83）水电财字第215号文件1983年12月2日鉴于电力生产的特点用户用电功率因数的高低对发供电设备的充分利用节约电能和改善电压质量有着重要影响，为了提高用户的功率因数并保持其均衡以提高供电用双方个社会的经济效益特点制定本办法。（1） 功率因数标准0.90，适用于160KVA以上的高压供电工业用户（包括社队工业用户）装有带负荷调整电压装置的高压供电电力用户和3200KVA以上的高压供电电力排灌站。（2） 功率因数标准0.85，适用于100K

27、VA（KW）及以上的其他工业用户（包括社队工业用户）100KVA（KW）及以上的排工业用户和100KVA（KW）及以上的电力排灌站；（3） 功率因数标准0.80适用于100KVA（KW）及以上的农业用户和用户，但大工业用户未划由电业直接管理的用户，功率因数标准为0.85（4） 功率因数计算（5） 凡应行功率因数调整电费的用户，应装设带有防倒装置的无功电度表，按用户每月实用的有功电量，计算月平均功率因数；（三）正常运行时负载及温度限值 根据GB 1094.2-1996电力变压器 第2部分 温升、GB/T 15164-1994油浸式电力变压器负载导则和DL/T 572-1995电力变压器运行规程中

28、的相关规定，大型油浸式变压器不同情况下负载和温度的限值有要求。 变压器超额定负载运行时，储油柜中的油因膨胀可能会溢出，套管内部压力升高可能会漏油；而且，在热点温度突然升高超过临界温度时，绝缘纸中出现气泡，使其绝缘强度降低，引起故障。对于具有正常含水量的变压器，此临界温度约在140160 之间，当水分含量增加时，此临界温度还要降低。随着变压器容量增大，漏磁磁密、短路应力以及受高场强作用的绝缘体积都会增加，大型变压器超额定负载时，比小型变压器更易受损，故障的后果也更加严重。为使变压器在预期负载条件下运行，把运行危险控制在适当程度中，在现场运行中，综合考虑变压器容量、冷却方式、环境条件、负荷大小、负

29、荷性质等因素，可在负载大小、运行时间和顶层油温限值等方面留有一定的裕度。针对变压器在短期急救负载下运行情况，DL/T 572-1995中规定：应投入包括备用在内的全部冷却器(制造厂另有规定的除外)，并尽量压缩负载、减少时间，一般不超过0.5 h。并且给出了 0.5 h短期急救负载的负载系数K。附录3 论文（一）电力系统电压与无功补偿关键词: 无功补偿 电压 电力系统 现代生产和现代生活离不开电力。电力部门不仅要满足用户对电力数量不断增长的需要，而且也要满足对电能质量上的要求。所谓电能质量，主要是指所提供电能的电压、频率和波形是否合格，在合格的电能下工作，用电设备性能最好、效率最高，电压质量是电

30、能质量的一个重要方面，同时，电压质量的高低对电网稳定、经济运行也起着至关重要的作用。1.电压与无功补偿电压顾名思义就是电(力)的压力。在电压的作用下电能从电源端传输到用户端，驱动用电设备工作。交流电力系统需要电源供给两部分能量，一部分将用于作功而被消耗掉，这部分电能将转换为机械能、光能、热能或化学能，我们称为“有功功率”。另一部分能量是用来建立磁场，用于交换能量使用的，对于外部电路它并没有作功，由电能转换为磁能，再由磁能转换为电能，周而复始，并没有消耗，这部分能量我们称为“无功功率”，无功是相对于有功而言，不能说无功是无用之功，没有这部分功率，就不能建立感应磁场，电动机、变压器等设备就不能运转

31、。在电力系统中，除了负荷无功功率外，变压器和线路的电抗上也需要大量无功功率。国际电工委员会给出的无功功率的定义是：电压与无功电流的乘积为无功功率。其物理意义是：电路中电感元件与电容元件活动所需要的功率交换称为无功功率。电容和电感并联接在同一电路时，当电感吸收能量时，正好电容释放能量；电感放出能量时，电容正好吸收能量。能量就在它们中间互相交换。即电感性负荷所需的无功功率，可以由电容器的无功输出得到补偿，因此我们把具有电容性的装置称为“无功补偿装置”。电力系统常用的无功补偿装置主要是电力电容器和同步调相机。若电力负荷的视在功率为S，有功功率为P，无功功率为Q，有功功率、无功功率和视在功率之间的关系

32、可以用一个直角三角形来表示，以有功功率和无功功率各为直角边，以视在功率为斜边构成直角三角形(见图3)，有功功率与视在功率的夹角称为功率因数角。有功功率与视在功率的比值，我们称为功率因数，用cosf表示，cosf=P/S。它表明了电力负荷的性质。P=UIcosfQ=UIsinfS=(P2 Q2)1/2=UI有功功率的常用单位为千瓦(kW)，无功功率为千乏(kvar)，视在功率的单位为千伏安(kVA)。无功功率按电路的性质有正有负，Q为正值时表示吸收无功功率，Q为负值时表示发出无功功率，在感性电路中，电流滞后于电压，f0，Q为正值。而在容性电路中，电流超前于电压，f0，Q为负值。这就是人们通常称电

33、动机等设备“吸收”无功而电容器发出“无功”的道理。2.电压水平与无功功率补偿当输电线路或变压器传输功率时，电流将在线路或变压器阻抗上产生电压损耗，下面以一条输电线路为例来分析这个问题。如图4所示，该图表示一段输电线路的单相等值电路，其中R、X分别为一相的电阻和等值电抗，U1、U2为首未端相电压，I为线路中流过的相电流。为了说明问题，我们作出向量图，以线路末端电压U2为参考轴，设线路电流I为正常的阻感性负荷电流，它滞后于U2一个角度f，电流流过线路电阻产生一个电压降IR，它与电流向量同方向，同时，线路电流也在线路上产生一个电压降IX，它超前于电流向量90度从向量图可知，线路的电压损耗DU为电压D

34、U1和DU2之和，从图中可知，U1=IRcosf，DU2=IXsinf，所以线路的电压损耗为DU=DU1 DU2=I(Rcosf Xsinf)，如果电流I用线路末端的单相功率S和电压U2来表示，即P=U2Icosf,Q=U2Isinf则可得：DU=(PR QX)/U2由此可见，电压损耗由两部分组成，即有功功率在电阻上的压降和无功功率在电抗上的压降。一般说来，在超高压电网的线路、变压器的等值电路中，电抗的数值比电阻大得多。所以无功功率对电压损耗的影响很大，而有功功率对电压损耗的影响则要小得多。因此，可以得出结论，在电力系统中，无功功率是造成电压损耗的主要因素。从前面的分析我们知道，当线路、变压器

35、传输功率时，会产生电压损耗，因而影响了电网各处电压的高低。如果能改变线路、变压器等电网元件上的电压损耗，也就改变了电网各节点的电压状况。由电压损耗表达式DU=(PR QX)/U可知，要改变电压损耗有两种办法。（1）改变元件的电阻；（2）改变元件的电抗，都能起到改变电压损耗的作用。可采取的一种办法是增大导线截面减小电阻以减小电压损耗，这种办法在负荷功率因数较高、原有导线截面偏小的配电线路中比较有效。适宜负荷不断增加的农村地区采用。而电网中用的最多的办法是减少线路中的电抗，在超高压输电线路中广泛采用的分裂导线就可以明显降低线路的电抗。在我国，220kV线路一般采用二分裂、500kV线路采用四分裂导

36、线。采用分裂导线，降低线路电抗，不仅仅减少了电压损耗，而且有利于电力系统的稳定性，能提高线路的输电能力。现在已逐步采用的紧凑型结构输电线路，还可以进一步降低输电线路的电抗，不仅提高了电网的稳定性，同时，也降低了线路的电压损耗。（二）功补偿技术对低压电网功率因数的影响关键词: 节电技术 无功补偿 功率因数 摘要:依据用电设备的功率因数，可测算输电线路的电能损失。通过现场技术改造，可使低于标准要求的功率因数达标，实现节电目的。本文分析了无功补偿的作用和补偿容量的选择方法，着重论述了低压电网和异步电动机无功补偿容量的配置。结合应用实例说明采用无功补偿技术，提高低压电网和用电设备的功率因数，已成为节电

37、工作的一项重要措施。 1、前言 无功补偿，就其概念而言早为人所知，它就是借助于无功补偿设备提供必要的无功功率，以提高系统的功率因数，降低能耗，改善电网电压质量。 无功补偿的合理配置原则 从电力网无功功率消耗的基本状况可以看出，各级网络和输配电设备都要消耗一定数量的无功功率，尤以低压配电网所占比重最大。为了最大限度地减少无功功率的传输损耗，提高输配电设备的效率，无功补偿设备的配置，应按照“分级补偿，就地平衡”的原则，合理布局。 (1)总体平衡与局部平衡相结合，以局部为主。 (2)电力部门补偿与用户补偿相结合。 在配电网络中，用户消耗的无功功率约占50%60%，其余的无功功率消耗在配电网中。因此，

38、为了减少无功功率在网络中的输送，要尽可能地实现就地补偿，就地平衡，所以必须由电力部门和用户共同进行补偿。 (3)分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主。 集中补偿，是在变电所集中装设较大容量的补偿电容器。分散补偿，指在配电网络中分散的负荷区，如配电线路，配电变压器和用户的用电设备等进行的无功补偿。集中补偿，主要是补偿主变压器本身的无功损耗，以及减少变电所以上输电线路的无功电力，从而降低供电网络的无功损耗。但不能降低配电网络的无功损耗。因为用户需要的无功通过变电所以下的配电线路向负荷端输送。所以为了有效地降低线损，必须做到无功功率在哪里发生，就应在哪里补偿。所以，中、低压配电网应以分散补偿为主。

39、(4)降损与调压相结合，以降损为主。 2、影响功率因数的主要因素 功率因数的产生主要是因为交流用电设备在其工作过程中，除消耗有功功率外，还需要无功功率。当有功功率P一定时，如减少无功功率Q，则功率因数便能够提高。在极端情况下，当Q=0时，则其力率=1。因此提高功率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率需要量。 2.1、异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备 异步电动机的定子与转子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素。而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载

40、率。变压器消耗无功的主要成份是它的空载无功功率，它和负载率的大小无关。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长其处于低负载运行状态。 2.2、 供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响 当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110%时，一般工厂的无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。 2.3、电网频率的波动也会对异步电机和变压器的磁化无功功率造成一

41、定的影响 2.4、以上论述了影响电力系统功率因数的一些主要因素，因此必须要寻求一些行之有效的、能够使低压电力网功率因数提高的一些实用方法，使低压网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。 3、 低压配电网无功补偿的方法 提高功率因数的主要方法是采用低压无功补偿技术，我们通常采用的方法主要有三种：随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。 3.1、随机补偿 随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电机，同时投切。随机补偿适用于补偿电动机的无功消耗，以补励磁无功为主，此种方式可较好地限制用电单位无功负荷。 随机补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，

42、而且不需频繁调整补偿容量。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活，维护简单、事故率低等。 3.2、随器补偿 随器补偿是指将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧，以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。配变在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功，配变空载无功是用电单位无功负荷的主要部分，对于轻负载的配变而言，这部分损耗占供电量的比例很大，从而导致电费单价的增加。 随器补偿的优点：接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配变空载无功，限制农网无功基荷，使该部分无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低无功网损，具有较高的经济性，是目前补偿无功最有效的手段之一。 3.3、 跟踪补偿 跟踪补

43、偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0.4kv母线上的补偿方式。适用于100kVA以上的专用配变用户，可以替代随机、随器两种补偿方式，补偿效果好。 跟踪补偿的优点是运行方式灵活，运行维护工作量小，比前两种补偿方式寿命相对延长、运行更可靠。但缺点是控制保护装置复杂、首期投资相对较大。但当这三种补偿方式的经济性接近时，应优先选用跟踪补偿方式 4、无功功率补偿容量的选择方法 无功补偿容量以提高功率因数为主要目的时，补偿容量的选择分两大类讨论，即单负荷就地补偿容量的选择（主要指电动机）和多负荷补偿容量的选择（指集中和局部分组补偿）。 4.1、单负荷就地补偿容量的选择的几

44、种方法 （1）、美国资料推荐：Qc=(1/3)Pe 额定容量的1/3 （2）、日本方法：从电气计算日文杂志中查到：1/41/2容量计算 考虑负载率及极对数等因素，按式（5）选取的补偿容量，在任何负载情况下都不会出现过补偿，而且功率因数可以补偿到0.90以上。此法在节能技术上广泛应用，对一般情况都可行，特别适用于Io/Ie比值较高的电动机和负载率较低的电动机。但是对于Io/Ie较低的电动机额定负载运行状态下，其补偿效果较差。 （3）、经验系数法：由于电机极数不同，按极数大小确定经验系数选择容量 比较接近实际需要的电容器，采用这种方法一般在70%负荷时，补后功率因数可在0.950.97 之间 经验

45、系数表 电机类型 一般电机 起重电机 冶金电机 极数 2 4 6 8 10 8 10 补偿容量（kvar/kw） 0.2 0.20.25 0.250.3 0.350.4 0.5 0.6 0.75 电机容量大时选下限，小时选上限 ；电压高时选下限，小时选上限4、Qc=P1/COS21-1-1/COS22-1 实际测试比较准确方法此法适用于任何一般感性负荷需要精确补偿的就地补偿容量的计算。 （4）、如果测试比较麻烦，可以按下式 Qc 3UeIo10-3 (kvar) Io-空载电流=2Ie(1-COSe ) 瑞典电气公司推荐公式 Qo 若电动机带额定负载运行，即负载率=1,则：Qo 根据电机学知识

46、可知，对于Io/Ie较低的电动机（少极、大功率电动机），在较高的负载率时吸收的无功功率Q与激励容量Qo的比值较高，即两者相差较大，在考虑导线较长，无功经济当量较高的大功率电动机以较高的负载率运行方式下，此式来选取是合理的。 （5）、按电动机额定数据计算： Q= k(1- cos2e )3UeIe10-3 (kvar) K为与电动机极数有关的一个系数 极数： 2 4 6 8 10 K值： 0.7 0.8 0.85 0.9 4.2、多负荷补偿容量的选择多负荷补偿容量的选择是根据补偿前后的功率因数来确定。（1）对已生产企业欲提高功率因数，其补偿容量Qc按下式选择： Qe=KmKj(tg1-tg2)/

47、Tm 式中：Km为最大负荷月时有功功率消耗量，由有功电能表读得；Kj为补偿容量计算系数，可取0.80.9;Tm为企业的月工作小时数；tg1、tg2意义同前，tg1由有功和无功电能表读数求得。 （2）对处于设计阶段的企业，无功补偿容量Qc按下式选择： Qc=KnPn(tg1-tg2) 式中Kn为年平均有功负荷系数，一般取0.70.75;Pn为企业有功功率之和；tg1、tg2意义同前。tg1可根据企业负荷性质查手册近似取值，也可用加权平均功率因数求得cos1。 多负荷的集中补偿电容器安装简单，运行可靠、利用率较高。但电气设备不连续运转或轻负荷运行时，会造成过补偿，使运行电压抬高，电压质量变坏。因此

48、这种方法选择的容量，对于低压来说最好采用电容器组自动控制补偿，即根据负荷大小自动投入无功补偿容量的多少，对高压来说应考虑采取防过补偿措施。 5、无功补偿的效益 在现代用电企业中，在数量众多、容量大小不等的感性设备连接于电力系统中，以致电网传输功率除有功功率外，还需无功功率。如自然平均功率因数在0.700.85之间。企业消耗电网的无功功率约占消耗有功功率的60%90%,如果把功率因数提高到0.95左右，则无功消耗只占有功消耗的30%左右。由于减少了电网无功功率的输入，会给用电企业带来效益。 5.1、节省企业电费开支。提高功率因数对企业的直接经济效益是明显的，因为国家电价制度中，从合理利用有限电能

49、出发，对不同企业的功率因数规定了要求达到的不同数值，低于规定的数值，需要多收电费，高于规定数值，可相应地减少电费。可见，提高功率因数对企业有着重要的经济意义5.2、提高设备的利用率。对于原有供电设备来讲，在同样有功功率下，因功率因数的提高，负荷电流减少，因此向负荷传送功率所经过的变压器、开关和导线等供配电设备都增加了功率储备，从而满足了负荷增长的需要；如果原网络已趋于过载，由于功率因数的提高，输送无功电流的减少，使系统不致于过载运行，从而发挥原有设备的潜力；对尚处于设计阶段的新建企业来说则能降低设备容量，减少投资费用，在一定条件下，改善后的功率因数可以使所选变压器容量降低。因此，使用无功补偿不

50、但减少初次投资费用，而且减少了运行后的基本电费。5.3、降低系统的能耗 补偿前后线路传送的有功功率不变，P= IUCOS，由于COS提高，补偿后的电压U2稍大于补偿前电压U1,为分析问题方便，可认为U2U1从而导出I1COS1=I2COS2。 即:I1/I2= COS2/ COS1,这样线损 P减少的百分数为： P%= (1-I22/I12)100%=（1- COS21/ COS22） 100% 当功率因数从0.700.85提高到0.95时，由(2)式可求得有功损耗将降低20%45%。 5.4、改善电压质量。以线路末端只有一个集中负荷为例，假设线路电阻和电抗为R、X,有功和无功为P、Q,则电压

51、损失U为： U=（PR+QX）/Ue10-3(KV) 两部分损失：PR/ Ue输送有功负荷P产生的；QX/Ue输送无功负荷Q产生的； 配电线路：X=（24）R，U大部分为输送无功负荷Q产生的 变压器：X=（510）R QX/Ue=(510) PR/ Ue 变压器U几乎全为输送无功负荷Q产生的 可以看出，若减少无功功率Q,则有利于线路末端电压的稳定，有利于大电动机的起动。因此，无功补偿能改善电压质量（一般电压稳定不宜超过3%）。但是如果只追求改善电压质量来装设电容器是很不经济的，对于无功补偿应用的主要目的是改善功率因数，减少线损，调压只是一个辅助作用。 5.5、三相异步电动机通过就地补偿后，由于

52、电流的下降，功率因数的提高，从而增加了变压器的容量，计算公式如下： S=P/ COS1（ COS 2/ COS1）-1 如一台额定功率为155KW水泵的电机，补前功率因数为0.857，补偿后功率因数为0.967，根据上面公式计算其增容量为：（1550.857） （0.967 0.857）-1=24KVA 6、应用实例： 烟台市能源监测中心于2003年4月24、29、30日对烟台氨纶股份有限公司B区制冷机、空压机电机进行了电机补偿装置的安装调试，从安装后测试结果看，平均降低电流22-51（A），电机功率因数提高到0.98，（见测试结果对比表），减少了公司内部低压电网的消耗，从而达到了节电的目的。

53、 测试结果对比表 设备名称 设备容量（kW） 补前功率因数COS1 补后功率因数COS2 电流下降（A） 制冷压缩机LM1-110M、B4 110 0.84 0.98 22 制冷压缩机LM1-200M、B2 220 0.89 0.98 41 制冷压缩机LM1-250MA1、C1 250 0.86 0.98 51 制冷压缩机2DLGS-K2、D2 250 0.89 0.986 49 制冷压缩机2DLGS-K2、D5 250 0.89 0.98 48 空气压缩机20S-200A、D1 150 0.87 0.98 38 空气压缩机20S-200A、D2 150 0.86 0.978 36 空气压缩机

54、20S-200A、D3 150 0.87 0.982 40 空气压缩机60A-160、B1 160 0.88 0.98 46 空气压缩机60A-160、B2 160 0.89 0.973 48 1、由于电流减少，变压器的铜损及公司内部的低压损耗都降低。 配电系统电流下降率（10.87/0.98）10011； 配电系统损耗下降率 (1-0.872/0.982)10021 2.该公司B区制冷机、空压机电动机补偿的总容量为780千乏，电流平均总下降518（A）,依据GB/T12497-1997中计算公式，安装电动机补偿装置后，年可节电量补偿容量无功经济当量年运行时间7800.0424300224640kWh，节约价值11.2万元，补偿投资费用(包括设备的购置、安装及现场调试)为：6.24万元。(80元/千乏) 七、 结论 文中集中探讨了无功补偿技术对用电单位的低压配电网的影响以及提高功率因数所带来的经济效益和社 会效益，介绍了影响功率因数的主要因素和提高功率因数的方法，讨论了如何确定无功功率的补偿容量，确保补偿技术经济、合理、安全可靠，达到节约电能的目的。37 / 37文档可自由编辑打印